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面向医学成像和计算验证应用的 3D 打印模拟组织体模 Aidan J. Cloonan 1 – 3 Danial Shahmirzadi 4,5 Ronny X. Li 4 Barry J. Doyle 6,7 Elisa E. Konofagou 4,8 Tim M. McGloughlin1,3,9 摘要 腹主动脉瘤（Abdominal aortic aneurysm ，简称AAA ）是主动脉远端区域的 一种永久的、不可逆转的扩张，最近的研究集中在提高AAA 的筛检和基于生物 力学的失效预测能力。理想的和特定患者的AAA 体模常常被用来验证数值模型 和成像模式。为了生产这种体模，会频繁地用到熔模铸造工艺来重建通过计算机 断层扫描（CT ）得到的患者的三维血管几何形态。在本研究中，探讨了选用3D 打印生产该体模的方法。将已验证的弹性体作为为基准，对3D 打印的柔性材料 的机械性能进行了检测。我们通过基于超声的脉冲波成像这种新兴成像方法的具 体应用验证了该工艺的用途，并开发了一种无创的诊断方式，用于得到局部血管 壁的刚度特性，进而区分体内的正常组织和病态组织。在脉动加载条件下，体模 壁位移与流固耦合仿真结果以及有限元分析预测的壁应力峰值区域具有良好的 相关性。3D 打印的体模在改进医学成像和计算分析方面展示了强大的潜力，可 能有助于缩小实验和临床诊断工具之间的差距。 1Centre for Applied Biomedical Engineering Research, Department of Mechanical, Aeronautical and Biomedical Engineering; 2Irish Centre for Composites Research, Materials and Surface Science Institute; and 3Materials and Surface Science Institute, University of Limerick , Limerick, Ireland. 4Ultrasound and Elasticity Imaging Laboratory, Department of Biomedical Engineering, and 8Department of Radiology, Columbia University , New York, New York. 5Department of Mechanical Engineering, Stevens Institute of Technology , Hoboken, New Jersey. 6Intelligent Systems for Medicine Laboratory, School of Mechanical and Chemical Engineering, University of Western Australia , Perth, Australia. 7Centre for Cardiovascular Science, University of Edinburgh , Edinburgh, United Kingdom. 9Department of Biomedical Engineering, Khalifa University of Science , Technology Research, Abu Dhabi, United Arab Emirates. 简介 在美国乃至世界范围内，心血管疾病是导致发病和死亡的主要原因之一，它 常常导致动脉瘤的扩张和血管腔的闭塞。在美国，腹主动脉瘤（AAAs ）每年造 成约 15000 例死亡；在世界范围内，所有65-85 岁死亡的男性中有 1.3%死于该 [1] 疾病 。大多数临床医生使用AAA 最大直径和增长率作为手术干预的标准。当 [2,3] 动脉瘤的直径达到5-5.5cm 时，其破裂的风险最高，需尽快进行临床干预 。可 是，众所周知，小的动脉瘤（5cm ）也可能会破裂，而较大的动脉瘤却可能会 [4,5] 长期保持休眠 ，AAA 的破裂是一个突发性的过程，且伴随有很高的死亡率。