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Engineering a New Polymeric Heart Valve Using 3D Printing-TRISKELION.
Medicina ( IF 2.948 ) Pub Date : 2022-11-21 , DOI: 10.3390/medicina58111695 Philip Tschorn 1 , Filip Schröter 1, 2 , Martin Hartrumpf 1 , Ralf-Uwe Kühnel 1 , Roya Ostovar 1 , Johannes M Albes 1, 2
Medicina ( IF 2.948 ) Pub Date : 2022-11-21 , DOI: 10.3390/medicina58111695 Philip Tschorn 1 , Filip Schröter 1, 2 , Martin Hartrumpf 1 , Ralf-Uwe Kühnel 1 , Roya Ostovar 1 , Johannes M Albes 1, 2
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Background and Objectives: Developing a prosthetic heart valve that combines the advantageous hemodynamic properties of its biological counterpart with the longevity of mechanical prostheses has been a major challenge for heart valve development. Anatomically inspired artificial polymeric heart valves have the potential to combine these beneficial properties, and innovations in 3D printing have given us the opportunity to rapidly test silicone prototypes of new designs to further the understanding of biophysical properties of artificial heart valves. TRISKELION is a promising prototype that we have developed, tested, and further improved in our institution. Materials and Methods: STL files of our prototypes were designed with FreeCad 0.19.2 and 3D printed with an Agilista 3200W (Keyence, Osaka, Japan) using silicones of Shore hardness 35 or 65. Depending on the valve type, the support structures were printed in AR-M2 plastics. The prototypes were then tested using a hemodynamic pulse duplicator (HKP 2.0) simulating an aortic valve cycle at 70 bpm with 70 mL stroke volume (cardiac output 4.9 L/min). Valve opening cycles were visualized with a high-speed camera (Phantom Miro C320). The resulting values led to further improvements of the prototype (TRISKELION) and were compared to a standard bioprosthesis (Edwards Perimount 23 mm) and a mechanical valve (Bileaflet valve, St. Jude Medical). Results: We improved the silicone prototype with currently used biological and mechanical valves measured in our setup as benchmarks. The regurgitation fractions were 22.26% ± 4.34% (TRISKELION) compared to 8.55% ± 0.22% (biological) and 13.23% ± 0.79% (mechanical). The mean systolic pressure gradient was 9.93 ± 3.22 mmHg (TRISKELION), 8.18 ± 0.65 mmHg (biological), and 10.15 ± 0.16 mmHg (mechanical). The cardiac output per minute was at 3.80 ± 0.21 L/min (TRISKELION), 4.46 ± 0.01 L/min (biological), and 4.21 ± 0.05 L/min (mechanical). Conclusions: The development of a heart valve with a central structure proves to be a promising concept. It offers another principle to address the problem of longevity in currently used heart valves. Using 3D printing to develop new prototypes provides a fast, effective, and accurate way to deepen understanding of its physical properties and requirements. This opens the door for translating and combining results into modern prototypes using highly biocompatible polymers, internal structures, and advanced valve layouts.
