Summary
Los modelos específicos del paciente mejoran la confianza del cirujano y de los compañeros al desarrollar o aprender planes quirúrgicos. Las impresoras tridimensionales (3D) generan detalles adecuados para la preparación quirúrgica, pero no logran replicar la fidelidad háptica del tejido. Se presenta un protocolo que detalla la creación de modelos cardíacos de silicona específicos del paciente, combinando la precisión de la impresión 3D con tejido de silicona simulado.
Abstract
Los modelos tridimensionales pueden ser una herramienta valiosa para los cirujanos a medida que desarrollan planes quirúrgicos y los becarios médicos a medida que aprenden sobre casos complejos. En particular, los modelos 3D pueden desempeñar un papel importante en el campo de la cardiología, donde se producen enfermedades cardíacas congénitas complejas. Si bien muchas impresoras 3D pueden proporcionar modelos anatómicamente correctos y detallados, los materiales de impresión 3D existentes no pueden replicar las propiedades del tejido miocárdico y pueden ser extremadamente costosos. Este protocolo tiene como objetivo desarrollar un proceso para la creación de modelos específicos del paciente de defectos cardíacos congénitos complejos utilizando una silicona de bajo costo que coincida más estrechamente con las propiedades del músculo cardíaco. Con la fidelidad mejorada del modelo, el entrenamiento real del procedimiento quirúrgico podría ocurrir antes del procedimiento. La creación exitosa de modelos cardíacos comienza con la segmentación de imágenes radiológicas para generar un charco sanguíneo virtual (sangre que llena las cámaras del corazón) y moho de tejido miocárdico. El charco de sangre y el moho miocárdico están impresos en 3D en acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), un plástico soluble en acetona. El molde se ensambla alrededor de la piscina de sangre, creando un espacio negativo que simula el miocardio. La silicona con una dureza de orilla de 2A se vierte en el espacio negativo y se deja curar. Se elimina el moho miocárdico y el modelo restante de silicona / piscina de sangre se sumerge en acetona. El proceso descrito da como resultado un modelo físico en el que todas las características cardíacas, incluidos los defectos intracardíacos, se representan con propiedades tisulares más realistas y se aproximan más que un enfoque de impresión 3D directa. La corrección quirúrgica exitosa de un modelo con una comunicación interventricular (CIV) utilizando un parche GORE-TEX (intervención quirúrgica estándar para el defecto) demuestra la utilidad del método.
Introduction
Casi 1 de cada 100 niños en los Estados Unidos nace con defectos cardíacos congénitos (CHD). Debido a la propensión de las madres con CHD a tener hijos con CHD, existe la expectativa de que la tasa pueda más que duplicarse en las próximas siete generaciones1. Si bien no cada CHD se considera complejo o grave, la expectativa general de crecimiento indica que existe una motivación para mejorar la tecnología y los procedimientos capaces de abordar el tratamiento de CHD. A medida que la tecnología mejora, los cirujanos cardíacos a menudo expresan su voluntad de abordar procedimientos más complejos. Esta voluntad ha llevado a un mayor número de procedimientos cardíacos complejos, impulsando la necesidad de técnicas más avanzadas de planificación quirúrgica y educación. A su vez, esto deja a los cirujanos cardíacos en necesidad de modelos altamente precisos y específicos del paciente y a los becarios quirúrgicos cardíacos que necesitan métodos de entrenamiento altamente efectivos.
La cirugía cardíaca congénita es una de las disciplinas quirúrgicas técnicamente más exigentes debido al pequeño tamaño de los pacientes, la complejidad de las anomalías cardíacas y la rareza de algunas anomalías2. En los casos más extremos, un niño puede nacer con un solo ventrículo. No es raro que el cirujano tome un vaso de 2,0 mm de diámetro y lo parchee con pericardio fijo para crear un vaso de 1,0 cm que permita que un recién nacido crezca en este procedimiento que salva vidas, todo mientras está bajo el reloj, ya que el recién nacido está en completo paro circulatorio. Entre el corazón normal de cuatro cámaras y estos ejemplos extremos hay innumerables posibilidades de tamaño de cámara y posiciones de válvulas que constituyen rompecabezas 3D altamente complejos. El papel del equipo cardíaco congénito es delinear claramente la anatomía única y desarrollar un plan para reconfigurar el tejido orgánico en un corazón funcional que permita que un niño crezca con la mejor oportunidad de una vida normal. Los modelos precisos permiten la práctica quirúrgica deliberada y la repetición en un entorno donde los errores pueden ser perdonados y no resultarán en daños al paciente3,4. Esta capacitación conduce al desarrollo de una mejor experiencia quirúrgica, así como habilidades técnicas y de juicio. Sin embargo, los recursos limitados y la rareza de ciertas afecciones cardíacas pueden hacer que lograr el nivel deseado de repetición y visualización sea casi imposible. Para ayudar a explicar esta deficiencia de recursos, ha habido un aumento en la utilización de simulaciones para la educación2,3. Las técnicas de simulación o modelado comúnmente utilizadas incluyen cadáveres humanos, tejidos animales, modelos de realidad virtual (VR) y modelos impresos en 3D.
