Širdies ligos išlieka viena pagrindinių sergamumo ir mirtingumo priežasčių visame pasaulyje. Nors minimaliai invazinės procedūros reikšmingai pagerino kardiologinę priežiūrą, sudėtinga širdies anatomija ir nuolatinis jos judėjimas reiškia, kad gydytojams būtinas itin kruopštus praktinis pasirengimas, siekiant sumažinti procedūrinių klaidų riziką.
Siekdami spręsti šią problemą, mokslininkai sukūrė dinaminį trimačiu (3D) spausdinimu pagamintą širdies modelį, imituojantį sudėtingus kairiosios širdies pusės judesius. Jame atkuriami prieširdis, skilvelis ir mitralinis vožtuvas, todėl chirurgai gauna realistišką platformą pacientui pritaikytoms priešoperacinėms simuliacijoms.
Realistiška fiziologinė inžinerija
Anksčiau dinaminiai širdies modeliai dažnai buvo kuriami naudojant gyvūnų audinius, taip siekiant atkartoti siurbimo mechaniką. Vis dėlto toks metodas kėlė rimtų etinių klausimų ir susidurdavo su griežtais reguliavimo apribojimais. Nors egzistuoja ir sintetiniai modeliai, iki šiol buvo itin sudėtinga visiškai atkurti tikros plakiančios širdies dinamiką.
Naujajame modelyje taikomas minkštųjų medžiagų 3D spausdinimas, leidžiantis labai tiksliai atkurti anatomines struktūras. Siekiant dar didesnio struktūrinio tikroviškumo, skilvelis su mitraliniu vožtuvu sujungiamas siūlėmis, imituojančiomis chordas (vadinamąsias „širdies stygas“), kurios palaiko vožtuvo funkciją. Dėl šių sprendimų modelis procedūrų metu elgiasi panašiai kaip tikri širdies audiniai.
Širdies susitraukimo imitavimas
Viena pagrindinių šio modelio inovacijų – „McKibben“ tipo pavarų (aktuatorių) panaudojimas širdies raumens sienelėse. Šie minkštosios robotikos elementai susitraukia taip, kad kuo tiksliau atkurtų skilvelio judėjimą ir natūralų mitralinio vožtuvo darbą.
Norėdama užtikrinti grįžtamąjį ryšį naudojimo metu, tyrėjų komanda integravo lanksčius slėgio jutiklius. Jie fiksuoja slėgio pokyčius modelio viduje, todėl sprendimas tampa vertinga priemone kraujotakos ir srauto dinamikai tirti. Tyrėjų teigimu, sudėtinga širdies anatomija ir jos kaita judant reikalauja kokybiško praktinio pasirengimo, pasitelkiant pacientui pritaikytus priešoperacinius modelius, kad procedūrinių klaidų tikimybė būtų kuo mažesnė.
Pagerintos chirurginio gydymo galimybės
Derinant minkštąją robotiką ir 3D spausdinimo technologijas, sukurtas sintetinės kilmės modelis leidžia išvengti su bandymais su gyvūnais susijusių etinių dilemų, kartu išsaugant medicininiam mokymui būtinas fizines savybes. Tai svarbus žingsnis personalizuotos medicinos link, padedantis chirurginę praktiką priartinti prie realių operacinės sąlygų ir taip gerinti pacientų gydymo rezultatus.
Modelis sukurtas taip, kad būtų galima simuliuoti „edge-to-edge“ metodiką – vieną iš būdų koreguoti atrioventrikulinių vožtuvų nesandarumą. Treniruodamiesi su modeliu, kuris tikroviškai atkuria širdies kraujotaką ir susitraukimus, gydytojai gali tobulinti sudėtingų vožtuvų taisymo procedūrų techniką dar iki operacijos, taip sumažindami komplikacijų riziką realios intervencijos metu.
