用于腹主动脉瘤的3D打印模型和支架2020-04-21
乔伊斯·凡·隆(Joyce van Loon)最近向特温特大学(University of Twente)提出了硕士论文“个性化的血管内支架植入物:开发用于测试个性化支架植入物的幻影动脉瘤模型”。 这项工作的重点是3D打印医学模型的使用以及可行设备的潜力。

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腹主动脉瘤(AAA)由血管无力引起,是涉及内膜,中膜和外膜的不可逆的疾病。 随着时间的流逝,它们往往会增大,并且在破裂之前进行诊断至关重要。 此后,直到手术前都需要严密监视。

AAA破裂通常会导致突然发作的腹部或背部疼痛以及低血压或休克。 AAA破裂会危及生命,总死亡率为90%,即使进行迅速的手术干预,仍有约25%的患者死亡。” van Loon说。

手术前,术前成像和计划至关重要。 CTA(计算机断层扫描血管造影)在成像方式上优越,在估计直径和长度方面比US更准确。在计划解剖结构时,内脏动脉受累,主动脉颈的形态(主动脉的近端部分),主动脉的角度,血栓形成的存在,钙化和狭窄是应考虑的重要因素。这表明,结合所获得的图像,有用的测量工具对于评估动脉瘤的状况并决定应该进行哪种手术以及哪种支架移植物是重要的。”
对于不符合血管内动脉瘤修复(EVAR)资格的患者,有30%会出现更严重的并发症。但是,可以插入定制的血管内支架移植物。尽管可能需要长达两个月的等待时间,但使用传统方法仍存在挑战。

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在这项研究中,来自65位患者的CT扫描数据可以创建3D模型进行评估,然后进一步用于3D打印个性化支架植入物。 选择用于形成主动脉的材料需要柔韧性和弹性,高顺应性以及足够坚固耐用的材料以承受来自支架移植物的压力。 材料必须能够制造复杂的几何形状并具有抗流体性。


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支架移植物材料应具有较高的顺应性,并需要模仿天然动脉。 镍钛诺支架因其超弹性,生物相容性,血液动力学稳定性,抗疲劳性和非腐蚀性而被证明具有高顺应性。” van Loon说。 “但是,我们还无法3D打印镍钛诺,我们需要一种可比较的材料来研究支架移植物的行为。”

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van Loon表示,对于支架,它不仅需要强度和柔韧性,而且还必须使材料在4D水平上交界,并能够在主动脉中以“自扩张特性”变形。 该材料必须足够柔软,以避免对身体造成任何损害,并允许印刷更复杂的结构。 个性化的支架需要定制,以及主动脉壁和支架移植物之间的适当密封。

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主动脉模型使用弹性树脂通过Form 2 3D打印机进行打印。 但是,在测试两个3D打印的模型时,van Loon表示它们“都显示出问题”,主要是撕裂。 实际上,他们无法完成模型的打印。

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其次,我们使用Agilus30和Stratasys ObJet260 Connex3打印机打印了主动脉。 Agilus30是一种柔性材料,抗张强度为2.4 – 3.1 MPa,杨氏模量为0.6 MPa。” van Loon解释说。 “在Agilus30中打印主动脉模型是一个耗时(1-2天)的过程,但是会产生可用的主动脉模型。

“在将壁厚分别为1 mm和1.5 mm的主动脉模型置入支架后,它们会破裂,被认为不适合进一步测量。 我们仅将2 mm的壁厚用于进一步的研究。”


尽管van Loon记录了这项研究中的明显挑战,但3D打印模型在许多医疗应用中正变得不可缺少,用于协助手术,诊断,治疗和教育患者,而各种植入物和设备正在改善周围人的生活质量。


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