El tejido cadavérico ha sido considerado históricamente como el estándar de oro para la simulación quirúrgica, con el tejido animal en segundo lugar. Los cadáveres y los tejidos animales pueden producir simulaciones de alta fidelidad porque contienen la estructura anatómica de interés, todos los tejidos circundantes, y permiten técnicas de perfusión para simular el flujo sanguíneo4. A pesar de los beneficios de los modelos de tejido, hay desventajas. El tejido embalsamado experimenta un cumplimiento mecánico reducido, lo que hace que algunas operaciones sean poco realistas y difíciles de realizar. Los tejidos requieren un mantenimiento constante, instalaciones específicas, no son reutilizables2, pueden ser costosos de obtener3 e históricamente han sido objeto de preocupaciones éticas. Lo más significativo es que las afecciones cardíacas congénitas simplemente no están disponibles en muestras cadavéricas.
Los modelos impresos en VR y 3D5,6,7,8,9,10 proporcionan otra opción para la educación cardíaca, la simulación y el modelado para ayudar en la creación de planes preoperatorios. Estos modelos reducen la ambigüedad asociada con la variada capacidad viso-espacial de un usuario para interpolar imágenes 2D como una estructura 3D10,11. El entorno virtual puede contener herramientas quirúrgicas que pueden manipularse e interactuar con modelos, lo que permite a los cirujanos y becarios desarrollar la coordinación mano-ojo, las habilidades motoras finas y la familiaridad con algunos procedimientos4. Se ha descubierto que las populares tecnologías actuales de impresión 3D, incluido el modelado por deposición fundida (FDM), la estereolitografía (SLA), la sinterización selectiva por láser (SLS) y el polyjet, producen modelos con precisión submilimétrica13. Tanto los modelos impresos en realidad virtual como en 3D son reutilizables y pueden ser extremadamente detallados; incluso se pueden generar modelos a partir de datos de imágenes radiológicas del paciente, lo que resulta en réplicas de la anatomía del paciente. A pesar de los muchos beneficios de un modelo impreso en VR o 3D, se quedan cortos cuando se consideran los requisitos de costo y fidelidad háptica de la cirugía cardíaca congénita. La configuración de un entorno de realidad virtual tiene un alto costo, y los entornos de realidad virtual no pueden proporcionar retroalimentación háptica del mundo real. Si bien la tecnología de fidelidad háptica está mejorando, la brecha actual inhibe la capacidad de un estudiante para familiarizarse con las habilidades motoras finas necesarias para realizar procedimientos4. Del mismo modo, dependiendo del tipo de tecnología de impresión 3D utilizada, el costo de la impresión 3D puede ser bastante alto, ya que se debe considerar el precio de compra de la impresora y el costo del material de impresión11,14. Se puede producir un solo modelo cardíaco de alta fidelidad con retroalimentación háptica realista utilizando una impresora de alta gama, pero costará cientos de dólares solo en material con un precio de compra de la impresora de más de 100,000 USD15. Se encontró que un modelo cardíaco producido utilizando un filamento con una dureza en tierra de 26-28 A costaba aproximadamente 220 USD por modelo16. Alternativamente, hay muchas impresoras y tecnologías 3D de bajo costo disponibles que tienen un precio de compra de impresora de menos de 5,000 USD. Se encontró que los precios promedio de los materiales para un modelo cardíaco generado en una impresora FDM de bajo costo eran de aproximadamente 3.80 USD usando un material con una dureza shore de 82 A y 35 USD usando un material con una dureza shore de 95 A15,16. Si bien estas máquinas ofrecen una solución de bajo costo, viene a costa de la fidelidad háptica.
