Mimics創(chuàng)新套件在瓣膜置換領(lǐng)域的應(yīng)用——加速解決臨床需求，助力患者重獲新生

來(lái)源： Materialise 瑪瑞斯

過(guò)去一直被“忽略”的三尖瓣，最近正在引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注。三尖瓣通常與心臟左側(cè)有關(guān)，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為修復(fù)左側(cè)也會(huì)糾正右側(cè)。然而，最近證據(jù)顯示大量病例在左側(cè)修復(fù)后右側(cè)癥狀并沒(méi)有消退，最終仍需要進(jìn)行手術(shù)干預(yù)，其中三尖瓣反流（tricuspid regurgitation，TR）是較為常見(jiàn)的心臟瓣膜病，即血液從右心室回流到右心房。目前不少醫(yī)療器械公司正尋找解決此問(wèn)題的方法，其中以色列的公司Innoventric正在為治療TR開(kāi)發(fā)一種獨(dú)特的解決方案，在Materialise Medical 和 Mimics 創(chuàng)新套件的3D技術(shù)幫助下，Innoventric 正在快速地實(shí)現(xiàn)他們前瞻性的解決方案。

• 挑戰(zhàn)
  

瓣膜的非管狀形狀難以錨定，
導(dǎo)致三尖瓣反流的修復(fù)過(guò)程很復(fù)雜

• 解決方案
  

Innoventric 繞過(guò)了復(fù)雜的三尖瓣解剖結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了 Trillium™，一種錨定在上腔靜脈/下腔靜脈（IVC/SVC）中的帶瓣支架

• 結(jié)果
  

在首次人體臨床試驗(yàn)（FIH）中成功治療了多名患者

挑戰(zhàn)
三尖瓣關(guān)閉不全會(huì)增加靜脈壓力，出現(xiàn)水腫，最終導(dǎo)致多器官衰竭。目前的治療方法通常為使用利尿劑以促進(jìn)體液流失，在病情惡化時(shí)再去醫(yī)院。然而三尖瓣疾病是機(jī)械性的問(wèn)題，僅靠藥物不能完全治愈，最終仍需要通過(guò)手術(shù)來(lái)減輕癥狀和并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，更換三尖瓣的心臟開(kāi)胸手術(shù)對(duì)老年患者來(lái)說(shuō)風(fēng)險(xiǎn)很高。三尖瓣置換手術(shù)比改善受損主動(dòng)脈瓣的手術(shù)——經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣植入術(shù) (TAVI) 復(fù)雜得多。這是因?yàn)槿�尖瓣不是圓形的，且瓣環(huán)的形狀因每位患者而異，難以固定。此外，與主動(dòng)脈瓣的穩(wěn)定形狀不同，三尖瓣的形狀在心動(dòng)周期內(nèi)會(huì)隨著腱索和乳頭肌的運(yùn)動(dòng)而不斷變化。這些都增加了三尖瓣置換手術(shù)的難度。

打開(kāi)三尖瓣置換的思路

▲  支架移植物被置于IVC/SVC中，并在其側(cè)壁上設(shè)計(jì)一個(gè)瓣膜

Amir Danino，Innoventric公司的創(chuàng)始人和CEO, 提出了一個(gè)前瞻性想法，鑒于三尖瓣的位置和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此不直接在三尖瓣處更換瓣膜，而是去增加一個(gè)防止反流的瓣膜。支架移植物被置于IVC/SVC中，并在其側(cè)壁上設(shè)計(jì)一個(gè)瓣膜（如圖）。由于腔靜脈是管狀結(jié)構(gòu)且尺寸比三尖瓣環(huán)小，這樣以來(lái)錨定也會(huì)更容易。通過(guò)旋轉(zhuǎn)和縱向的標(biāo)記還可確保瓣膜有正確的位置和開(kāi)口方向。

當(dāng)解剖結(jié)構(gòu)以三維呈現(xiàn)時(shí)，我們更容易在術(shù)前理解手術(shù)過(guò)程中必須處理的解剖結(jié)構(gòu)和挑戰(zhàn)。

Yair Pichersky ｜ Innoventric 研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理

Materialise Medical 團(tuán)隊(duì)助力原型設(shè)備設(shè)計(jì)

▲  Trillium™ 裝置設(shè)計(jì)帶有一個(gè)支架和一個(gè)通向右心房的瓣膜

為了設(shè)計(jì)出有正確尺寸的瓣膜，研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要一系列關(guān)鍵的測(cè)量值，例如IVC/SVC的直徑、支架長(zhǎng)度、右心房 (RA) 入口、與隔膜的距離與RA體積，為此他們聯(lián)系了 Materialise Medical 團(tuán)隊(duì)幫助其進(jìn)行了分析，包括三維重建數(shù)據(jù)和執(zhí)行相應(yīng)的測(cè)量。借助虛擬模型和相應(yīng)測(cè)量結(jié)果，Innoventric 團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)支架移植物的直徑、長(zhǎng)度和形狀來(lái)判斷設(shè)計(jì)結(jié)果是否可行，并將其用于驗(yàn)證（Verification）和確認(rèn)（Validation），從而進(jìn)一步確認(rèn)是否可以有效交付和放置到位。

