血管類疾病是人類的一大殺手。據(jù)美國心臟病協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，僅心血管類疾病每年就導(dǎo)致全球超過1730萬人死亡，到2030年該數(shù)字將上升至2360萬人。血管類疾病的治療方式包括傳統(tǒng)的開放手術(shù)、通過特定的心臟導(dǎo)管操作技術(shù)對(duì)心臟病進(jìn)行治療的介入手術(shù)等。這些治療方式已在極大程度上可以治療部分血管類疾病。

　　每場(chǎng)復(fù)雜手術(shù)的成功，除了依靠醫(yī)生多年的手術(shù)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)之外，在手術(shù)前針對(duì)患者情況制定手術(shù)方案、進(jìn)行充分的手術(shù)模擬、演練也是手術(shù)成功的保障。3D打印的醫(yī)療模型已成為醫(yī)生詳細(xì)研究患者病情，進(jìn)行手術(shù)預(yù)規(guī)劃和手術(shù)演練的工具，但是對(duì)于復(fù)雜的血管類疾病手術(shù)，特別是介入手術(shù)，僅僅依靠單個(gè)3D打印模型仍無法系統(tǒng)、真實(shí)的進(jìn)行手術(shù)模擬，美國Replicator公司制造了一個(gè)完整的心、腦血管手術(shù)仿真模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的血管模型是通過3D打印技術(shù)為不同患者進(jìn)行定制的，這為醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練和教學(xué)提供了便利。本期，3D科學(xué)谷就與谷友一起來了解一下這個(gè)手術(shù)仿真模擬系統(tǒng)。

　　“復(fù)制”復(fù)雜的血管

　　我們先來目睹一下Replicator 公司Vasular Simulations 血管手術(shù)模擬仿真系統(tǒng)的真實(shí)面目。

　　圖片來源：Stratasys

　　血管手術(shù)模擬仿真系統(tǒng)目的是為醫(yī)生提供進(jìn)行血管內(nèi)手術(shù)模擬的逼真環(huán)境。該系統(tǒng)包括以下功能：

　　帶機(jī)械性二尖瓣和主動(dòng)脈瓣的功能性左心房和心室

　　重現(xiàn)Windkessel效應(yīng)的硅膠主動(dòng)脈（Windkessel效應(yīng)是指在心室舒張期擴(kuò)張的肺動(dòng)脈彈性回縮，使血流在關(guān)閉的肺動(dòng)脈瓣處受阻而加速進(jìn)入遠(yuǎn)端肺動(dòng)脈。）

　　可調(diào)節(jié)的生理參數(shù)，如心率、腦和外周血流量

　　在幾分鐘內(nèi)可將流體溫度加熱到37攝氏度的裝置

　　3D打印起到什么作用？

　　Vasular Simulations 手術(shù)模擬仿真系統(tǒng)中的硅膠血管模型是借助3D打印技術(shù)定制的。定制的過程是從獲得患者的醫(yī)療影像資料開始的。首先安排患者在醫(yī)院接受CT 或核磁共振檢查，從而得到二維的醫(yī)療影像。然后通過三維醫(yī)學(xué)圖像處理軟件進(jìn)行三維建模。

　　圖片來源：Stratasys

　　A 患者的醫(yī)學(xué)影像

　　B 三維軟件處理將A 處理為三維模型

　　C 經(jīng)過軟件的修改，只留下手術(shù)模擬所需要的部分

　　D 適應(yīng)血流系統(tǒng)進(jìn)口和出口

　　軟件處理好的血管3D模型通過Stratasys Dimension Elite 3D打印機(jī)打印出來，打印材料是ABSplus。接下來需要進(jìn)行3D打印模型的表面后處理，以盡量減少最終產(chǎn)品上出現(xiàn)缺陷。最后，在3D打印模型上覆上硅膠材料，并將3D打印模型熔掉，從而制造出定制化的硅膠血管模型。

　　圖片來源：Stratasys

　　與用ABS 3D打印的血管模型相比，硅膠血管模型更接近于人體真實(shí)的血管。雖然3D打印的血管模型在這里并不是直接用于手術(shù)模擬的，但是3D打印技術(shù)可以將每位患者錯(cuò)綜復(fù)雜的心、腦血管的幾何形狀和微小細(xì)節(jié)一比一的“復(fù)制”出來，使Vasular Simulations 手術(shù)模擬仿真系統(tǒng)中通過3D打印模型制造的硅膠血管也可以反應(yīng)出同樣的細(xì)節(jié)特征，從而為醫(yī)生進(jìn)行逼真的血管手術(shù)模擬提供便利。

　　美國Replicator 公司成立于2011年，位于紐約州。團(tuán)隊(duì)成員由一群經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生、生物醫(yī)學(xué)研究人員、機(jī)械工程師組成。目前，該公司的CEO 同時(shí)作為Stony Brook 大學(xué)附屬醫(yī)院的一名血管神經(jīng)外科醫(yī)生已通過Vasular Simulations 手術(shù)模擬仿真系統(tǒng)多次進(jìn)行復(fù)雜血管部位的手術(shù)模擬練習(xí)，并通過多次模擬為患者確定最佳的手術(shù)方案。