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CCIF2019坛主专访 | 先心病介入诊疗坛主张戈军:3D打印+生物可降解性封堵器,让先心病介入更美好
2019-04-18

3D打印技术助力先心病诊疗走向高端

3D打印作为影像学技术的延伸,目前在先天性心脏病方面的应用越来越广,主要有以下三个方面:

第一,3D打印开创教学新模式。教学实践中通过把先心病使用3D打印还原出疾病模型的方式,从而使医生及医学生获得对病例的最直观感受,这一点对少见先天性心脏病尤其重要(这类疾病的病理标本较少);正因为此,可以说是从根本上改变了传统教学方式,此举是医药卫生学科教育领域的一大创举和进步。

第二,3D打印为术者提供模拟操作和试错的机会。一些较为复杂、少见的先心病无论是介入治疗,还是外科手术治疗,术者如果能够在术前进行体外模拟,将减少术中时间和发生错误的概率。随着材料学的发展,利用硅胶等材料等能够打印出更加接近人体组织柔软度(高仿真性)的模型,利于医生进行体外模拟手术,甚至可以使用器械在模型上直接操作、多次演练,有效降低了手术风险。特别是临床上遇到一些先心病患者,病变属于临界状态,在不确定患者病变是否适合介入治疗时,3D打印作用更为凸显,如果3D打印模型上介入操作模拟失败,就不必再在患者身上来进行操作。当前,国内外已有多项研究证实术前3D打印模型可显著提高手术成功率,使以往认为的一些禁忌证也成功进行了介入治疗。相信接下来伴随着3D打印技术的进步以及高仿真材料推广,将能有效提升临床介入和外科手术成功率,使治疗方案更为合理,改善患者整体预后。

第三,3D打印器官从科幻到现实。目前随着3D打印技术的发展,3D生物打印机已能打印出与人体兼容的体内植入物,甚至用细胞作为“墨汁”打印出器官的技术也不断取得突破。据报道,曾有试验成功地使用3D打印出心脏活细胞骨架,且具有收缩功能,不过其存活时间还有待提升。此外,不仅是心血管领域,3D打印在骨科领域、口腔科领域也非常有应用前景,例如使用3D打印出骨骼和关节、牙冠等等,从而进行手术替换。需要强调的是,作为软质空腔器官,心脏具有传导、收缩等功能,这对3D打印技术提出了更高的要求,不过,这属于3D打印高端应用领域,也是3D打印非常有前景的研究方向。


生物可降解封堵器“来去从容”

作为先心病介入治疗的理想材料,生物可降解封堵器可为心脏自身修复提供临时“桥梁”,其作用存在时间窗,历史使命完成后,无需在体内永久存留。然而,现有封堵器基本上都有不可吸收的金属部件,无法完全解决残留问题,置入体内会伴随患者终身,虽然封堵器有较好的生物相容性,不存在排异问题,但仍然会带来一些问题,总结有以下几点:

首先,封堵器内含硬质材料,长时间接触心脏周围组织可能会产生磨蚀作用甚至对周围组织造成损伤,虽然这种磨蚀发生率非常低,但是目前其危险因素尚难以预测其发生。

其次,金属封堵器所在部位可能成为未来治疗他病的操作路径,这种情况在房间隔缺损封堵术后显得更为明显。例如有些患者年轻时因房间隔缺损置入金属封堵器,患者中老年时又发生房颤,房颤消融或左心耳封堵时均需进行房间隔穿刺操作,金属封堵器将可能给这类穿刺操作带来困难。

再次,就是社会学方面的需求。介入治疗因为创伤小、恢复快、体表无明显疤痕而广受欢迎,但体内的金属植入物在影像学检查下仍然是可见的,对部分患者会产生一定的心理影响比如,金属封堵器在放射线下可以显影,容易遭遇“不理解”甚至是“质疑”,以致于给患者带来情感上的伤害。以此,很多患者希望自己被“完全治好”且没有任何痕迹。

基于上述原因,开发生物可降解封堵器,大幅减少乃至消除体内的金属异物有相当的临床需求。生物可降解封堵器在完成治疗作用以后不会成为未来特定治疗方法的阻碍,还能满足一些患者或家属的心理需求。然而,与目前普遍使用的金属封堵器相比,生物可降解封堵器主要的不足之处在于复弹能力较差,以及如何在治疗过程中的“示踪”、治疗后完成后又“匿踪”的问题。

目前临床上广泛使用的记忆合金封堵器从鞘管中推出最终能够自然恢复到体外的形状,因其复弹能力良好,有利于封堵器成形。然而目前比较常用的可降解材料尚无法达到类似记忆合金的复弹性,制约了封堵器自动成形,要求研发中通过特定技术来保证封堵器成形。此外,目前绝多数情况下,是在放射线及超声双重引导进行封堵器置入手术,而现有的生物可降解材料(比如左旋聚乳酸)均为透X线的物质,在X线下无法显影。因此,一方面除了强化利用超声的引导作用以外,还需在可降解封堵器表面或内部加入少量的金属物质来保证封堵器具有一定的X线下可视性,这种特性也有助于封堵器发生脱落并发症时及时发现。以往和当前国外多个进行过临床试验的封堵器都在可吸收材料中加入金属材料,但这些都会造成封堵器不能完全降解。另有厂家完全使用聚乳酸/多聚乳酸等高分子合成材料研发生物可降解封堵器,虽然其能够完全降解,但复弹性较差、在X线下不显影,使其仅能在超声引导下小切口经胸途径可以使用。目前,先健科技有限公司开发的生物可降解房间隔缺损封堵器已经投入临床试验,该封堵器加入了七个金属显影点点使得放射线下可视,但其操作方式与传统记忆合金封堵器也有所不同,需要医生改变部分操作习惯。由于复弹性不佳,生物可降解房间隔缺损封堵器在治疗一些大型病变或复杂病变时可能会有相当的困难这也是以后生物可降解封堵器研发需要着力解决的问题之一。

生物可降解封堵器虽然通过加入少量金属成分来解决术中“示踪”问题,但可视性仍然不能和传统金属封堵器相比,如果在置入封堵器过程中,一旦发生封堵器脱落等并发症,在处理这类并发症时封堵器的示踪问题将显得更为突出另外,加入的少量金属成分在封堵器降解过程中“何去何从”、会不会造成异位栓塞等等都是临床试验中需要重点观察的方面。因此,克服上述仍然存在的问题,需要发展更好的可降解材料,也是未来生物可降解封堵器的研发方向之一。

专家简介张戈军

医学博士,主任医师,研究生导师;主要从事结构性心脏病(包括先天性心脏病及瓣膜病等)介入诊疗。现任国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院结构性心脏病中心3病区副主任,曾历任中国医学科学院阜外医院放射介入病区主任、介入放射科副主任,结构性心脏病中心副主任。

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