工程师，医生，团队使用个性化建模来替换心脏瓣膜

俄亥俄州立大学威斯纳医学中心的医生们正在采用一种创新的方法来改善接受主动脉瓣置换术患者的护理。他们与俄亥俄州立大学工程学院的生物医学工程师一起工作，这些工程师已经开发出一种方法来模拟和预测潜在的并发症，从而可以避免这些并发症。

需要更换主动脉瓣最常见的原因是主动脉瓣狭窄或瓣膜开口狭窄。经过几十年的时间，瓣膜瓣叶会因为钙化而变得僵硬，使血液更难从左心室泵入主动脉。有两种方法可以替代病变的瓣膜心内直视手术通过传统的胸腔开口，或通过腿部血管置入组织(生物假体)瓣膜的微创经导管方法。

为了帮助确定哪种方法以及俄亥俄州州的每位患者，医生和生物医学工程师的权利，请执行独特的东西：他们创建了个性化的3D模型主动脉瓣和邻近结构并模拟新阀门的功能。该群体每​​周举行，决定患者最适合的事项。

“对于大多数病人，可用阀门工作比较。然而，在某些情况下，病人的解剖可能会产生额外的考虑。例如，患者的瓣膜瓣叶上可能有钙化结节，或者在瓣膜附近出现冠状动脉。俄亥俄州立罗斯心脏医院(Ohio State Ross heart Hospital)心脏结构项目的联合主任、介入心脏病专家斯科特·礼来博士(Dr. Scott Lilly)说，重建瓣膜休息区域的能力非常重要。

Lilly和他的结构心脏团队与Lakshmi Prasad Dasi合作，是俄亥俄州戴维斯心脏和肺部研究所的生物医学工程和手术副教授。Dasi的团队，其中包括来自生物医学和机械工程的研究生，精确地重建了患者的主动脉和3D，使用模仿真正主动脉的各种柔性材料，从患者的CT扫描中打印它。它们将模型装入模拟器，通过系统泵送透明，模拟血液。

“使用激光和高速摄像机，我们可以测量有或没有更换瓣膜的血流速度和涡流模式。我们可以对各种治疗方法、瓣膜的位置和类型建立模型，以便更好地了解渗漏、凝血或冠状动脉阻塞等问题。”Dasi说。“我们可以观察到不同的瓣膜不仅可以缓解狭窄，还可以将在瓣膜上形成血块的可能性降到最低，这是治疗的目标。”

与此同时，Dasi的团队创建了计算机模型来捕捉血液流动的物理过程，以及经导管瓣膜和病人解剖结构之间的相互作用。长期而言，我们的目标是能够在不做物理模型实验的情况下了解每个患者独特的解剖结构和血流，从而加快个性化治疗决策的过程。

“我们目前有两个阀门在经沟管道上选择。我怀疑我们将在两年内至少有四个，”莉莉说。“每个阀门有点不同，每个患者的解剖都是独一无二的。在放置后预测阀门的功能的能力，并且哪个阀可以最佳地用泄漏量最佳，而不会撞击相邻结构。我们正在取得进步。“

达西和莉莉在华盛顿的年度CRT会议上展示了这项工作的成果。

礼来说:“让临床和生物医学工程学院的教员坐在同一个桌子上，讨论单个患者，使我们的心脏项目更强大，而且有一些现实生活中的患者受益的例子。”“例如，在某些情况下，冠状动脉靠近瓣膜放置的位置。使用3D模型，我们可以确定在部署过程中是否要保护这些血管，甚至是否要进行瓣膜置换。这些讨论直接决定了我们如何进行许多阀门更换程序。”

在另一个案例中，该模型引导医生进行心内直视手术，而不是经导管手术。78岁的Bernice Belcher来自哥伦布，她需要一个人工瓣膜，但在建模后，医生发现她的主动脉根部太短，无法使用经导管瓣膜，所以他们选择了心内直视手术。

“手术非常成功。我没有胸痛。令人惊讶的是，我竟然能从这一切中恢复过来，现在我能站起来了，我现在就拥有了‘奋发向上的力量’。”

Dasi的团队已经俯视道路，以改善生物假体阀门本身。这些阀门具有有限的耐用性，因为它们的传单来自牛和猪组织。Dasi和他的学生正在开发合成版本，增强了生物分子，可以使未来的经截管心阀更耐用，并且性价比。

“需要人工髋关节的年轻患者心阀门经常获得机械版，这需要为生活带来血液稀释，“Dasi说。”我们希望开发更耐用的希望阀门具有优越的血液相容性，并可能消除这些患者对血液稀释剂的需要。”

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