3Dプリントされた心臓の「リアルマップ」が、手術中の医師の「ナビゲーション」を支援

出典：武漢発表

CT と MRI の画像だけを使って、医師は空間認識能力を使って患者の心臓の状態を頭の中で「想像」する必要があります。 3Dプリントされた心臓模型は、心臓の「実物地図」のようなもので、医師が複雑な病変を理解したり、手術経路を研究したり、事前に模型で手術を練習したりするのに役立ちます。また、患者に病状や治療法を説明したり、術後のリハビリテーションの指導を行ったりすることもできます。

武漢の病院は10年前に3Dプリント技術のテストを開始し、2015年から「3Dプリント時代」に突入した。この新技術は、整形外科、歯科、形成外科などの専門分野の患者に恩恵をもたらしている。しかし、心臓は脈動する柔軟な筋肉器官であるため、3Dプリント技術の応用は「少し遅い」。

2020年11月、武漢アジア心臓病院は3Dプリント機器を導入し、複雑な心臓病を患う十数人の患者に3Dプリント手術を行った。心臓を「印刷」し、医師が手術を行うのを支援する方法は?
3時間で心血管系の模擬プリント

21歳の少女、シャオ・メンさん（仮名）は子供の頃から心臓に異常があることが判明していたが、症状が明らかでなかったため、治療を受けたことがなかった。昨年、シャオ・メンさんは高血圧と診断されましたが、その原因は先天性の心疾患に関連していました。降圧剤は効かず、心臓疾患の治療をしなければなりませんでした。心臓超音波検査の結果、シャオ・メンさんは心室中隔欠損、動脈管開存症、心房中隔欠損、軽度大動脈弁閉鎖不全症、軽度から中等度の三尖弁逆流症、狭小下行大動脈など、複雑な先天性心疾患を含む複数の異常を抱えていることが判明した。

2022年3月2日、シャオ・メンさんはヤシン病院に入院した。医師は治療の必要性に応じて、CT検査とMRI検査を受けるよう手配し、検査結果に基づいてソフトウェアで詳細なモデルを作成し、大動脈弓（上部大動脈の弓状部分）の病変部分を1:1スケールで印刷しました。

印刷現場では、病院がカラーマルチマテリアル 3D プリンターを使用しているのを確認しました。ノズルから感光性樹脂が前後に噴射され、平坦化と硬化が行われた後に、製品が層ごとに積み重ねられて形作られます。印刷には約3時間かかります。スタッフはゼリー状の大きな支えを取り除き、最終的に柔らかく弾力性のある赤い大動脈弓モデルを手に入れました。これは、発達不良により血管がねじれて狭くなっている様子を視覚的に確認できるものでした。

「心臓内部に複雑な病変がある場合、心臓の完全なモデルを印刷する必要があり、これには通常20時間以上かかります」とスタッフは語った。医師は模型をもとに、シャオ・メンさんとその家族と治療計画を話し合い、すぐにその部分全体を人工血管に置き換えることを決定した。 3月10日、シャオ・メンさんは心臓の欠陥を修復し、人工血管を交換する手術を受けた。手術後、血圧はすぐに正常に戻り、3月25日に退院した。

かつて河南省の患者のために「遠隔で心臓を印刷」したことがある。昨年11月、ヤシン病院は先天性心疾患を患う9歳の子供、チャオチャオ君（仮名）に対して、同病院初の3Dプリント支援手術を実施した。男児は生後3か月のときに手術を受けたが、身長と体重が増加するにつれて心臓の問題が再発した。

スーパーハートの内部構造は複雑で、手術は非常に困難です。医師たちは、スーパースーパー心臓の1:1モデルを印刷し、心臓内部の繊細な構造を復元しました。専門家グループは、このモデルを「現実の地図」として利用し、変形した部分を特定し、最適化計画を議論し、左室流出路開存および肺動脈再建手術を無事完了しました。子供は手術後順調に回復しました。

1か月後、病院は河南省の病院から別の申請を受けた。患者は複雑な先天性心疾患を患っており、手術は非常に困難であるため、ヤシン病院の院長であるタオ・リャン氏に相談したいという内容だった。

患者は地元にいなかったため、送れるのはCTとMRIの画像だけだった。タオ・リャンは患者の心臓模型をプリントアウトし、「実物」に基づいて相談し、手術計画をリハーサルすることにした。患者の心臓の構造は非常に複雑で、異常な部分が多かったため、モデルの作成だけで2、3日かかり、モデルの印刷には20時間以上かかりました。タオ・リャン氏と彼のチームは、心臓モデルが示す病変の状態に基づいて高度な手術計画を立て、河南省に急行して患者の手術を行い、患者は現在回復している。

「3Dプリントを試みる患者のほぼ全員が、自分の心臓モデルに興味を持つ」とアジア心臓病院先天性心疾患センターの医師、ジン・ボーエン氏は言う。ボーエン氏と彼の同僚は昨年11月以来、複雑な心臓病を患う10人以上の患者に3Dプリントを施してきた。最もよく聞かれるコメントは「私の心臓はこんな感じなんだ！」というものだ。ボーエン氏は「患者は退院時に、自分の『心臓』をお土産として家に持ち帰ります」と語った。

金博文氏は、近年、武漢市の主要病院では3Dプリントが広く使用されているが、そのほとんどは整形外科や歯科などの科であり、心臓血管の専門分野で使用している病院は少ないと紹介した。 3D プリントされたモデルは、医師が複雑な病変を理解し、手術経路を研究し、事前にモデル上で手術をリハーサルし、手術中に「ナビゲート」するのに役立ちます。また、患者に病状と治療法を説明し、術後のリハビリテーションの指導を行うこともできます。

生体臓器の3Dプリントはまだ研究段階にある
2016年、湖北省第三人民病院は、重度の骨盤骨折の患者の手術に初めて3Dプリント技術を使用しました。手術が無事に完了した後、病院の公式ウェブサイトは「3Dプリント技術には多くの利点と用途があり、近い将来CTやMRIと同じくらい広く使用されるようになるだろう」と予測した。

この予測はずっと前から現実のものとなっていました。技術の発展に伴い、2015年以降、武漢のますます多くの病院が3Dプリント技術を研究してきました。 3Dプリント技術は長年の開発を経て、現在では同済病院、協和病院、湖北省人民病院、武漢大学中南病院、武漢小児病院などの主要病院で広く使用されています。3Dプリントを使用して骨や関節のモデルを作成し、手術を支援することは、日常の臨床診療の一部となっています。

華中科技大学同済医学院付属協和病院を例に挙げてみましょう。 2015年、同病院は左手を失った6歳の男の子のために国内初となる3Dプリントロボットアームを製作した。男の子はこれで水を飲んだり、ブドウをつまんだり、自転車に乗ったりできる。その後、整形外科は3Dプリント技術を試し、複雑骨折の患者の損傷モデルをプリントし、そのモデルを使って手術をシミュレーションした。その後、歯科も3Dプリンターを導入して歯列矯正器具や義歯などを製作し、精度と強度を大幅に向上させた。現在、病院の多くの部門で 3D プリント技術が導入されています。

しかし、3Dプリント技術の現在の臨床応用は、主に術前計画、事前リハーサル、整形外科的マッチングなどに使用されており、期待の高い生体臓器のプリントはまだ探索段階にあります。医師も患者も、技術革新のペースが加速し、生体臓器の3Dプリントができるだけ早く実現され、現在の移植臓器の不足が緩和され、より多くの末期患者に新たな希望がもたらされることを期待している。

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