血管类疾病是人类的一大杀手。据美国心脏病协会统计，仅心血管类疾病每年就导致全球超过1730万人死亡，到2030年该数字将上升至2360万人。血管类疾病的治疗方式包括传统的开放手术、通过特定的心脏导管操作技术对心脏病进行治疗的介入手术等。这些治疗方式已在极大程度上可以治疗部分血管类疾病。
每场复杂手术的成功，除了依靠医生多年的手术实战经验之外，在手术前针对患者情况制定手术方案、进行充分的手术模拟、演练也是手术成功的保障。3D打印的医疗模型已成为医生详细研究患者病情，进行手术预规划和手术演练的工具，但是对于复杂的血管类疾病手术，特别是介入手术，仅仅依靠单个3D打印模型仍无法系统、真实的进行手术模拟，美国Replicator公司制造了一个完整的心、脑血管手术仿真模拟系统，该系统中的血管模型是通过3D打印技术为不同患者进行定制的，这为医生进行手术训练和教学提供了便利。本期，3D科学谷就与谷友一起来了解一下这个手术仿真模拟系统。
“复制”复杂的血管
Vasular Simulations
我们先来目睹一下Replicator 公司Vasular Simulations 血管手术模拟仿真系统的真实面目。
图片来源：Stratasys
血管手术模拟仿真系统目的是为医生提供进行血管内手术模拟的逼真环境。该系统包括以下功能：
- 带机械性二尖瓣和主动脉瓣的功能性左心房和心室
- 重现Windkessel效应的硅胶主动脉（Windkessel效应是指在心室舒张期扩张的肺动脉弹性回缩，使血流在关闭的肺动脉瓣处受阻而加速进入远端肺动脉。）
- 可调节的生理参数，如心率、脑和外周血流量
- 在几分钟内可将流体温度加热到37摄氏度的装置
3D打印起到什么作用？
Vasular Simulations 手术模拟仿真系统中的硅胶血管模型是借助3D打印技术定制的。定制的过程是从获得患者的医疗影像资料开始的。首先安排患者在医院接受CT 或核磁共振检查，从而得到二维的医疗影像。然后通过三维医学图像处理软件进行三维建模。
图片来源：Stratasys
A 患者的医学影像
B 三维软件处理将A 处理为三维模型
C 经过软件的修改，只留下手术模拟所需要的部分
D 适应血流系统进口和出口
软件处理好的血管3D模型通过Stratasys Dimension Elite 3D打印机打印出来，打印材料是ABSplus。接下来需要进行3D打印模型的表面后处理，以尽量减少最终产品上出现缺陷。最后，在3D打印模型上覆上硅胶材料，并将3D打印模型熔掉，从而制造出定制化的硅胶血管模型。
图片来源：Stratasys
与用ABS 3D打印的血管模型相比，硅胶血管模型更接近于人体真实的血管。虽然3D打印的血管模型在这里并不是直接用于手术模拟的，但是3D打印技术可以将每位患者错综复杂的心、脑血管的几何形状和微小细节一比一的“复制”出来，使Vasular Simulations 手术模拟仿真系统中通过3D打印模型制造的硅胶血管也可以反应出同样的细节特征，从而为医生进行逼真的血管手术模拟提供便利。
美国Replicator 公司成立于2011年，位于纽约州。团队成员由一群经验丰富的医生、生物医学研究人员、机械工程师组成。目前，该公司的CEO 同时作为Stony Brook 大学附属医院的一名血管神经外科医生已通过Vasular Simulations 手术模拟仿真系统多次进行复杂血管部位的手术模拟练习，并通过多次模拟为患者确定最佳的手术方案。
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