儿科心脏外科医生David Hoganson自2014 年加入波士顿儿童医院以来，一直通过创新来修复先天性心脏病。作为具有工程和行业经验的心血管外科医生，Hoganson致力于开发新颖的方法来治疗心血管疾病。为医院中一些最年轻的患者提高心脏手术的安全性和有效性。小儿发展，例如使用新生儿脐带或心脏装置的心脏手术贴片使外科医生能够预测心脏瓣膜修复的成功不仅为他赢得了奖项，而且是他为新生儿和儿童提供富有同情心护理的动力的一部分。最近，霍根森（Hoganson）依靠从航空航天业借来的工具来修复一名18岁患者的右心房扩大，这使得通过他的Fontan循环的流量非常低效。
Fontan患者以前曾接受过Fontan程序，该程序通过一种将下腔静脉与心脏断开连接并通过心外导管将其直接路由到肺动脉的方法，将血液从下半身引导到肺部。下半身先流到肺动脉，再流到肺，而不必经过心脏。这种方法通常只留一个心室，负责向身体泵血，研究表明，患有房肺连接的患者随着时间的推移会出现明显的右房扩张。
为了提供理想的解决方案来帮助来自北卡罗来纳州的年轻高风险单心室或Fontan患者，Hoganson求助于3D软件开发商DassaultSystèmes的航空航天工程师，将非常复杂的软件用于飞机机翼工程。
霍根森说：“我们已经与DassaultSystèmes进行了一年多的合作，使用它们的一些仿真和工程工具来更好地计划复杂的手术，”霍根森说，他也是最大的儿科心脏波士顿儿童医院心脏中心团队的成员程序在美国。“当这个病人出现时，我们已经走上了开发流程的道路，该流程可以预期地制作成适合孩子的主动脉弓片。因此，当我们确定他需要一个袖带时，该袖带具有类似于主动脉贴片的复杂曲率，我们意识到我们拥有创建它的工具和专业知识。”
戴维·霍根森（David Hoganson）。（图片由波士顿儿童医院提供）
据波士顿儿童医院报道，在创建袖带之前，霍根森和他的团队使用达索软件对手术过程进行了一系列计算机模拟，并且对计划的手术重建流程进行了建模，现在这已成为他们计划中标准手术的一部分用于复杂的心脏手术。但是，通过在患者的Fontan循环中进行计算机流模型预测，通过在导管和肺动脉分支之间放置一个过渡袖带，可以减少15％的能量损失。
计算机流模型预测，通过在导管和肺动脉分支之间放置过渡袖带，能量损失将减少15％（图片由David Hoganson提供）
Hoganson解释说，与肺动脉入口（直径为38mm）相比，进入肺动脉的直径较大（直径为38mm），必须设计特殊的袖带以在导管和天然肺动脉之间形成平滑过渡。专注于青岛3D建模和流量模拟，允许团队设计袖带以获取所需的流量。但是将袖带的特殊形状从扁平贴片材料转换成他们需要的实际袖带是有问题的。因此，霍根森求助于达索的合作伙伴 寻求帮助，这家法国公司的一位航空工程师帮助Hoganson和他的团队使用了为飞机机翼工程开发的非常复杂的软件，以“展开”计算机上的袖带，并生成从袖带上重建袖带所需的形状补丁材料。
Hoganson解释说：“整个过程花了几周的时间，因为我们对设计进行了一些改进。” “这是唯一可能的，因为Dassault开发了涉及高度复杂数学的工具，该工具设计了如何利用机翼补丁材料的机械特性的拉伸性来修补机翼，然后我们可以使用它来融合主动脉补丁材料的拉伸性。我们非常感谢他们愿意与我们分享此软件及其专业知识。当需要手术时，结果是惊人的。”
袖口设计变平以从贴片材料切割（左），袖口模型以3D切割（右）。（图片由David Hoganson提供）
当霍根森（Hoganson）进行手术时，团队的几个工程师像他们通常那样虚拟地观察手术过程，检查计算机模型并确保一切都按计划进行。外科医生说，袖带完全符合预期，当他们移开夹具时，一切正常。
成功植入袖带是Hoganson付出更大努力的一部分：“这只是我们一直在努力以及正在努力的快照。我们对与Dassault的持续合作以及应用这些复杂的工具对患者的生活产生可观的改变感到非常兴奋。在适当的情况下，我们正在努力转移这些工作，并使用这些工程工具来预测进行手术的最佳方法，然后再查看它们是否准确地预测了结果。最终，我们希望了解如何依靠这些工具来帮助我们的患者做出更好的决定。”
计算机建模显示了设计袖带的位置（图片由David Hoganson提供）
霍根森还说，他们正在努力将本手术所用的工作流程应用于其他常规手术。他的团队最近获得资金在一项临床试验中将该技术应用于主动脉患者，并计划从风险较低的足弓患者入手，然后逐步转移至较复杂的足弓患者。
Hoganson的使命是为患有罕见疾病的患者提供创新的解决方案。他与波士顿儿童医院心脏外科的研究科学家Peter Hammer一起，召集了一支工程师团队，利用3D建模和仿真来增强心脏中心在术前计划中的能力。他们现在为心脏中心提供咨询服务，以创建3D模型以对复杂的患者解剖结构进行术前和术中可视化，并依靠计算流体动力学对仅具有一个工作心室的患者的预期血流进行建模。在最近的LinkedIn帖子中，专家描述了“这些强大的计算方法使我们能够计划外科手术修改方案，以优化与肺动脉的血流平衡并最大程度地减少功率损失，从而改善患者的治疗效果。” 3D规划工具将帮助外科医生规划程序并根据患者的个性化特点定制治疗方案，推动实现更多个性化药物的梦想。