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质感极其相近的3D打印“心脏”将在日本量产

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3D生物打印在临床医学上的作用不言而喻,“质感竟达到了如此接近实物的程度”——日本国立循环器官疾病研究中心小儿心脏外科部长兼医疗安全管理部长市川肇拿着一个心脏复制品说道。

这个复制品是利用采用喷墨技术的3D打印内脏器官造型系统制作的。该系统由日本国立循环器官疾病研究中心小儿循环器官与围产期部长小儿循环器官部长白石公与日本crossEffect公司、SCREEN控股及共荣社化学共同开发的系统。日本国立循环器官疾病研究中心于2016年12月7日就该系统的开发举行了记者发布会。
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日本国立循环器官疾病研究中心和日本crossEffect公司一直使用患者的CT图像数据和3D打印机,开发和制作再现幼儿心脏形状的心脏复制品。以前的方法是这样的。首先,拍摄患者的CT图像,根据提取的心脏数据,使用光造型的3D打印机,利用树脂制作心脏的硬质模型。真空下在由此形成的铸模中浇注硬质的氨酯树脂,从而制成内脏器官模型。通过高分辨率的数据处理,再现心脏内部的血管构造和外侧的肌肉。

采用喷墨方式削减时间和成本
此次通过采用喷墨技术直接制造内脏器官模型,不再需要铸模。由于不需要单独的铸模,有望缩短打印心脏复制品的时间和降低价格。具体而言,数据处理和造型分别可用最短一天、两天时间。成本是可降至“原来的一半”(SCREEN控股常务董事首席技术官(CTO)滩原壮一)。

此次的系统根据由患者的CT图像提取的心脏数据,以喷墨方式射入特殊树脂——制模剂(内脏器官模型部分)和支撑剂(覆盖内脏器官以外部分的树脂),进行内脏器官造型。然后,去掉支撑部分,可以得到内脏器官模型。CT图像的数据处理由crossEffect公司负责,内脏器官造型系统由SCREEN控股制造,支撑剂和制模剂由共荣社化学开发。
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制模剂使用的树脂为了采用喷墨技术,“制成了像水一样的液态树脂”(共荣社化学奈良研究所董事兼研究负责人福冈重范)。另外,还采取了措施,在形成后也保持柔软的质感。为使质感更加接近实物,现在仍在通过听取医生意见,不断改进树脂。

此次的系统目标是1年后将量产技术提高到实用水平。首要目标是获批成为小儿用心脏复制品及纳入保险,日本国立循环器官疾病研究中心的白石表示“希望尽早获得批准”。将来,除了小儿用心脏复制品外,还将提供成人心脏病及大动脉疾病的心脏复制品。

通过术前模拟缩短缺血时间
日本国立循环器官疾病研究中心计划将利用此次的系统制作的心脏复制品用于每年有1万2000人发病的幼儿期复杂先天性心脏病的诊断和治疗。白石指出“小孩的心脏很小且形状复杂,生病后,形状也是千奇百样,因此很难掌握手术方法”。

因此,要使用心脏复制品进行术前模拟和培训年轻医生。通过使用正确复制品进行术前模拟,可以在术前掌握患者的复杂心脏结构,“有望缩短手术时间”(白石)。做心脏手术时,心脏停止跳动,处于缺血状态。在新生儿期及婴幼儿期,心脏可安全停止工作的时间为1个小时左右,但心脏的缺血时间哪怕缩短1分1秒都是好的,市川展望道:“使用心脏复制品确实有利于缩短缺血时间”

使用脏复制品,还有一个目的,就是作为培训年轻医生的工具,让他们掌握内脏器官的构造。由于幼儿的心脏手术目标很小,执刀医生以外的医生无法看到患处。使用心脏复制品,“可以看到只有执刀医生能看到的视野,可以切除本来不能切除的部分看到心脏的里面”(市川)。

发布会上,市川使用此次制成的心脏复制品进行了术前模拟及培训年轻医生的演示。实际上停止心脏工作后进行手术时,心脏会变软。以前的内脏器官模型大多很硬,此次的模型再现了柔软的质感,因此可进行真实的模拟。

来源:日经BP社报
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