Они выполнили то, что, по их мнению, является первой виртуальной имплантацией новаторского искусственного сердца, и имплантацией этого искусственного сердца пациенту-подростку низшего роста.
Команду ASU возглавляет Дэвид Фрэйкс, доцент Школы инженерии биологических и медицинских систем и Школы электротехники, вычислительной техники и энергетики, два из них — Ира А. Фултонские школы инженерии.
Frakes работал с технологией, разработанной компанией SynCardia Systems Inc из Тусона., которая разработала полное искусственное сердце для взрослых пациентов с терминальной стадией бивентрикулярной сердечной недостаточности, ожидающих постоянной трансплантации сердца.
Frakes использует передовое программное обеспечение, разработанное бельгийской компанией Materialise, для создания трехмерных реконструкций сердечно-сосудистых, респираторных и скелетных структур, которые обеспечивают виртуальный скрининг педиатрических пациентов, что помогает обеспечить правильную подгонку искусственного сердца у пациентов.
С помощью этой техники Фрейкс помог команде детской больницы Феникса составить карту процедур для первой в истории виртуальной имплантации полного искусственного сердца. Настоящее устройство было имплантировано 14-летнему мальчику, одному из самых маленьких педиатрических пациентов на сегодняшний день, получившему тотальное искусственное сердце в качестве моста, пока не будет выполнена реальная трансплантация сердца.
Он говорит, что изначально подростку имплантировали тотальное искусственное сердце, но возникли осложнения. Изображения были получены в больнице, а точная трехмерная модель была сделана инженерами АГУ.
Набор трехмерных данных помог выявить причину осложнения, что позволило команде создать виртуальные имплантации для маленьких пациентов, которым в будущем понадобится полное искусственное сердце.
Виртуальная имплантация используется для оценки пригодности педиатрических пациентов для фактической имплантации полного искусственного сердца, особенно тех, чей рост может затруднить имплантацию, например, педиатрических пациентов или пациентов с аномалиями скелета.
«Эта передовая технология помогает интервенционистам и хирургам планировать сложные процедуры», — пояснил врач Стивен Попхал, руководитель кардиологического отделения Детской больницы Феникса. «С помощью биоинженеров из ASU мы можем увидеть, подходят ли устройства, предназначенные для взрослых, детям. Это особенно важно, поскольку новая и уменьшенная версия TAH ожидает одобрения Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов и обещает принести пользу многим детям с тяжелыми сердечными заболеваниями."
Команда Фрейкса выполнила виртуальную имплантацию сердца пациенту с использованием диагностической технологии Mimics Innovation Suite компании Materialise для создания трехмерной реконструкции грудной клетки подростка на основе компьютерной томографии (КТ), а затем использовала лазерное сканирование всего Искусственное сердце для виртуального помещения сердца в грудную полость.
После имплантации клинический осмотр и серия измерений, называемых анализом виртуального соответствия, позволили определить, может ли полное искусственное сердце правильно поместиться в грудную полость мальчика. Детская больница Феникса приняла эту процедуру для использования со всеми будущими кандидатами на тотальное искусственное сердце.
Искусственное сердце поддерживало мальчика 11 дней, прежде чем ему сделали пересадку сердца.
«Полное искусственное сердце буквально помогает перекачивать кровь через тело пациента, потому что его собственное сердце не может», — говорит Фрейкс, объясняя, что Полное искусственное сердце — это не долгосрочное решение, но оно позволяет пациентам оставаться в стабильном состоянии до тех пор, пока сердце для трансплантации. доступен.
«Это также может повысить качество жизни во время ожидания», — говорит Джастин Райан, докторант исследовательской группы Фрейкса.
Во многих случаях пациенты могут свободно перемещаться во время ожидания с использованием переносного внешнего компонента драйвера, подключенного к небольшому мобильному батарейному блоку.
По словам Фрейкса, технология виртуальной имплантации — это не только значительное достижение в лечении педиатрических пациентов.
«Виртуальные имплантации могут помочь преодолеть разрыв между сердечной недостаточностью и трансплантацией у врожденных пациентов любого возраста», — говорит он. «Они могут помочь оптимизировать правильную подгонку во время предоперационного планирования, чтобы минимизировать осложнения за счет правильной ориентации устройства в грудной полости."
Фрейкс говорит, что его команда и партнеры из Детской больницы Феникса планируют продолжить использование виртуальных имплантатов до операции для определения подходящих кандидатов для полного искусственного сердца и других устройств для поддержки сердца.
«Многие пациенты могут быть названы слишком маленькими для устройства на основе стандартных критериев, когда их организм действительно может принять его», — говорит он. Виртуальные имплантаты и анализ посадки помогут показать совместимость в каждом конкретном случае.
SynCardia разрабатывает полностью искусственное сердце меньшего размера, предназначенное для пациентов с меньшим ростом. Но с нынешней моделью имплантация таким пациентам может быть рискованной без дооперационного виртуального имплантата.
Фрейкс задокументировал опыт детской больницы Феникса с использованием аппарата Syncardia Total Artificial Heart в недавнем выпуске медицинского журнала Perfusion.
С тех пор команда Фрейкса выполнила четыре других сценария предоперационного планирования с виртуальными имплантациями, выполненными Райаном.
Команда также разработала серию трехмерных моделей сердца с врожденными дефектами, предназначенных для использования врачами в планировании хирургических стратегий, основанных на индивидуальных состояниях пациентов. Предприятие называется Heart in Your Hand.
Компания Materialise недавно лицензировала всю библиотеку моделей врожденных пороков сердца Heart in Your Hand и размещает их на своем веб-сайте HeartPrint.
Heart in Your Hand также работает с St. Медицинский центр Джозефа в Фениксе разработает больше трехмерных моделей врожденных пороков сердца в образовательных целях.
HeartPrint от Materialise каталогизирует трехмерные модели всех типов для использования в образовательных целях и в клинических испытаниях. «Materialise — крупнейшая в мире служба трехмерной печати, а это значит, что модели Heart in Your Hand теперь будут распространяться по всему миру», — говорит Фрейкс.
По словам Райана, «трехмерные модели сердца и виртуальные имплантации сердца больше не являются изобретениями научной фантастики. Они происходят, и прямо сейчас они влияют на медицину, медицинское образование и качество жизни."