Si bien la impresión VR y 3D puede permitir una evaluación visual y conceptual detallada de una afección cardíaca, el alto precio asociado con la producción de un modelo para la simulación quirúrgica práctica es a menudo una barrera significativa. Una solución es el uso de silicona para crear un modelo cardíaco física y texturalmente preciso. Los modelos de silicona específicos del paciente pueden facilitar una comprensión más profunda de la anatomía única al permitir a los cirujanos ver, sentir e incluso practicar un procedimiento mientras experimentan una retroalimentación háptica realista en un entorno que implica un riesgo mínimo para un paciente y no tiene consecuencias si el procedimiento no tiene éxito9. Se ha demostrado que el moldeo de silicona es un método eficaz para modelar la anatomía humana que produce modelos con propiedades físicas que están significativamente más cerca del tejido real que los modelos generados a partir de la impresión 3D de bajo costo17. Scanlan et al., compararon las propiedades de la impresión 3D de bajo costo con las válvulas cardíacas moldeadas con silicona para evaluar la similitud con el tejido real; el estudio encontró que si bien las propiedades físicas de las válvulas de silicona no eran una réplica exacta del tejido real, las propiedades eran muy superiores a las válvulas impresas en 3D17. El material de impresión 3D utilizado en el estudio se encuentra entre los materiales más blandos disponibles para impresoras 3D de bajo costo y posee una dureza shore entre 26 y 28 A18. La silicona de cura de platino recomendada para su uso en el protocolo a continuación tiene una dureza shore de 2 A que está mucho más cerca de la dureza shore del tejido cardíaco, 43 en la escala 00, o aproximadamente 0 A19,20. Esta diferencia es significativa porque los modelos de silicona permiten un entrenamiento de habilidades motoras finas de alta fidelidad que los materiales impresos directamente en 3D no logran. El costo total del material para el modelo propuesto en este protocolo es inferior a 10 USD. Los modelos de silicona propuestos combinan las propiedades de los tejidos blandos necesarias para una retroalimentación háptica realista con la versatilidad y precisión de los modelos impresos en 3D de bajo costo.
Si bien los beneficios de la silicona pueden parecer que la convierten en la opción obvia para la creación de modelos, el uso de la silicona ha sido restringido por la anatomía que se puede moldear. La silicona recién mezclada es un líquido que requiere un molde para mantenerlo en la forma deseada a medida que se cura. Históricamente, los moldes cardíacos de silicona solo podían contener detalles de la superficie exterior del modelo. Los detalles intracardíacos, incluida toda la región de la piscina de sangre, se llenarían de silicona y se perderían. Estudios previos han logrado modelos de silicona de áreas específicas de interés dentro del corazón (por ejemplo, raíz aórtica21) o han utilizado un método extrapolatorio para simular el tejido miocárdico22. Este protocolo es novedoso ya que busca combinar el uso de material de silicona con simulación anatómica miocárdica completa de alta resolución, evitando específicamente cualquier método de extrapolación. Hasta donde sabemos, ningún manuscrito descriptivo ha proporcionado una metodología que combine estos aspectos. El método descrito en este protocolo introduce una técnica para lograr un modelo cardíaco específico del paciente con replicación anatómica intracardíaca lo suficientemente precisa para la práctica quirúrgica preoperatoria. El método implica la creación de un molde miocárdico para mantener la silicona en la forma adecuada a medida que se cura y un molde interno para preservar los detalles internos e intracardíacos del modelo y evitar que la silicona llene la región del grupo sanguíneo del corazón. El molde interno debe disolverse, dejando un modelo cardíaco de silicona completo con anatomía específica del paciente en las superficies externa e interna. Sin el protocolo propuesto de creación de modelos cardíacos aquí, no existe una solución de bajo costo para simular el procedimiento quirúrgico con un material que imite las características tisulares reales del miocardio.
Protocol
El protocolo se completó de una manera que corresponde a las mejores prácticas éticas de la institución del autor, incluido el manejo adecuado de cualquier información del paciente y la garantía de los consentimientos necesarios para usar los datos específicos del paciente. Cuando se utilizan, dichos datos se anonimizan para garantizar la protección de la información de salud privada del paciente.
NOTA: El siguiente protocolo está escrito de una manera neutral por software, ya que hay muchos programas diferentes que pueden realizar los diversos pasos. Para este caso en particular, se utilizó Materialise Mimics Medical 24.0 para la segmentación, y Materialise Magics para la manipulación 3D y la creación de los modelos y casos segmentados. Además del enfoque generalizado, se incluirán instrucciones específicas para esos programas.
1. Segmentar la anatomía del paciente
- Por PYME, obtenga un conjunto de datos de imágenes radiológicas del paciente, generalmente una tomografía computarizada o una resonancia magnética, adquirido utilizando un protocolo 3D para una resolución adecuada. Conjunto de datos abierto en un software de segmentación de diseño asistido por ordenador (CAD)23.
- Consulte los protocolos de radiología de la institución para la adquisición adecuada de imágenes (dado que cada paciente requiere diferentes consideraciones, es difícil proporcionar una guía específica). Pero como ejemplo representativo, estos son los ajustes que utilizamos en un caso de modelo 3D previamente documentado: el protocolo CT 3D sugiere parámetros: escáner de corte en modo axial, grosor de corte y espacio entre cortes de 0.625 mm, Kv de 70, rango Smart mA de 201-227 (modo MA inteligente 226), velocidad de rotación a 0.28 ms. Parámetros sugeridos por el protocolo MRI 3D: escáner de cortes en modo axial, espesor de corte y espacio entre cortes de 0,625 mm.