中文翻译：
使用 3D 打印-TRISKELION 设计新型聚合物心脏瓣膜。
背景和目标：开发一种人工心脏瓣膜，将其生物对应物的有利血液动力学特性与机械假体的寿命相结合，一直是心脏瓣膜开发的主要挑战。受解剖学启发的人造聚合物心脏瓣膜有可能结合这些有益特性，而 3D 打印的创新使我们有机会快速测试新设计的硅胶原型，以进一步了解人造心脏瓣膜的生物物理特性。TRISKELION 是一个很有前途的原型，我们已经在我们的机构中开发、测试并进一步改进了它。材料和方法：我们原型的 STL 文件是使用 FreeCad 0.19.2 设计的，并使用肖氏硬度为 35 或 65 的有机硅使用 Agilista 3200W（Keyence，Osaka，Japan）进行 3D 打印。根据阀门类型，支撑结构采用 AR-M2 塑料印刷。然后使用血流动力学脉冲复制器 (HKP 2.0) 测试原型，以 70 bpm 和 70 mL 每搏输出量（心输出量 4.9 L/min）模拟主动脉瓣循环。使用高速摄像机 (Phantom Miro C320) 可视化阀门开启周期。所得值导致原型 (TRISKELION) 的进一步改进，并与标准生物假体 (Edwards Perimount 23 mm) 和机械瓣膜（Bileaflet 瓣膜，St. Jude Medical）进行了比较。结果：我们使用在我们的设置中测量的当前使用的生物和机械阀作为基准改进了硅胶原型。反流分数为 22.26% ± 4.34%（TRISKELION），而反流分数为 8.55% ± 0.22%（生物）和 13.23% ± 0.79%（机械）。平均收缩压梯度为 9.93 ± 3.22 mmHg (TRISKELION)、8.18 ± 0.65 mmHg（生物）和 10.15 ± 0.16 mmHg（机械）。每分钟心输出量为 3.80 ± 0.21 L/min (TRISKELION)、4.46 ± 0.01 L/min（生物）和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。65 毫米汞柱（生物）和 10.15 ± 0.16 毫米汞柱（机械）。每分钟心输出量为 3.80 ± 0.21 L/min (TRISKELION)、4.46 ± 0.01 L/min（生物）和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。65 毫米汞柱（生物）和 10.15 ± 0.16 毫米汞柱（机械）。每分钟心输出量为 3.80 ± 0.21 L/min (TRISKELION)、4.46 ± 0.01 L/min（生物）和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。加深对其物理特性和要求的理解的有效、准确的方法。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。加深对其物理特性和要求的理解的有效、准确的方法。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。
更新日期：2022-11-21
中文翻译：
使用 3D 打印-TRISKELION 设计新型聚合物心脏瓣膜。
背景和目标：开发一种人工心脏瓣膜，将其生物对应物的有利血液动力学特性与机械假体的寿命相结合，一直是心脏瓣膜开发的主要挑战。受解剖学启发的人造聚合物心脏瓣膜有可能结合这些有益特性，而 3D 打印的创新使我们有机会快速测试新设计的硅胶原型，以进一步了解人造心脏瓣膜的生物物理特性。TRISKELION 是一个很有前途的原型，我们已经在我们的机构中开发、测试并进一步改进了它。材料和方法：我们原型的 STL 文件是使用 FreeCad 0.19.2 设计的，并使用肖氏硬度为 35 或 65 的有机硅使用 Agilista 3200W（Keyence，Osaka，Japan）进行 3D 打印。根据阀门类型，支撑结构采用 AR-M2 塑料印刷。然后使用血流动力学脉冲复制器 (HKP 2.0) 测试原型，以 70 bpm 和 70 mL 每搏输出量（心输出量 4.9 L/min）模拟主动脉瓣循环。使用高速摄像机 (Phantom Miro C320) 可视化阀门开启周期。所得值导致原型 (TRISKELION) 的进一步改进，并与标准生物假体 (Edwards Perimount 23 mm) 和机械瓣膜（Bileaflet 瓣膜，St. Jude Medical）进行了比较。结果：我们使用在我们的设置中测量的当前使用的生物和机械阀作为基准改进了硅胶原型。反流分数为 22.26% ± 4.34%（TRISKELION），而反流分数为 8.55% ± 0.22%（生物）和 13.23% ± 0.79%（机械）。平均收缩压梯度为 9.93 ± 3.22 mmHg (TRISKELION)、8.18 ± 0.65 mmHg（生物）和 10.15 ± 0.16 mmHg（机械）。每分钟心输出量为 3.80 ± 0.21 L/min (TRISKELION)、4.46 ± 0.01 L/min（生物）和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。65 毫米汞柱（生物）和 10.15 ± 0.16 毫米汞柱（机械）。每分钟心输出量为 3.80 ± 0.21 L/min (TRISKELION)、4.46 ± 0.01 L/min（生物）和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。65 毫米汞柱（生物）和 10.15 ± 0.16 毫米汞柱（机械）。每分钟心输出量为 3.80 ± 0.21 L/min (TRISKELION)、4.46 ± 0.01 L/min（生物）和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。和 4.21 ± 0.05 L/min（机械）。结论：开发具有中心结构的心脏瓣膜被证明是一个有前途的概念。它提供了另一个原则来解决目前使用的心脏瓣膜的寿命问题。使用 3D 打印开发新原型提供了一种快速、有效和准确的方式来加深对其物理特性和要求的理解。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。加深对其物理特性和要求的理解的有效、准确的方法。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。加深对其物理特性和要求的理解的有效、准确的方法。这为使用高度生物相容性聚合物、内部结构和先进的阀门布局将结果转化和组合成现代原型打开了大门。
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