Mimics创新套件在瓣膜置换领域的应用——加速解决临床需求，助力患者重获新生

来源： Materialise 玛瑞斯

过去一直被“忽略”的三尖瓣，最近正在引起学术界的关注。三尖瓣通常与心脏左侧有关，传统观点认为修复左侧也会纠正右侧。然而，最近证据显示大量病例在左侧修复后右侧症状并没有消退，最终仍需要进行手术干预，其中三尖瓣反流（tricuspid regurgitation，TR）是较为常见的心脏瓣膜病，即血液从右心室回流到右心房。目前不少医疗器械公司正寻找解决此问题的方法，其中以色列的公司Innoventric正在为治疗TR开发一种独特的解决方案，在Materialise Medical 和 Mimics 创新套件的3D技术帮助下，Innoventric 正在快速地实现他们前瞻性的解决方案。

• 挑战
  

瓣膜的非管状形状难以锚定，
导致三尖瓣反流的修复过程很复杂

• 解决方案
  

Innoventric 绕过了复杂的三尖瓣解剖结构，开发了 Trillium™，一种锚定在上腔静脉/下腔静脉（IVC/SVC）中的带瓣支架

• 结果
  

在首次人体临床试验（FIH）中成功治疗了多名患者

挑战
三尖瓣关闭不全会增加静脉压力，出现水肿，最终导致多器官衰竭。目前的治疗方法通常为使用利尿剂以促进体液流失，在病情恶化时再去医院。然而三尖瓣疾病是机械性的问题，仅靠药物不能完全治愈，最终仍需要通过手术来减轻症状和并发症的风险。

然而，更换三尖瓣的心脏开胸手术对老年患者来说风险很高。三尖瓣置换手术比改善受损主动脉瓣的手术——经导管主动脉瓣植入术 (TAVI) 复杂得多。这是因为三尖瓣不是圆形的，且瓣环的形状因每位患者而异，难以固定。此外，与主动脉瓣的稳定形状不同，三尖瓣的形状在心动周期内会随着腱索和乳头肌的运动而不断变化。这些都增加了三尖瓣置换手术的难度。

打开三尖瓣置换的思路

▲  支架移植物被置于IVC/SVC中，并在其侧壁上设计一个瓣膜

Amir Danino，Innoventric公司的创始人和CEO, 提出了一个前瞻性想法，鉴于三尖瓣的位置和结构复杂，因此不直接在三尖瓣处更换瓣膜，而是去增加一个防止反流的瓣膜。支架移植物被置于IVC/SVC中，并在其侧壁上设计一个瓣膜（如图）。由于腔静脉是管状结构且尺寸比三尖瓣环小，这样以来锚定也会更容易。通过旋转和纵向的标记还可确保瓣膜有正确的位置和开口方向。

当解剖结构以三维呈现时，我们更容易在术前理解手术过程中必须处理的解剖结构和挑战。

Yair Pichersky ｜ Innoventric 研发项目经理

Materialise Medical 团队助力原型设备设计

▲  Trillium™ 装置设计带有一个支架和一个通向右心房的瓣膜

为了设计出有正确尺寸的瓣膜，研发团队需要一系列关键的测量值，例如IVC/SVC的直径、支架长度、右心房 (RA) 入口、与隔膜的距离与RA体积，为此他们联系了 Materialise Medical 团队帮助其进行了分析，包括三维重建数据和执行相应的测量。借助虚拟模型和相应测量结果，Innoventric 团队能够通过支架移植物的直径、长度和形状来判断设计结果是否可行，并将其用于验证（Verification）和确认（Validation），从而进一步确认是否可以有效交付和放置到位。

在临床前试验之前和期间，他们还设计了一个体外心血管流体动力学测试系统来模拟支架植入物的性能。同时，作为进行FIH试验之前的验证和确认计划的一部分，他们也进行了所有与标准相关的耐久性、疲劳、生物相容性、灭菌验证等测试。之后他们也将 Trillium™ 植入了 30 头患有TR 的猪体内，以进行动物试验。

Materialise Mimics创新套件与3D打印服务助力人体试验的有效筛选和规划

▲  Mimics 中的三维重建用于术前规划

2020 年初，Innoventric 团队开始了他们的FIH。在筛查阶段，他们通过筛查各种医学变量来选择患者，使用能够显示血流方向和压力的彩色多普勒超声来确定反流的等级，然后拍摄CT和使用Mimics 创新套件测量 IVC/SVC 不同位置的直径和肝静脉端到右心房之间的距离等解剖结构参数，以确定植入物是否适配。还通过体外心血管流体动力学测试系统测量了右心房、右心室、肺动脉和腔静脉的压力，以获取血流动力学情况。

▲ 通过三维视图理解解剖学和病例的复杂性

在患者通过筛查之后，Innoventric 团队会使用Mimics三维重建和Materialise 3D打印服务来规划手术流程。在Mimics创新套件中，他们三维重建患者数据，以结合导入的支架数据，从而实现三维下的支架虚拟植入。通过这样的方式，他们能够在术前选择支架的尺寸，并确定植入的位置和角度。在得到术前规划的结果后，他们会发送给医生以进一步确认。另外，他们利用之前的术前规划数据，使用柔韧性的材料来3D打印出三维实体模型来训练手术操作流程。在练习时，荧光标记被用来辅助定位支架，从而使其放置在正确的位置和流动方向上。通过这个数字化辅助的工作流程，他们已经成功地帮助了多名患者，在FIH试验期间该流程将持续帮助更多的患者。正如 Innoventric 的研发项目经理 Yair Pichersky 解释的那样，“当解剖结构以三维呈现时，我们更容易在术前理解手术过程中必须处理的解剖结构和挑战。”

Materialise强大的工作流程将持续助力Trillium™走向临床
由于Innoventric研发团队迄今为止取得的巨大进步，未来该团队将保留他们的工作流程。他们下一阶段的目标是继续扩大试验规模，惠及更多的患者，同时从试验应用到临床。Mimics 创新套件一直以来是协助试验筛选和 “实现”模拟装置植入的强大工具，其对于Innoventric目标的实现是必不可少的。Yair 补充说：“我们带着更多的数据和知识来进行手术，这些知识也给了操作人员信心。”

3D打印技术对于 Innoventric 从研发、验证和确认到审核批准的整个过程来说都将是不可或缺的。他们与 Materialise的合作使他们能够设计该创新装置，真正实现“从科研到临床应用”。