- Genere una segmentación inicial del tejido miocárdico utilizando una herramienta de umbral de unidad de Hounsfield (HU) con límites superiores e inferiores establecidos en valores que sean apropiados y específicos para el conjunto de datos. Refine la selección según sea necesario para capturar con precisión la anatomía. Se recomienda utilizar herramientas con las siguientes capacidades: recortar, sumar y restar, crecimiento de región, edición de múltiples cortes y relleno de cavidades. En Mimics, haga clic con el botón derecho en el área Administrador de proyectos y seleccione Nueva máscara. Ajuste la máscara en el cuadro de diálogo generado, ya sea con las ventanas anatómicas preestablecidas proporcionadas, las medidas exactas de HU, o deslizando la herramienta proporcionada hasta que la herramienta enmascare la anatomía deseada.
- Generar una segmentación del pool sanguíneo. Utilice los pasos descritos en el paso 1.2 para lograr esto. En Mimics, use la ventana HU anatómica preestablecida de 226 a 3071 para capturar el charco de sangre.
- Si el modelo que se está generando está destinado a su uso en la atención al paciente, deje que un cardiólogo, radiólogo u otro experto en la materia (SME) revise las segmentaciones del modelo virtual antes de proceder al siguiente paso para asegurarse de que todas las características y defectos anatómicos se segmentaron con precisión y estarán presentes en el modelo completo.
- Genere un modelo de caso miocárdico invirtiendo la segmentación del miocardio utilizando una herramienta de relleno de cavidad en el espacio vacío alrededor de la segmentación del miocardio y restando la segmentación del grupo sanguíneo del miocardio invertido utilizando una herramienta de resta booleana. Se recomienda utilizar una herramienta de llenado de cavidades, una herramienta booleana y las segmentaciones de miocardio y piscina de sangre generadas previamente para lograr esto. En Mimics, Cavity Fill > Indicar espacios alrededor de la máscara de miocardio. A continuación, use la herramienta booleana y complete el diálogo proporcionado a Menos la máscara de piscina de sangre de la máscara de miocardio.
Figura 1: Segmentación cardíaca en un software de segmentación CAD. (A) Segmentación cardíaca en software de segmentación CAD con los datos de imagen del paciente en bruto. (B) Segmentación con renderizado 3D del modelo de pool sanguíneo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Vea la representación en 3D del grupo sanguíneo final y las segmentaciones de casos de miocardio. Según la sugerencia y aprobación de la PYME, elimine cualquier vaso sanguíneo del modelo de piscina de sangre 3D que no sea necesario para la evaluación, comprensión o reparación de la anatomía objetivo. En Mimics, seleccione Vista previa 3D en las opciones junto a la ventana de visualización (de forma predeterminada en la vista inferior derecha de la vista predeterminada de cuatro paneles. Seleccione la máscara de interés en el Project Manager. Para editar, seleccione la herramienta Editar máscara . En el cuadro de diálogo proporcionado, seleccione la herramienta Lazo y asegúrese de que la opción Eliminar esté seleccionada. Esto permitirá la edición de la vista previa 3D real de la máscara.
NOTA: La herramienta de edición es un plano de corte infinito y eliminará cualquier parte de la máscara seleccionada en la dirección Z. - Generar objetos 3D del pool sanguíneo final y segmentaciones de casos miocárdicos. Suaviza el modelo de caja miocárdica 3D con una herramienta de objetos lisos. Según la sugerencia y aprobación de la PYME, ajuste los parámetros de iteración y factor de suavizado según sea necesario para que el modelo específico cree un modelo de caso que sea lo más suave posible, pero que no haya perdido ningún detalle anatómico importante.
- Una vez aprobados por una PYME, exporte los modelos en formato STL para utilizarlos en un software de edición de modelos 3D. En Mimics, haga clic con el botón secundario en una máscara específica en el Administrador de proyectos > Crear objeto. En el cuadro de diálogo proporcionado, asegúrese de que la opción Óptima esté seleccionada y haga clic en Aceptar.
- Una vez creado el modelo, aparecerá en la ventana Objeto , normalmente debajo de la ventana Administrador de proyectos . Desde allí, haga clic con el botón derecho en un modelo generado y seleccione Suavizar. Los parámetros para este caso fueron cinco iteraciones a 0,4 mm de suavizado.
- Guarde/exporte el grupo sanguíneo 3D final y los modelos de cajas miocárdicas como archivos de lenguaje de teselación estándar (STL). Haga clic con el botón derecho en el modelo deseado > STL+ > siga el cuadro de diálogo proporcionado para exportar una versión STL del modelo.
