インク直接書き込み3Dプリント:リアルな機械的特性を持つ大動脈モデルの製作

インク直接書き込み3Dプリント:リアルな機械的特性を持つ大動脈モデルの製作
この投稿はCoco Bearによって2022-5-4 18:36に最後に編集されました。

はじめに: 付加製造 (AM) は、経カテーテル大動脈弁置換術 (TAVR) のトレーニングや研究用の人工大動脈モデルの製造に使用できます。付加製造により、モデルは患者の大動脈の解剖学的構造に合わせて個別にカスタマイズできます。これまでの既存モデルは、主に単一のゴムのような素材を使用して製造されていました。この材料は、天然大動脈組織の機械的特性、特に高ひずみ(> 0.1)領域での応力-ひずみ応答を再現できません。大動脈の特性を現実的に反映していないモデルを外科手術のトレーニングに使用することは、外科医にとって問題があります。

2022年5月、アンタークティックベアは、スウェーデン王立工科大学(KTH)の材料科学・工学部とスイス連邦工科大学チューリッヒ校(ETH)の機械・プロセス工学部複合材料・適応構造研究所の研究者らが、リアルな機械的特性を持つ3Dプリント大動脈モデルを開発したことを知りました。材料にはゼラチン繊維とシリコンが含まれています。このモデルは、TAVR 手術のシミュレーションにおける大動脈の現実的なシミュレーションとなることが期待されます。彼らの研究はMaterials Lettersに掲載されました。


研究者らは以前、医療用画像診断法を用いてコンピュータ断層撮影データを分析し、特定の患者の大動脈洞と周囲の血管の解剖学的構造を判定した。ゼラチン繊維で強化された設計された新しいシリコンマトリックス複合材料をテストし、大動脈組織の応力-ひずみ応答と比較しました。結果は、このようなモデルが患者の実際の動脈構造を反映するだけでなく、大動脈組織の特徴も備えていることを示しており、次世代の医療モデルの開発に非常に役立ちます。



△ 研究プロセスの概略図

研究プロセスは、コンピュータ断層撮影データから患者の特定の形状を抽出し、大動脈モデルを製造するという、簡単にまとめることができます。 DIW を使用してシリコンレプリカを製造しました。その後、ゼラチン繊維が生成され、シリコンモデルの周囲に巻き付けられ、本来の大動脈組織の典型的な応力-ひずみ挙動を模倣しました。


△ゼラチン繊維製造用に開発された実験装置には、フィラメントワインダー、ゼラチン溶液が入ったシリンダー、加熱ガン、圧力コントローラーが含まれています。


△ (a) 3Dプリントされたシリコン大動脈モデル (b) 後処理後のGFRS大動脈モデル (c) ゼラチン繊維で強化されたプリントされたシリコンモデル (d) 材料の引張試験結果と高ひずみ領域のその他の報告値(Vf = 繊維の体積分率)

概要<br /> 研究者らは、一方向ゼラチン繊維強化シリコン複合材料を使用して、機械的に再現性のある3Dプリント大動脈モデルを製作することに成功しました。大動脈組織の実際の応力-ひずみ条件を反映するために、ゼラチン繊維は印刷されたシリコンモデル内に異なる体積分率で堆積されました。これにより、大動脈内のさまざまな構造の機械的状況がより現実的になるため、このモデルは TAVR の効果的な外科トレーニング ツールになります。


詳細については、元の記事をダウンロードしてください:https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132396





紙、DIW、繊維強化

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