Multimaterial 3D Printing of a mechanically representative aortic model for the testing of novel biomedical implants

Aortic stenosis is a serious cardiovascular disease that requires urgent attention and surgical intervention. If not treated, aortic stenosis can result in heart attack or cardiac arrest. Transcatheter Aortic Valve Replacement is a surgical technique that is used to treat aortic stenosis. Like all heart surgery, the procedure is difficult to perform and may lead to life-threatening complications. It is therefore important for a surgeon to be able to plan and rehearse the surgery before the operation to minimise risk to the patient. A detailed study was carried out to develop a 3D-printed, improved surgical tool for patient-specific planning and rehearsal of a Transcatheter Aortic Valve Replacement procedure. With this new tool, a cardiologist will be able better to understand a specific patient’s heart geometry and practice the procedure in advance. Computer tomography images were processed using image segmentation software to identify the anatomy of a specific patient’s heart and the surrounding blood vessels. Using materials design concepts, a polymer composite was developed that is able to mimic the mechanical properties of aortic tissue. State-of-art multi-material 3D printing technology was then used to produce a replica aorta with a geometry that matched that of the patient. An artificial aortic valve, identical to the type used in the Transcatheter Aortic valve replacement procedure, was then fitted to the replica aorta and was shown, using a standard test, to be a good fit with no obvious leaks.Aortastenos är en hjärtsjukdom som får mycket uppmärksamhet och kräver kirurgi på grund av dess katastrofala komplikationer. Den allvarligaste komplikationen av aortastenos är hjärtinfarkt och resulterande hjärtstopp. Transcatheter Aortic Valve Replacement är en kardiovaskulär intervention som erbjuds för patienter med aortastenos. Denna typ av hjärtkirurgi är komplex och kan orsaka livshotande situationer för patienten om något går snett under operationen. Det är därför viktigt för kirurgen att kunna planera ingreppet innan han eller hon utför själva operationen för att minimera fara för patienten. Denna detaljerade studie ämnar utveckla och förbättra det kirurgiska verktyget för preoperativ planering av Transcatheter Aortic Valve Replacement genom 3D- tryckning. Forskningsarbetet kommer att ge kardiologer ett nytt sätt att förstå patientens hjärta i detalj och ett ökat förtroende för att träna på ingreppet på förhand. Datortomografibilder behandlades med hjälp av en bildsegmentationsprogramvara för att kunna skapa en anatomiskt korrekt kopia av patientens hjärta och tillhörande kärl. Genom att applicera material-vetenskapslära kan ett nytt kompositmaterial utvecklas med exakt samma mekaniska egenskaper som naturlig aortavävnad. Den mest moderna 3D-trycktekniken användes sedan för att producera en patientspecifik aorta. En artificiell aortaklaff placerades i den nyproducerade aortamodellen och tester visade en perfekt matchning utan läckage