2. Crea los moldes digitales
- Abra el archivo STL del modelo de caso miocárdico en un programa CAD. Se recomienda representar la visibilidad de la caja de manera transparente para permitir que el miocardio sea visible en el interior del molde de la caja miocárdica. En Magics, importe los STL generados a través de Import Part. En la ventana Administración de proyectos , seleccione la opción Transparente de la representación del modelo.
- Recorte el exceso de material de la caja miocárdica del modelo con una herramienta de corte o punzonado. Solo es necesario tener aproximadamente 0,5 cm entre el borde exterior de la caja y la huella miocárdica en la pared interna de la caja. El material adicional aumentará el tiempo necesario para la impresión 3D, pero no afectará al producto final. En Magias, Cortar > Indicar polilínea > seleccionar puntos de interés > Aplicar.
NOTA: La herramienta de edición es un plano de corte infinito y eliminará cualquier parte de la máscara seleccionada en la dirección Z. - Corte la caja miocárdica en múltiples piezas que permitirán que la caja se ensamble alrededor de la compleja anatomía del molde de la piscina de sangre. Se recomienda utilizar una herramienta de corte y / o punzonado para lograr esto.
NOTA: Los siguientes pasos proporcionan una sugerencia de cortes a realizar en el caso miocárdico que lo dividirán en cuatro secciones que se ha encontrado que son suficientes tanto para la precisión diagnóstica como para el ensamblaje de casos alrededor del grupo sanguíneo para muchos modelos cardíacos. Sin embargo, cada modelo será diferente, por lo que es vital tener en cuenta que la caja debe ensamblarse alrededor de la piscina de sangre antes de verter la silicona y retirarse después de que la silicona se cuaje. Preste especial atención a cualquier lugar donde el caso deba pasar a través de un bucle en el grupo sanguíneo o rodear vasos sanguíneos largos. Características como estas pueden requerir que la caja miocárdica se corte en trozos adicionales en la región donde existe la característica para garantizar que sea posible el montaje y desmontaje alrededor de la piscina de sangre. - Ajuste la vista de la caja miocárdica a través de herramientas de rotación y paneo para apuntar el ápice del corazón hacia abajo y el arco de la aorta horizontal. Haga un corte horizontal a través de la aorta que divide el caso miocárdico en una mitad inferior que contiene el ápice y una mitad superior. La duración de este corte y todos los cortes posteriores variarán con cada modelo cardíaco. En Magics, usa los botones izquierdo y derecho del ratón para controlar la rotación y el movimiento panorámico, respectivamente. A partir de ahí, Cortar > Indicar polilínea > seleccionar puntos de interés > Aplicar.
NOTA: La herramienta de edición es un plano de corte infinito y eliminará cualquier parte de la máscara seleccionada en la dirección Z.- Haga un corte vertical a lo largo de la sección más ancha de la mitad inferior de la caja miocárdica. Asegúrese de que la mitad inferior del caso miocárdico se divida aproximadamente por la mitad.
- Haga un segundo corte vertical a lo largo de la sección más ancha de la mitad superior de la caja miocárdica. Asegúrese de que la mitad superior del caso miocárdico se divida aproximadamente por la mitad.
- Agregue clavijas (accesorios) a las piezas de la caja miocárdica para garantizar una alineación adecuada durante el montaje. Se recomienda utilizar una herramienta de generación de puntales y una herramienta de sustracción booleana con un valor de holgura de 0,25 mm para crear puntales y cavidades de puntal coincidentes. En Magics, Agregar accesorios > indicar la posición en el modelo > Aplicar.
- Cree un orificio de relleno de silicona de 1,0 cm de diámetro en una de las medias piezas superiores de la caja miocárdica. Las características de la superficie miocárdica directamente debajo del orificio de relleno se oscurecerán, así que asegúrese de que el orificio de relleno no esté sobre ninguna característica anatómica externa que sea vital para el uso del modelo. Verifique la colocación del orificio con una PYME.
Figura 2: Modelo de caso miocárdico en un software CAD. Caso miocárdico generado en un software CAD para un caso cardíaco con vsD. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Verifique los diagnósticos en todas las piezas de la caja individualmente para asegurarse de que no estén presentes los siguientes errores: normal invertido, bordes defectuosos, contornos defectuosos, bordes casi malos, orificios planos o conchas. Si se detecta un error, repárelo con una herramienta/ asistente de reparación si está disponible o manualmente si no está disponible. En Magics, compruebe Diagnósticos > Resolución automática.
- Corrija los errores que no se pueden resolver manualmente o con una herramienta / asistente de fijación con una envoltura retráctil de piezas a través de una herramienta de envoltura retráctil. Ajuste el intervalo de muestra de envoltura retráctil y los valores de relleno de huecos según sea necesario para corregir los errores en la pieza específica sin alterar la fisiología tras la revisión de SME. En Magics, Fix > Shrink Wrap > seguir el diálogo.