在臨床前試驗(yàn)之前和期間，他們還設(shè)計(jì)了一個(gè)體外心血管流體動(dòng)力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)模擬支架植入物的性能。同時(shí)，作為進(jìn)行FIH試驗(yàn)之前的驗(yàn)證和確認(rèn)計(jì)劃的一部分，他們也進(jìn)行了所有與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的耐久性、疲勞、生物相容性、滅菌驗(yàn)證等測(cè)試。之后他們也將 Trillium™ 植入了 30 頭患有TR 的豬體內(nèi)，以進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)。

Materialise Mimics創(chuàng)新套件與3D打印服務(wù)助力人體試驗(yàn)的有效篩選和規(guī)劃

▲  Mimics 中的三維重建用于術(shù)前規(guī)劃

2020 年初，Innoventric 團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了他們的FIH。在篩查階段，他們通過(guò)篩查各種醫(yī)學(xué)變量來(lái)選擇患者，使用能夠顯示血流方向和壓力的彩色多普勒超聲來(lái)確定反流的等級(jí)，然后拍攝CT和使用Mimics 創(chuàng)新套件測(cè)量 IVC/SVC 不同位置的直徑和肝靜脈端到右心房之間的距離等解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)，以確定植入物是否適配。還通過(guò)體外心血管流體動(dòng)力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量了右心房、右心室、肺動(dòng)脈和腔靜脈的壓力，以獲取血流動(dòng)力學(xué)情況。

▲ 通過(guò)三維視圖理解解剖學(xué)和病例的復(fù)雜性

在患者通過(guò)篩查之后，Innoventric 團(tuán)隊(duì)會(huì)使用Mimics三維重建和Materialise 3D打印服務(wù)來(lái)規(guī)劃手術(shù)流程。在Mimics創(chuàng)新套件中，他們?nèi)�維重建患者數(shù)據(jù)，以結(jié)合導(dǎo)入的支架數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)三維下的支架虛擬植入。通過(guò)這樣的方式，他們能夠在術(shù)前選擇支架的尺寸，并確定植入的位置和角度。在得到術(shù)前規(guī)劃的結(jié)果后，他們會(huì)發(fā)送給醫(yī)生以進(jìn)一步確認(rèn)。另外，他們利用之前的術(shù)前規(guī)劃數(shù)據(jù)，使用柔韌性的材料來(lái)3D打印出三維實(shí)體模型來(lái)訓(xùn)練手術(shù)操作流程。在練習(xí)時(shí)，熒光標(biāo)記被用來(lái)輔助定位支架，從而使其放置在正確的位置和流動(dòng)方向上。通過(guò)這個(gè)數(shù)字化輔助的工作流程，他們已經(jīng)成功地幫助了多名患者，在FIH試驗(yàn)期間該流程將持續(xù)幫助更多的患者。正如 Innoventric 的研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理 Yair Pichersky 解釋的那樣，“當(dāng)解剖結(jié)構(gòu)以三維呈現(xiàn)時(shí)，我們更容易在術(shù)前理解手術(shù)過(guò)程中必須處理的解剖結(jié)構(gòu)和挑戰(zhàn)�！�

Materialise強(qiáng)大的工作流程將持續(xù)助力Trillium™走向臨床
由于Innoventric研發(fā)團(tuán)隊(duì)迄今為止取得的巨大進(jìn)步，未來(lái)該團(tuán)隊(duì)將保留他們的工作流程。他們下一階段的目標(biāo)是繼續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模，惠及更多的患者，同時(shí)從試驗(yàn)應(yīng)用到臨床。Mimics 創(chuàng)新套件一直以來(lái)是協(xié)助試驗(yàn)篩選和 “實(shí)現(xiàn)”模擬裝置植入的強(qiáng)大工具，其對(duì)于Innoventric目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是必不可少的。Yair 補(bǔ)充說(shuō)：“我們帶著更多的數(shù)據(jù)和知識(shí)來(lái)進(jìn)行手術(shù)，這些知識(shí)也給了操作人員信心。”

3D打印技術(shù)對(duì)于 Innoventric 從研發(fā)、驗(yàn)證和確認(rèn)到審核批準(zhǔn)的整個(gè)過(guò)程來(lái)說(shuō)都將是不可或缺的。他們與 Materialise的合作使他們能夠設(shè)計(jì)該創(chuàng)新裝置，真正實(shí)現(xiàn)“從科研到臨床應(yīng)用”。