3D 建模对气道夹板和支架的影响

我们之前已经写过 3D 建模和打印在医疗应用中日益重要的作用，以及它对改善人们生活的影响。但这项技术在实现挽救生命的程序方面有着更大的希望。

在过去的博客中，我们介绍了由麻省理工学院生物机电一体化研究小组开发的动力假肢，其中必须对下肢进行建模，以了解内部结构以及用于控制肢体的单个组织和肌肉的强度。因此，虽然基本肢体是标准结构，但必须为每个客户建模和制造附件和传感器结构。

我们还讨论了大规模定制将如何扩展到手术室，外科医生将在手术室中插入定制的冠状静脉支架和替换关节以适合患者，并且很快，患者将对其受影响的动脉和关节进行 3D 建模以确定确切的配置和尺寸需要。

这两组应用程序都展示了 3D 建模和打印如何改进现有的治疗和应用程序。虽然它们或多或少地改变了生活，但有一个新的应用程序只有 实用，因为 3D 建模和打印——气道或气管支架和夹板——可以挽救生命的物品。

现状

当前的气道（气管支气管树）支架是相对粗糙的事务，由 Y 形管组成，具有某种机制将它们固定到位。它们看起来更像是车外的东西，而不是医疗设备。由于这些支架结构简单且仅大致安装，它们可以在气道内移动，从而降低其有效性。或者更糟糕的是，支架可能会被粘液阻塞或导致在用于固定支架的机制周围形成新组织。

这些支架的形状和尺寸可以定制，但需要对患者进行测量，然后与制造商沟通。这个过程可能需要数周时间才能交付新支架，并且仍然会导致支架不太完美。当然也有患者等不及的情况。

3D 制造更上一层楼

进入 Beth Israel Deaconess 医疗中心的 George Chang 博士，他看到了 3D 建模和打印在开发定制支架方面的潜在应用，从而解决了当前解决方案的适配问题。使用赠款资助该项目，Chang 博士组建了一个多元化的团队来解决这个问题。团队遇到的第一个挑战是没有 3D 打印机可以处理支架所需的医疗级硅。解决方案是 3D 打印一个模具，然后用合适的材料制造出所需的支架。基于这一认识，该团队编写了一个程序来对患者的气管进行 3D 扫描并生成所需的模具。新支架不仅完美贴合，功能比以前的商业支架好得多，而且生成支架的时间只需几天。

Chang博士的工作有一个有趣的衍生：为患者制作的模具代表了一种非常逼真的培训设备，供肺科医生学习进行支气管镜检查。这些模具不仅比目前使用的训练模型便宜得多，而且可以捕捉到真实气管支气管树的所有细节。

拨到十一点

与张博士的开创性工作一样令人印象深刻的是，它基本上取代了旧式支架。但对于患有气管支气管软化症（或 TBM）的婴儿，目前唯一的治疗方法是复杂的手术和持续的通气和监测。即使进行了手术，婴儿存活的机会也不大。然而，那些存活下来的人会在三岁时摆脱这种状况。

TBM 是由于内部器官压迫脆弱的气管支气管树而导致气道受压的情况。虽然支架可能是一个显而易见的解决方案，但存在两个主要挑战：

• 婴儿气道的大小。由于装配问题，支架不实用。
• 任何补救措施都必须与婴儿一起成长。

来自密歇根大学安娜堡分校的 Scott Hollister 博士、Glenn Green 博士和医学博士 Robert Morrison 的团队提出了与患者一起生长的 3D 打印夹板（围绕气管）的概念。此外，该团队还希望制造一种可生物吸收的夹板，这意味着它会在几年内被吸收到孩子的身体中，从而避免以后需要进行手术来移除夹板。

感谢密歇根大学卫生系统

该解决方案从婴儿气道 CT 成像构建的 3D 模型开始。从这个模型中，创建了用于装配的儿童气管支气管树的 3D 打印模型以及夹板本身。夹板是使用称为聚己内酯的生物聚合物打印的，这种聚合物不仅可生物降解，而且价格低廉。然后将得到的夹板缝合在孩子的气管周围，支撑气管直到它变得更强壮。

结果是惊人的。第一次使用夹板的手术是在 2012 年 2 月对一个小孩进行的，他唯一的选择是窒息。夹板一安装，就恢复了正常的呼吸。婴儿在 21 天后从呼吸机中取出并能够回家，没有出现呼吸困难的迹象。考虑到 TBM 影响美国出生的 2,200 名婴儿中的 1 名，挽救的生命数量将是巨大的。

展望未来，我们可以期待看到这类基于 3D 建模和打印的解决方案来制造生物可吸收支架和夹板，以解决各种疾病，为成千上万的患者带来新的希望。