在美国，超过八分之一的75岁及以上的人在其心脏中发生中度至重度的主动脉瓣阻塞。许多这些老年患者使用称为经导管主动脉瓣置换术(TAVR)的手术将人工瓣膜植入其心脏，该手术通过插入主动脉的导管展开瓣膜。然而，该程序的挑战是创建适合患者解剖结构的高度准确，无泄漏的置换心脏瓣膜。

　　哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的研究人员创建了一个3D打印工作流程，允许心脏病专家预测人工心脏瓣膜的性能，并评估不同瓣膜尺寸与每个患者独特解剖结构的相互作用，然后再实现医疗程序执行。

　　患者主动脉心脏瓣膜的多材料物理模型，每个都有自己独特的大小，形状和钙化量。图片来源：哈佛大学威斯学院

　　在进行心脏解剖结构的3D重建之后，在CT扫描中很容易看到主动脉的外壁和任何相关的钙化沉积物，但是打开和关闭瓣膜的组织的精细“小叶”通常太薄而不能显示很好。 “通常看起来钙化的沉积物只是在阀门内部浮动，对部署的TAVR阀门如何与它们相互作用提供很少或根本没有见解，”Wyss Institute高级研究科学家James Weaver博士解释说。

　　为了解决这个问题，研究人员创建了一个软件，该软件使用参数化建模来生成传单的虚拟3D模型，使用每个患者瓣膜上定位七个坐标，这些坐标在CT扫描中可见。然后将数字小叶模型与CT数据合并并进行调整，以使它们正确地适合瓣膜。然后将得到的模型(其中包含小叶及其相关的钙化沉积物)3D打印成物理多材料模型。该团队还3D打印了一个定制的“sizer”设备，该设备适合3D打印的阀门模型，并进行扩展和收缩，以确定最适合每位患者的人造瓣膜尺寸。

　　将定制的“sizer”装置放置在每个3D打印的心脏瓣膜模型内并逐渐扩展直到达到适当的配合。图片来源：哈佛大学威斯学院

　　研究人员发现，三维印刷瓣膜模型的多材料设计，将柔性小叶和刚性钙化沉积物整合成完全整合的形状，可以更准确地模拟真人心脏瓣膜在人工瓣膜展开过程中的行为，并提供当sizer扩展时，触觉反馈。

　　团队根据已经接受过TAVR手术的30名患者的数据对他们的系统进行了测试，其中15名患者因阀门太小而发生泄漏。通过应用sizer和建模软件，Wyss团队证明能够以60-73%的准确度预测这些情况下的泄漏率。

　　将定制的“sizer”装置放置在每个3D打印的心脏瓣膜模型内并逐渐扩展直到达到适当的配合。图片来源：哈佛大学威斯学院

　　他们的工作是与布莱根妇女医院，华盛顿大学，马萨诸塞州综合医院和马克斯普朗克胶体与界面研究所的研究人员和医生合作完成的，并发表在心血管计算机断层扫描杂志上。