- Guarde/exporte las piezas individuales del caso miocárdico como archivos STL.
3. Crea los moldes físicos
- Abra los modelos de caja miocárdica y de manteca de sangre en el software de corte apropiado para producir archivos de impresión 3D (archivo G-Code) para una impresora 3D de fabricación aditiva (AM). Organice las piezas de la caja miocárdica utilizando una herramienta plana giratoria y / o colocada, de modo que cualquier lado que se encuentre con otra pieza de la caja sea vertical. Agregue soportes de impresión 3D a todas las piezas manualmente o utilizando una herramienta de generación de soporte automático proporcionada en el software, si está disponible.
Figura 3: Configuración de la caja miocárdica y del grupo sanguíneo en un software CAD de impresión 3D. Estuche de miocardio y piscina de sangre con orientación adecuada y soporte adicional en preparación para la impresión 3D en un software CAD de impresión 3D para un caso cardíaco con un VSD. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Corte los modelos para generar código G para su uso en la impresora 3D con los siguientes parámetros: Piscina de sangre en ABS utilizando: temperatura de la cama calentada de 100 ° C, temperatura del extrusor de 250 ° C, densidad de relleno del 5%, velocidad de impresión predeterminada de 50 mm / s, velocidad de la carcasa interna de 70 mm / s, velocidad de la carcasa exterior o 50 mm / s; Molde miocárdico en ABS o ácido poliláctico (PLA) utilizando: temperatura del lecho calentado de 60 °C para PLA o 100 °C para ABS, temperatura del extrusor de 205 °C para PLA o 250 °C para ABS, densidad de relleno del 15%, velocidad de impresión predeterminada de 50 mm/s, velocidad de la carcasa interior de 80 mm/s y velocidad de la carcasa exterior de 30 mm/s.
- Guarde/exporte el código G.
- Cargue el archivo de impresión en la impresora 3D utilizando una unidad flash o una conexión Wi-Fi, dependiendo de las capacidades de la impresora, asegúrese de que el filamento correcto se cargue en la impresora 3D y comience a imprimir. La impresora 3D debe cumplir con los siguientes requisitos: compatible y equipada con un diámetro de boquilla inferior a 0,4 mm y capaz de una resolución de capa inferior a 0,25 mm. Al finalizar la impresión, use alicates de nariz de aguja y pinzas para eliminar todo el material de soporte de las piezas impresas.
Figura 4: Piezas de modelo impresas en 3D. Fotografía de (A) piscina de sangre física y (B) piezas de caja miocárdica de un caso cardíaco con un VSD producido a partir de la impresora 3D con material de soporte eliminado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Ensamble las piezas de la caja de miocardio alrededor del molde de la piscina de sangre, asegurándose de que todas las piezas encajen bien. Si el estuche de miocardio no puede caber alrededor del charco de sangre, haga pequeños ajustes en la pieza del molde de la caja utilizando una herramienta de lijado rotativa de mano para eliminar el material. Si se necesita un ajuste grande, puede ser necesario editar el archivo STL en un software CAD y crear una nueva impresión 3D.
PRECAUCIÓN: Use protección ocular cuando use una herramienta de lijado rotativa de mano. El uso de una herramienta de lijado rotativa en el charco de sangre o en el estuche de miocardio hará que el plástico se derrita. Use con moderación y precaución.
NOTA: El protocolo se puede pausar entre cualquier paso anterior a este punto. - Realice un vapor de acetona suave si la caja miocárdica se imprimió en 3D utilizando ABS, y la PYME desea un acabado superficial de silicona más suave. Si no se desea o no se necesita un acabado superficial más liso, omita el proceso de suavizado de vapor con un efecto mínimo en la anatomía final del modelo.
PRECAUCIÓN: La acetona es volátil e inflamable. Asegúrese de instalarse en un área bien ventilada, lejos de llamas abiertas o chispas. Además, la acetona disolverá el cloruro de polivinilo (PVC) y el poliestireno. Si se está utilizando un recipiente de plástico, asegúrese de que no contenga PVC o poliestireno.- Cubra la parte inferior y los lados de un recipiente que no se verá afectado por la acetona con toallas de papel. Vierta la acetona en la toalla de papel inferior y permita que difunda las toallas de papel en el costado del recipiente, pero no forme una piscina en el fondo. La cantidad de acetona necesaria variará dependiendo del tamaño del recipiente utilizado; aquí, se utilizaron 30 ml de acetona en un recipiente con un volumen base de aproximadamente 400 cm3.
- Coloque un trozo de papel de aluminio en el recipiente para cubrir la toalla de papel inferior. Coloque las piezas de la caja de miocardio sobre el papel de aluminio y oriente las piezas de miocardio de modo que las caras que se desean alisar sean verticales. Asegúrese de que las piezas de miocardio no se toquen entre sí o las toallas de papel en la pared del recipiente.
