Los modelos de válvulas cardíacas creados con impresoras 3D avanzadas pronto podrían ayudar a los cardiólogos a prepararse para realizar reemplazos de válvulas cardíacas que salvan vidas.
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y el Instituto del Corazón de Piedmont están utilizando imágenes médicas estándar y nuevas tecnologías de impresión en 3-D para crear modelos de válvulas cardíacas específicas para el paciente que imitan las cualidades fisiológicas de las válvulas reales. Su objetivo es mejorar el éxitotasa de reemplazos de válvula aórtica transcatéter TAVR seleccionando la prótesis correcta y evitando una complicación común conocida como fuga paravalvular.
"La fuga paravalvular es un indicador extremadamente importante de cuán bien le irá al paciente a largo plazo con su nueva válvula", dijo Zhen Qian, jefe de Investigación de Imágenes Cardiovasculares en el Piedmont Heart Institute, que forma parte de Piedmont Healthcare. "La idea era, ahora que podemos hacer un modelo específico para el paciente con esta tecnología de impresión tridimensional que imita los tejidos, podemos probar cómo las válvulas protésicas interactúan con los modelos impresos tridimensionales para saber si podemos predecir fugas ".
Los investigadores, cuyo estudio fue publicado el 3 de julio en la revista JACC: imágenes cardiovasculares descubrió que los modelos, creados a partir de tomografías computarizadas de los corazones de los pacientes, se comportaron de manera tan similar a los reales que pudieron predecir de manera confiable la fuga.
"Estas válvulas impresas en 3-D tienen el potencial de tener un gran impacto en la atención al paciente en el futuro", dijo Chuck Zhang, profesor de la Escuela Stewart de Ingeniería Industrial y de Sistemas en Georgia Tech.
Decenas de miles de pacientes cada año son diagnosticados con enfermedad valvular cardíaca, y la TAVR a menudo se considera para pacientes con alto riesgo de complicaciones con una cirugía a corazón abierto para reemplazar la válvula.
Las válvulas protésicas están hechas en una variedad de tamaños de múltiples fabricantes. La fuga ocurre cuando la nueva válvula no logra un ajuste preciso y la sangre fluye alrededor de la prótesis en lugar de atravesarla como se esperaba. Reducir las posibilidades de fuga es clave pararesultado del paciente para el procedimiento.
"Al prepararse para realizar un reemplazo valvular, los cardiólogos intervencionistas ya sopesan una variedad de predictores de riesgo clínico, pero nuestro modelo impreso en 3-D nos brinda un método cuantitativo para evaluar qué tan bien se ajusta una válvula protésica al paciente", dijo Qian.
Los modelos se crean con un diseño metamaterial especial y luego se fabrican con una impresora tridimensional multimaterial, que brinda a los investigadores el control sobre parámetros de diseño como el diámetro y la longitud de onda curva del metamaterial utilizado para la impresión, para imitar más estrechamente la fisiologíapropiedades del tejido.
Por ejemplo, los modelos pueden recrear afecciones como la deposición de calcio, un factor subyacente común de estenosis aórtica, así como la rigidez de la pared arterial y otros aspectos únicos del corazón de un paciente.
"Los métodos anteriores de usar impresoras 3-D y un solo material para crear modelos de órganos humanos se limitaron a las propiedades fisiológicas del material utilizado", dijo Zhang. "Nuestro método de crear estos modelos usando diseño de metamateriales y material múltiple 3-La impresión D tiene en cuenta el comportamiento mecánico de las válvulas cardíacas, imitando el comportamiento natural de endurecimiento de tensión de los tejidos blandos que proviene de la interacción entre elastina y colágeno, dos proteínas que se encuentran en las válvulas cardíacas ".
Esa interacción se simuló al incorporar microestructuras rígidas y onduladas en el material más blando durante el proceso de impresión en 3D.
Los investigadores crearon modelos de válvulas cardíacas a partir de imágenes médicas de 18 pacientes que se habían sometido a una cirugía de reemplazo valvular. Los modelos fueron equipados con docenas de cuentas radioopacas para ayudar a medir el desplazamiento del material que imita el tejido.
Luego, los investigadores combinaron esos modelos con las mismas válvulas protésicas de tipo y tamaño que los cardiólogos intervencionistas habían usado durante el procedimiento de reemplazo de válvulas de cada paciente. Dentro de un entorno de prueba de agua caliente controlado para mantener la temperatura del cuerpo humano, los investigadores implantaron las prótesis dentro de los modelos, teniendo cuidado de colocar las nuevas válvulas en la ubicación exacta que se utilizó durante el procedimiento clínico para cada caso.
El software se usó para analizar imágenes médicas que muestran la ubicación de las perlas radioopacas tomadas antes y después del experimento para determinar cómo interactuaron las prótesis con los modelos impresos en 3D, buscando inconsistencias que representan áreas donde la prótesis no estaba bien selladaLa pared de la válvula.
A esas inconsistencias se les asignaron valores que formaron un "índice de abultamiento", y los investigadores encontraron que un índice de abultamiento más alto estaba asociado con pacientes que habían experimentado un mayor grado de fuga después de la colocación de la válvula. Además de predecir la ocurrencia de la fuga,los modelos impresos en 3D también pudieron replicar la ubicación y la gravedad de la complicación durante los experimentos.
"Los resultados de este estudio son bastante alentadores", dijo Qian. "Aunque este procedimiento de reemplazo valvular es bastante maduro, todavía hay casos en los que elegir una prótesis de diferente tamaño o un fabricante diferente podría mejorar el resultado, y la impresión en 3-Dserá muy útil para determinar cuál "
Si bien los investigadores encontraron que otra variable, la cantidad de calcio que se había acumulado en la válvula natural del paciente, también podría predecir con alta precisión si habría un mayor grado de fuga, el nuevo método que utilizaba válvulas impresas en 3D era unmejor predictor en ciertos casos donde se usan globos durante el procedimiento para expandir la válvula protésica para un mejor ajuste.
Los investigadores planean continuar optimizando el diseño de metamateriales y el proceso de impresión en 3-D y evaluar el uso de las válvulas impresas en 3-D como una herramienta de planificación preoperatoria, probando un mayor número de modelos específicos del paciente y buscando formaspara refinar aún más sus herramientas analíticas.
"Eventualmente, una vez que un paciente tiene una tomografía computarizada, podríamos crear un modelo, probar diferentes tipos de válvulas allí y decirle al médico cuál podría funcionar mejor", dijo Qian. "Incluso podríamos predecir que un paciente podríaprobablemente tenga una fuga paravalvular moderada, pero una dilatación con balón lo resolverá "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Josh Brown. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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