Сердечно-сосудистые заболевания остаются одной из главных причин смертности во всем мире. Исследователи из Вашингтонского государственного университета (WSU) создали динамическую модель сердца, напечатанную на 3D-принтере, которая воспроизводит движения левой стороны органа. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials Technologies.
Как 3D-модель меняет кардиохирургию
Ранее для симуляций использовались ткани животных, что вызывало этические и правовые вопросы. Синтетические модели не могли полностью повторить биомеханику бьющегося сердца. В новой системе применяются мягкие материалы, имитирующие упругость и эластичность настоящей ткани.
Желудочек соединен с митральным клапаном с помощью швов, которые моделируют сухожильные хорды — «сердечные нити», обеспечивающие правильное открытие и закрытие клапана. Это позволяет конструкции вести себя как живой орган при манипуляциях хирургов.
Искусственные сокращения и датчики давления
Главная инновация — актуаторы Маккиббена, встроенные в стенки сердца. Эти мягкие роботизированные элементы сокращаются, имитируя движения желудочка и естественное колебание митрального клапана. Они создают реальные динамические нагрузки на ткани модели, что важно для тренировки хирургических инструментов и оценки силы сжатия. Дополнительно встроены гибкие датчики давления, фиксирующие изменения давления внутри сердца и обеспечивающие обратную связь. Это позволяет отслеживать эффективность техник хирургов, анализировать распределение давления в клапане и выявлять возможные ошибки до операции.
Модель создана для тренировки метода «край к краю», который применяют при устранении протечек атриовентрикулярного клапана. Врачи могут практиковаться на имитации настоящего кровотока и сокращений сердца, сразу видя результат своих действий. Система учитывает индивидуальные особенности пациента — форму сердца, размер предсердия и плотность тканей — что делает подготовку безопаснее и ближе к реальной операции.
Тренировка, близкая к настоящей операции
Использование 3D-печати и мягкой робототехники позволяет отказаться от живых животных, сохранив реализм тренировок. Такой подход снижает риски ошибок при настоящих операциях, повышает безопасность и улучшает качество обучения.
«Эта модель обеспечивает уникальную возможность персонализированной подготовки к операциям, что напрямую влияет на исход лечения пациентов», — подчеркивают исследователи.
Кроме того, система открывает новые возможности для исследований кровотока и разработки хирургических инструментов, позволяя тестировать устройства на реалистичной модели без угрозы для пациентов.
Врачи впервые вернули зрение пациенту с помощью напечатанной роговицы
Ученые придумали устройство для равномерной печати живых тканей
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram