スタンフォード大学は3Dプリントを使用してカスタマイズされた心房細動治療装置を開発

心房細動は、不規則で頻繁に速い心拍を特徴とする心臓の病気です。多くの人が、薬物治療や手術を必要とする深刻な合併症に苦しんでいます。外科的治療中、医師は心臓のリズムに問題が発生するポイントを見つける必要があります。1つの方法は、心臓カテーテル装置を使用して心臓の電気活動を検出してマッピングし、患者の心臓のリズム障害の領域を見つけて除細動治療を行うことです。
画像提供: ケビン・サイア、スタンフォード大学
しかし、この装置にある心臓の表面に接触する電極を備えたデバイスは、現状では標準化された製品です。スタンフォード大学バイオエンジニアリング学部の研究者らは、心房細動領域の検出精度をさらに向上させるため、3Dプリントされたカスタマイズされた電極デバイスを開発しています。

心臓の電気的活動を正確に追跡する<br /> 具体的なアプローチとしては、MRIやCTスキャンで取得した心臓の画像をもとに電極を取り付けたデバイスをカスタマイズし、3Dプリントで製造するというものです。こうすることで、患者の解剖学的構造に合ったデバイスが得られます。

これは、小さな穴のネットワークを備えた小さくて薄い柔軟なシリコン膜で、各穴には小さな電極が含まれています。この装置を心臓の心房の表面に置くと、心臓の特定の領域の電気活動を測定できます。このようにして得られたデータはコンピューターに送信され、コンピューターはデータを記録し、電気活動のヒートマップを表示します。これにより、医師は治療が必要な心臓の領域を特定することができます。

画像提供: ケビン・サイア、スタンフォード大学
3D プリントされたカスタムデバイスは、心臓の関連領域の電気活動を非常に正確に追跡できます。研究者らは、カスタマイズされた電極デバイスには詳細な長方形の情報グリッドがあるため、ユーザーは信号の損失や接触不良などによるエラーを心配する必要がないと述べた。

心臓表面の電気活動のヒートマップ。画像提供: スタンフォード大学ケビン・サイア
これらの 3D プリントされたカスタムデバイスは現在、心臓の外層である心外膜層で使用されています。研究者らは、3Dプリントされたデバイスを使用して心臓の内面の電気活動のヒートマップを作成できるかどうかを調査しており、これにより心拍リズムの乱れをより正確に測定できるようになる。

この研究の基本的な目標は、心臓内で不規則な電気活動が発生する問題点を特定し、その問題点を排除して心臓を正常に戻すことです。

3D プリント技術は、心臓病の治療に多次元の技術的ソリューションを提供します。3D Science Valley の市場調査によると、手術計画や医療研究に使用される心臓モデルから、低侵襲心臓手術器具、心臓修復用パッチまで、3D プリント技術の応用分野は広がっています。

心臓医療モデル<br /> ボクセル化されたマルチカラー 3D 印刷技術は、より正確でリアルな心臓医療モデルを製造するための技術的ソリューションを提供します。たとえば、Stratays の Polyjet 3D 印刷技術では、手術の事前計画や複雑な手術トレーニングに使用できる多色、多材料の心臓モデルを作成できます。
Stratasys のマルチカラー、マルチマテリアル 3D 印刷技術で作られた心臓モデル。ハーバード大学 Wyss 研究所と MIT マルチメディア研究所の研究者は、ハーフトーンベースの 3D 印刷方法を使用して医療モデルを作成しました。この方法は、元の MRI データに存在するすべての詳細レベルを忠実に保存し、人間の目で識別できる解像度とほぼ同じです。この方法を使用すると、弁内に形成されたカルシウム沈着物に対応する弁組織の異なる材料を使用して、人間の心臓弁の可変剛性モデルを印刷することが可能になり、機械的特性の勾配を示すモデルが作成され、医師がカルシウム沈着が弁機能に及ぼす実際の影響をより深く理解するのに役立ちます。

低侵襲心臓手術器具
Sutrue 社は、英国ロイヤル・ブロンプトン病院の心臓専門医と協力し、低侵襲心臓手術用のステープラーや心臓安定器の製造における金属 3D プリント技術の利用を拡大しています。

コンセプトレーザーMlab 3Dプリント縫合部品、1回のプリントあたり最大600個

このステープラーはとても小さく、心臓内視鏡手術に使用されます。手術中、ステープラーはストローほどの細いチューブを通過し、指定された位置に移動します。ヘッドは柔軟に回転し、任意の位置に到達できます。縫合中に針がゆっくり正確に回転します。これらの繊細な機能は、縫合装置内の複雑なマイクロギア部品のおかげで可能になりました。これらの複雑で小型かつ精密なギアは、Concept Laser の粉末ベッドレーザー溶融金属 3D 印刷装置を使用して Suture によって製造されています。

バイオ 3D プリント心臓パッチ<br /> 今年5月、アメリカの生物学企業BIOLIFE4Dは、生物学3Dプリンターと幹細胞を使用して心臓修復用のパッチを製造した。 3D プリントされた心臓パッチは、急性心不全の患者の治療に使用でき、失われた心筋収縮力を回復するのに役立ちます。

バイオ 3D プリント心臓パッチの製造には、幹細胞集合体やタンパク質含有ゲルなど、さまざまな材料が使用されます。 3D バイオプリンティング技術により、パッチ製造にかかる時間を短縮し、精度を向上させ、安定性を高めることで、心臓病の治療に大きなメリットがもたらされます。生物学的 3D 印刷技術を使用してパッチを製造する利点は、印刷材料を変更し、設計モデルを修正することで、さまざまなパッチを短時間で製造できることです。

出典: 3Dサイエンスバレー

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