- Coloque una tapa en el recipiente o cubierta con papel de aluminio y permita que las piezas de la caja miocárdica permanezcan sin ser molestadas en el recipiente hasta que se logre ~ 80% del acabado superficial deseado, según inspección visual. El tiempo necesario para completar el proceso de suavizado de vapor variará dependiendo del tamaño del recipiente y la cantidad de acetona utilizada. Comience a verificar las piezas de la caja miocárdica para el acabado superficial deseado a intervalos de 15 minutos después de 30 minutos iniciales. Para este estudio, el alisado de vapor tomó 2 h para una estructura de 150 ml.
- Con guantes, retire con cuidado las piezas de la caja miocárdica del recipiente tocando solo las superficies externas. Permita que las piezas se desgasifiquen completamente en un área bien ventilada durante ~ 30 minutos, o hasta que estén lisas, secas y duras.
Figura 5: Piezas de caja miocárdica alisadas con vapor. Fotografía de piezas de caja miocárdicas de un caso cardíaco con un VSD después de un vapor de acetona suave. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
4. Vierte silicona
NOTA: Algunos contaminantes, incluidos el látex y el azufre, pueden inhibir el curado de las siliconas si entran en contacto. Se recomienda revisar cualquier boletín técnico antes de intentar usar silicona.
- Estimar la cantidad de una silicona curada de platino de dos partes que se necesitará para crear el modelo miocárdico; la cantidad de silicona necesaria variará dependiendo del tamaño del modelo que se esté creando. Alternativamente, mida el volumen de la segmentación del miocardio utilizando un software CAD para determinar la cantidad de silicona necesaria. Asegúrese de que la silicona posea las siguientes propiedades: dureza en tierra de 2 A, resistencia a la tracción de 1.986 kPa, alargamiento en la rotura del 763%, contracción inferior a 0,0254 mm / mm, viscosidad mixta de 18.000 cps, vida útil de la olla de 12 min y tiempo de curado de 40 min. Este estudio requirió 300 ml de silicona.
- Agite bien la parte A y la parte B de la silicona antes de verter las cantidades necesarias, en las proporciones correctas, en una taza de mezcla. Si se desea color en el modelo, agregue pigmento y mezcle todas las partes y el pigmento a fondo. Para este estudio, 150 ml de la Parte A y la Parte B se mezclaron y agitaron a mano o con un agitador. Se agregó un color de "sangre" del producto Sil-pigmento (ver Tabla de Materiales) por palo artesanal hasta que se logró el color deseado.
- Coloque la silicona bien mezclada en una cámara de vacío a 29 en Hg durante 2-3 minutos para desgasificar. La silicona se expandirá durante el proceso de desgasificación a aproximadamente el doble de su volumen, asegúrese de que el recipiente de mezcla tenga suficiente espacio para permitir la expansión. Ventile y retire la silicona desgasificada de la cámara y sumerja la piscina de sangre en la silicona para cubrirla completamente, asegurando que todos los vacíos y cavidades en la piscina de sangre se llenen con silicona.
- Rocíe bien todas las piezas de la caja miocárdica con un producto de fácil liberación (consulte la Tabla de materiales) en un área bien ventilada. Ensamble la mitad inferior de la caja miocárdica alrededor del ápice de la piscina de sangre. Si alguna costura entre las piezas de la caja del miocardio permite que la silicona se filtre, use abrazaderas o un material como pegamento caliente o arcilla para sellar la fuga en la superficie externa del molde.
- Vierta silicona en el espacio entre el charco de sangre y la pared de la caja, permitiendo que la silicona fluya hacia todos los huecos. Continúe vertiendo silicona hasta que las piezas ensambladas del molde miocárdico se llenen con silicona.
- Ensamble las piezas restantes de la caja miocárdica, asegure las piezas de la caja herméticamente con bandas elásticas y abrazaderas, según sea necesario. Vierta silicona por el orificio de relleno en la parte superior de la pieza de la caja miocárdica hasta que todo el espacio miocárdico se llene con silicona.
- Deje que la silicona se ajuste durante ~ 40 min. Retire el corazón de silicona de la caja miocárdica y recorte las costuras de silicona que se crearon a partir del espacio entre las piezas de la caja o el orificio de relleno.
5. Disolver el charco de sangre
- Identifique todos los vasos sanguíneos que deben tener extremos abiertos en el modelo de silicona y recorte cualquier silicona que los cubra para exponer la acumulación de sangre ABS en el interior.
- Sumerge el corazón de silicona en un baño de acetona. El ABS comenzará a ablandarse 10-15 minutos después de la inmersión de acetona; a medida que esto ocurre, retire grandes trozos de ABS con pinzas para aumentar la velocidad del proceso de disolución de ABS.
