Hvert år skal tusindvis af amerikanere, for det meste over 75 år, have udskiftet deres aortaklap. Nu kan 3D-printede patientspecifikke modeller af aorta være til hjælp ved den prækirurgiske planlægning og forbedre resultaterne af minimalt invasiv udskiftning af hjerteklappen.

3D-printet model af patientens aorta
3D-printet model af en patients aortakirtelregion. Den patientspecifikke model omfatter anatomien af de beskadigede foldere i aortaklappen, hvor udskiftningsklappen vil blive indsat. Modellen omfatter integrerede sensorer, der hjælper med at styre placeringen af udskiftningsklappen. Kilde: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 Aug 2020 (ref. 2)

Hjertets venstre ventrikel har den vigtige funktion at skubbe frisk iltet blod igennem til aorta, som derefter fordeler blodet i hele kroppen. Aortaklappen åbner sig, når blodet presses igennem, og lukker sig derefter, så blodet ikke kan bevæge sig tilbage til hjertet. Aortastenose er en tilstand, hvor aortaklappen er blevet snæver med tiden, hvilket får hjertet til at arbejde hårdere – en tilstand, der kan føre til hjertesvigt.

Transkatheter aortaklapudskiftning (TAVR) er en procedure, hvor en kunstig hjerteklap føres med et kateter gennem aorta og udvides – lidt ligesom at åbne en paraply – for at erstatte en svigtende aortaklap. TAVR anvendes i stigende grad, fordi det er en minimalt invasiv procedure, der er langt mere sikker end åben hjertekirurgi for de overvejende ældre patienter, der har brug for proceduren. På grund af uregelmæssigheder i den syge klap og patientspecifikke konturer af aorta er det imidlertid ikke altid sikkert, at den nye klap sidder perfekt og tæt og placeres optimalt.

Nu har NIBIB-finansierede ingeniører ved University of Minnesota under ledelse af Michael McAlpine, der er professor i Kuhrmeyer Family Chair-professoratet ved University of Minnesota Department of Mechanical Engineering, gjort betydelige fremskridt i retning af at forbedre TAVR ved at 3D-printe en præcis model af en patients syge klap og de omkringliggende dele af aorta. Denne fysiske model af området – kendt som aortaklappen – gør det muligt for lægerne at øve sig på den procedure, der er nødvendig for hver enkelt patient, så de kan identificere den rigtige størrelse af udskiftningsklappen og bestemme den nøjagtige placering i aorta, der vil give den bedste pasform og funktion.

3D-printet model af patientens aorta
Se videoen af 3D-printprocessen.

“Efterhånden som den amerikanske befolkning bliver ældre, vil antallet af personer over 75 år, der har brug for udskiftning af klapper ved hjælp af TAVR, fortsat stige,” forklarede Michael Wolfson, direktør for NIBIB-programmet inden for bioniske systemer. “Muligheden for at skabe patientspecifikke modeller af aortakroppen er en vigtig udvikling, der kan forbedre succesraten for denne udfordrende procedure og reducere risikoen for postoperative komplikationer betydeligt.”

Selv om modeller af aortakroppen tidligere er blevet brugt til kirurgisk planlægning, er de modeller, der er skabt ved hjælp af den avancerede 3D-printteknik, meget mere naturtro med hensyn til tekstur og elasticitet. Et andet unikt aspekt af disse modeller er indarbejdelsen af sensorer i aortavæggen. Sensorerne giver feedback, som gør det muligt for lægerne at undgå, at udskiftningsklappen påfører et for stort tryk på den ledningsbane, der styrer hjerterytmen. Et for stort tryk kan forårsage unormale hjerterytmer og et øjeblikkeligt behov for at implantere en permanent pacemaker i patienten.

Model af aorta med udskiftningsklap indsat i nærheden af integrerede sensorer
Kunstig klap udvidet inde i aortakroppen for at erstatte den defekte oprindelige klap. Kilde: Haghiashtiani, et al. Science Advances, 28 Aug 2020 (ref. 2)

Det tekniske team bruger CT-scanninger af patientens hjerte til at genskabe den nøjagtige form af aortakrodsregionen. De bliver derefter 3D-printet med specialiseret silikonebaseret blæk, der svarer til følelsen af ægte hjertevæv. De bløde elektriske sensorer, der giver trykfeedback, er også 3D-printet ind i modellen og er fremstillet af en ledende hydrogel.

“Denne 3D-printingproces blev designet til at hjælpe lægerne med at forbedre resultaterne af TAVR-proceduren og kan også hjælpe med at give patienterne en klarere forståelse af deres anatomi og af, hvordan proceduren fungerer”, siger McAlpine. I takt med at ingeniørerne fortsætter med at forbedre 3D-printteknikkerne og skaber endnu mere naturtro modeller af organer, forestiller McAlpine sig, hvor sådanne teknologier kan føre hen. “I fremtiden, efterhånden som vores 3D-printede modeller inkorporerer flere aspekter af organets funktion, ser vi potentialet for, at modellerne selv en dag kan bruges som kunstige erstatningsorganer.”

Arbejdet blev rapporteret i tidsskriftet Science Advances1. Finansieringen blev ydet via bevillinger fra National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (DP2EB020537), Medtronic plc og MnDRIVE-programmet ved University of Minnesota.

1. 3D-printede patientspecifikke aortakroppemodeller med interne sensorer til minimalt invasive anvendelser. Haghiashtiani G, Qiu K, Zhingre Sanchez JD, Fuenning ZJ, Nair P, Ahlberg SE, Iaizzo PA, McAlpine MC. Sci Adv. 2020 Aug 28;6(35):eabb4641. doi: 10.1126/sciadv.abb464

2. https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Leave a comment

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.