主动脉狭窄是老年人最常见的心血管疾病之一，在发达国家该病的发病率仅次于冠心病和高血压。

在65岁以上年龄段人群中，该病发生率高达3~7%。由于心脏主动脉瓣变窄，无法完全打开，心脏血液流向主动脉受限，使得全身各处都无法得到充足的血液。

这种情况下患者可能出现胸闷、气急等不舒服的表现，严重时可出现昏倒，甚至无征兆的猝死。

主动脉狭窄患者出现典型临床症状后，如未接受积极治疗，两年生存率仅为50%，五年生存率不足20%。

临床上，药物治疗和球囊扩张疗效有限，而心脏直视手术禁忌多、风险高，大多数重度狭窄患者会考虑进行经导管主动脉瓣置换术(TAVR)。

10多年来，TAVR发展迅速，为心血管医学领域带来了巨大变革。在这项手术中，医生将组装好的人工瓣膜经导管置入到主动脉根部，替代原有主动脉瓣，在功能上完成主动脉瓣的置换。近年来，TAVR手术在中国也迅速发展，已累计开展超过2000例。

但所有手术都伴随着风险，尽管TAVR优势显著，但也做不到百分百成功。“台湾国标舞女王”刘真就因主动脉瓣狭窄接受了手术，不料术后心功能不佳，在等待心脏移植的期间，便因病情急剧加重逝世。

◎ 3D打印主动脉瓣，预演TAVR手术

最近，美国明尼苏达大学的研究人员开发了一种突破性的方法，用多材质3D打印出逼真的心脏主动脉瓣和周围结构模型，模仿真实病人的外观和感觉。

▽患者特定器官模型。来源：McAlpine Group, University of Minnesota

这些患者特定器官模型，包括集成到结构中的3D打印软传感器阵列，是使用专门的墨水和定制化的3D打印工艺制造的。

这种模型可用于为微创手术做准备，改善患者预后。

研究人员3D打印出了主动脉根，即主动脉离心脏最近并与心脏相连的部分。主动脉根部包括主动脉瓣和冠状动脉的开口。主动脉瓣有三个被称为瓣叶的皮瓣，周围有一个纤维环。模型还包括部分左心室肌和升主动脉。

他们用这些3D打印模型做出个性化的工具，帮助医生了解个体患者心脏的确切解剖结构和机械特性，从而降低医疗风险和并发症。明尼苏达州大学的机械工程学教授Michael McAlpine表示，医生可以在正式手术前进行瓣膜植入测试，还可以帮助患者更直观地地了解自己的解剖结构和手术过程。

主动脉根模型是通过对患者进行CT扫描匹配其形状而制成的。他们用专门的硅树脂油墨进行3D打印，这样制作出来的心脏组织的质感与真实心脏组织相似。

虽然目前市场上的商业打印机也可以3D打印心脏形状，但使用的墨水通常太硬，无法匹配真实心脏组织的柔软度。

此外，明尼苏达大学的专业3D打印机不仅能仿制出模型上的软组织成分，也能仿制出瓣膜皮瓣上的硬钙化。

医生可以在手术过程中使用这些模型来确定瓣膜装置的大小和位置。模型中集成的3D打印传感器为医生提供了电子压力反馈，可用于指导和优化患者解剖结构中瓣膜的选择和定位。

随着3D打印技术的不断改进，研究人员发现了集成电子技术模仿器官功能的新方法。未来，在这些模型的基础上有望研发出“人工替代器官”，它们的功能甚至可媲美真实器官。