質(zhì)感極其相近的3D打印“心臟”將在日本量產(chǎn)

3D生物打印在臨床醫(yī)學上的作用不言而喻，“質(zhì)感竟達到了如此接近實物的程度”——日本國立循環(huán)器官疾病研究中心小兒心臟外科部長兼醫(yī)療安全管理部長市川肇拿著一個心臟復制品說道。

這個復制品是利用采用噴墨技術的3D打印內(nèi)臟器官造型系統(tǒng)制作的。該系統(tǒng)由日本國立循環(huán)器官疾病研究中心小兒循環(huán)器官與圍產(chǎn)期部長小兒循環(huán)器官部長白石公與日本crossEffect公司、SCREEN控股及共榮社化學共同開發(fā)的系統(tǒng)。日本國立循環(huán)器官疾病研究中心于2016年12月7日就該系統(tǒng)的開發(fā)舉行了記者發(fā)布會。

日本國立循環(huán)器官疾病研究中心和日本crossEffect公司一直使用患者的CT圖像數(shù)據(jù)和3D打印機，開發(fā)和制作再現(xiàn)幼兒心臟形狀的心臟復制品。以前的方法是這樣的。首先，拍攝患者的CT圖像，根據(jù)提取的心臟數(shù)據(jù)，使用光造型的3D打印機，利用樹脂制作心臟的硬質(zhì)模型。真空下在由此形成的鑄模中澆注硬質(zhì)的氨酯樹脂，從而制成內(nèi)臟器官模型。通過高分辨率的數(shù)據(jù)處理，再現(xiàn)心臟內(nèi)部的血管構造和外側的肌肉。

采用噴墨方式削減時間和成本
此次通過采用噴墨技術直接制造內(nèi)臟器官模型，不再需要鑄模。由于不需要單獨的鑄模，有望縮短打印心臟復制品的時間和降低價格。具體而言，數(shù)據(jù)處理和造型分別可用最短一天、兩天時間。成本是可降至“原來的一半”(SCREEN控股常務董事首席技術官(CTO)灘原壯一)。

此次的系統(tǒng)根據(jù)由患者的CT圖像提取的心臟數(shù)據(jù)，以噴墨方式射入特殊樹脂——制模劑(內(nèi)臟器官模型部分)和支撐劑(覆蓋內(nèi)臟器官以外部分的樹脂)，進行內(nèi)臟器官造型。然后，去掉支撐部分，可以得到內(nèi)臟器官模型。CT圖像的數(shù)據(jù)處理由crossEffect公司負責，內(nèi)臟器官造型系統(tǒng)由SCREEN控股制造，支撐劑和制模劑由共榮社化學開發(fā)。

制模劑使用的樹脂為了采用噴墨技術，“制成了像水一樣的液態(tài)樹脂”(共榮社化學奈良研究所董事兼研究負責人福岡重范)。另外，還采取了措施，在形成后也保持柔軟的質(zhì)感。為使質(zhì)感更加接近實物，現(xiàn)在仍在通過聽取醫(yī)生意見，不斷改進樹脂。

此次的系統(tǒng)目標是1年后將量產(chǎn)技術提高到實用水平。首要目標是獲批成為小兒用心臟復制品及納入保險，日本國立循環(huán)器官疾病研究中心的白石表示“希望盡早獲得批準”。將來，除了小兒用心臟復制品外，還將提供成人心臟病及大動脈疾病的心臟復制品。

通過術前模擬縮短缺血時間
日本國立循環(huán)器官疾病研究中心計劃將利用此次的系統(tǒng)制作的心臟復制品用于每年有1萬2000人發(fā)病的幼兒期復雜先天性心臟病的診斷和治療。白石指出“小孩的心臟很小且形狀復雜，生病后，形狀也是千奇百樣，因此很難掌握手術方法”。

因此，要使用心臟復制品進行術前模擬和培訓年輕醫(yī)生。通過使用正確復制品進行術前模擬，可以在術前掌握患者的復雜心臟結構，“有望縮短手術時間”(白石)。做心臟手術時，心臟停止跳動，處于缺血狀態(tài)。在新生兒期及嬰幼兒期，心臟可安全停止工作的時間為1個小時左右，但心臟的缺血時間哪怕縮短1分1秒都是好的，市川展望道：“使用心臟復制品確實有利于縮短缺血時間”

使用臟復制品，還有一個目的，就是作為培訓年輕醫(yī)生的工具，讓他們掌握內(nèi)臟器官的構造。由于幼兒的心臟手術目標很小，執(zhí)刀醫(yī)生以外的醫(yī)生無法看到患處。使用心臟復制品，“可以看到只有執(zhí)刀醫(yī)生能看到的視野，可以切除本來不能切除的部分看到心臟的里面”(市川)。

發(fā)布會上，市川使用此次制成的心臟復制品進行了術前模擬及培訓年輕醫(yī)生的演示。實際上停止心臟工作后進行手術時，心臟會變軟。以前的內(nèi)臟器官模型大多很硬，此次的模型再現(xiàn)了柔軟的質(zhì)感，因此可進行真實的模擬。

來源：日經(jīng)BP社報
延伸閱讀：
美國3大醫(yī)療機構正合作建設“在線心臟3D模型庫”