Благодаря сравнительно низкой стоимости производства, быстрому прототипированию и эффективности дизайна, 3D-печать успела заявить о себе в авиационно-космической, автомобилестроительной и промышленной сферах. Ученые и исследователи решили не останавливаться на этом и внедрить 3D-технологии в медицину. На сегодняшний день многие импланты, например, зубные коронки, зубные протезы, протезы конечностей, слуховые аппараты и даже органы уже делают на 3D-принтерах. Новое изобретение в медицинской сфере - это 3D-протез клапана аорты, который, в будущем уменьшит риск осложнений, особенно после транскатетерной имплантации аортального клапана. Это станет новой гранью в применении 3D-технологий в сфере здравоохранения.

Исследователи из радиологической клиники университета Сиэтла, Вашингтон, занимаются усовершенствованием техники 3D-печати моделей клапанов аорты, которые в будущем помогут снизить факторы риска и осложнения от транскатетерной имплантации аортального клапана. Это поможет очень многим пациентам, страдающим от аортального стеноза. Транскатетерная имплантация аортального клапана станет безопасной альтернативой более инвазивным и экстремальным хирургическим вмешательствам. Эта процедура сравнительно неинвазивная и подразумевает возобновление клапана без удаления поврежденной части. Новый клапан может полностью складываться, с помощью катетера его доставляют в место, где находится поврежденный клапан. Этот процесс подобен имплантации стента в артерию.

Несмотря на то, что транскатетерная имплантация аортального клапана довольно безопасна, все равно есть шанс на осложнение. Одной из основных проблем остается околоклапанная регургитация. Это может произойти, когда внедренный протезный клапан не полностью подходит, или из-за неправильного кольцевого уплотнения. До сих пор очень трудно определить точный размер протезного клапана, т. к. корень аорты - сложная область анатомии человека. Корень аорты может быть разных размеров и форм, следовательно, врачам бывает трудно определить точный размер.

На сегодняшний день трансторакальная эхокардиография (ТТЕ), томография сердца и чреспищеводная эхокардиография (ЧПЭхоКГ) являются методами, с помощью которых измеряется аортальный клапан пациента. Визуальные методы эффективны только в некоторой степени, ведь они дают двухмерное изображение, и оно не может быть на 100 % точным и правильным. Исследователи из Вашингтонского университета сделали предполагаемую, ранее не существовавшую 3D-модель клапана аорты, которая, возможно, поможет врачам определить точный размер. Также это поможет точно спрогнозировать, как отдельные аортальные клапаны отреагируют на протезы определенной формы и размера. Помимо этого можно предопределить склонность пациента к околоклапаннй регургитации в послеоперационных условиях.

Чтобы проверить гипотезу, команда исследователей провела эксперимент, в который входило тестирование эффективности 3D-моделей корня аорты. Доктор Бет Рипли, ведущий автор и врач-резидент рентгенологического исследования в ходе эксперимента выбрала 8 пациентов. Все 8 пациентов сталкивались с транскатетерной имплантацией аортального клапана и околоклапанной регургитацией. К этим пациентам добавили еще 8 человек с совпадающей возрастной группой, полом и размером имплантированного клапана. Эти новые 8 человек не сталкивались с осложнением в лице околоклапанной регургитации после того, как перенесли транскатетерную имплантацию аортального клапана. Доктору Рипли помогали Майкл К. Чизум, Татьяна Келил, Марсело Ф. ДиКарли, Александра Гонкальвес, Майк Стейджнер, Френк Дж. Рубицкий, Рон Бланкстайн и Димитриос Митсурас. Ход исследования и его результаты напечатали в журнале Journal of Cardiovascular Computed Tomography.

Цифровые данные некоторых пациентов были получены еще до конца процесса стереолитографии. И согласно этим данным 3D-принтер подготовил несколько эластичных моделей аорты. Твердые пластиковые модели клапанов были сделаны на принтере с технологией экструзии материала. Для уверенности, что каждая, сделанная на 3D-принтере модель аорты имеет правильный размер, их размеры сравнили с изображениями полученных сканов КТ сердца.

Когда все модели были напечатаны и собраны, команда исследователей применила рациональный метод оценки риска околоклапанной регургитации. Прежде всего, пациентам, столкнувшимся с околоклапанной регургитацией, предоставили 3D-модели неудачных имплантов, которые вызвали проблемы. Ученые воспользовались простой техникой фотографии, чтобы определить проэктируемый пучок света через выводной клапан левого желудочка. Это точный признак околоклапанной регургитации. Тот же процесс повторили с пациентами, не столкнувшимися с околоклапанной регургитацией с приписанными им имплантами. В этом случае свет либо вообще не проходил сквозь модели, либо был едва заметен.

И лишь один из 8 контрольных пациентов был предрасположен к околоклапанной регургитации, значит, число страдающих от околоклапанной регургитации возросло до 9. При этом число контрольных пациентов снизилось с 8 до 7. Тест на светопропускаемость определил околоклапанную регургитацию у 6 пациентов из 9, т.е. процент эффективности равен 66. Это исключает её у 5 пациентов из 7, т. е. 71%. Точность тестов очень многообещающая для команды исследователей, т. к. будущие доктора могут делать 3D-модели аортальных клапанов человека и других потенциальных имплантов перед проведением транскатетерной имплантации аортального клапана. В любом случае, если тест на светопропускаемость будет не пройден и покажет риск околоклапанной регургитации, то пациент и доктор будут искать другие приемлемые методы лечения. Если же тест не показал угрозы околоклапанной регургитации, то доктор может быть уверен в необходимости и уместности процедуры для пациента.

Технология быстрого прототипирования моделей клапанов аорты может в будущем спасать жизни тысячи пациентов, страдающих от осложнений, или тех, чьи шансы на околоклапанную регуритацию в процессе транскатетерной имплантации аортального клапана велики. Это открывает новые двери перед исследователями в этой области. Данное исследование - это значительный шаг в развитии в процессе замены клапана аорты, которое очень важно для будущего.