- Realice de dos a tres enjuagues / remojos adicionales de acetona con acetona limpia para eliminar todo el ABS de la silicona cuando la mayoría de la reserva de sangre de ABS se haya disuelto. Retire el modelo cardíaco del baño de acetona y permita que la acetona restante se evapore del modelo en un área bien ventilada. El tiempo necesario para disolver completamente el ABS dependerá del tamaño del modelo, la cantidad de ABS extraída manualmente y la cantidad de acetona utilizada.
Figura 6: Modelo cardíaco de silicona específico del paciente con un VSD. Fotografía de una vista de superficie epicárdica de un modelo completo de silicona con un VSD. La VSD no es visible debido a su ubicación dentro de la estructura miocárdica intracardíaca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Representative Results
Se eligieron datos de imágenes radiológicas de un paciente con vsD para generar un modelo cardíaco de silicona representativo. La anatomía del paciente se segmentó utilizando un software de segmentación CAD para generar un modelo miocárdico digital y un modelo digital de piscina de sangre (Figura 1). La segmentación manual del grupo sanguíneo y el miocardio con el protocolo presentado tarda de 1 a 3 h en completarse. Al finalizar la segmentación, el modelo miocárdico se abrió en el software CAD para su posterior procesamiento. El modelo se alineó con una caja 3D hecha dentro del programa y luego se restó utilizando operaciones booleanas. Este proceso dejó un negativo del modelo miocárdico, formando un molde. Este molde miocárdico fue recortado a un tamaño más apropiado, cortado en segmentos y modificado con puntales para alinear las piezas (Figura 2). La creación del caso tomó de 2 a 6 h. Todas las piezas de molde miocárdico y el grupo de sangre se cargaron en un software de corte de impresión 3D, y G-Code se generó para imprimir en 3D en ABS (Figura 3). Las piezas impresas en 3D con material de soporte eliminado se pueden ver en la Figura 4. Las piezas de la caja del miocardio se alisaron con vapor para mejorar el acabado superficial del modelo (Figura 5). Al finalizar el proceso de suavizado de vapor, el molde se ensambló alrededor del modelo de piscina de sangre y se vertió silicona. El montaje y el vertido de silicona duraron una hora. Después del juego de silicona, el modelo cardíaco se retiró del caso miocárdico y se sumergió en acetona para disolver el grupo sanguíneo. Después de aproximadamente veinticuatro horas de remojo, el charco de sangre se había disuelto. Se realizó un enjuague final de acetona y se dejó que el modelo se secara por completo. El modelo cardíaco de silicona completado se puede ver en la Figura 6. Para evaluar la precisión y funcionalidad del modelo de silicona, el experto en CARDIO (cardiopatía congénita) realizó una incisión para permitir la observación de la anatomía interna. El VSD esperado estaba presente, y el cirujano cardíaco congénito cosió un parche GORE-TEX en el modelo para corregir el VSD (Figura 7). En un modelo de silicona completado con éxito, toda la anatomía y los defectos del paciente estarán presentes tanto externa como internamente. Un resumen del protocolo se puede ver en el Archivo Complementario 1.
Figura 7: Parche GORE-TEX cosido en modelo cardíaco de silicona con VSD. Fotografía de la vista del cirujano (A) de un modelo cardíaco de silicona específico del paciente con un VSD y la vista del cirujano (B) del VSD en el modelo cerrado con un parche GORE-TEX. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Archivo complementario 1: Esquema del protocolo de fabricación de corazón de silicona. Ilustración esquemática del protocolo en la fabricación de un modelo cardíaco de silicona específico del paciente. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo complementario 2: Resumen de los pasos críticos y los posibles resultados negativos. Resumen de los pasos críticos en el desarrollo de un modelo cardíaco de silicona específico del paciente y los posibles resultados negativos que pueden resultar si los pasos no se siguen correctamente. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Discussion
Al finalizar el protocolo, debe resultar un modelo cardíaco de silicona específico del paciente para la preparación quirúrgica. Sin embargo, hay varios pasos críticos que deben completarse correctamente para que esto se logre. Un resumen de los pasos críticos en el protocolo se puede ver en el Archivo Suplementario 2, así como los posibles resultados si los pasos no se realizan correctamente. El primer paso crítico implica la segmentación de los datos de imágenes radiológicas del paciente. Este paso requiere la adquisición de un conjunto de datos de diagnóstico por imágenes 3D. La utilidad del modelo en la planificación o educación prequirúrgica depende de la calidad del conjunto de datos 3D. Se recomienda utilizar un conjunto de imágenes recopilado con un tamaño de rebanada entre 0,625 mm y 2,6 mm para garantizar que el conjunto de datos tenga una resolución adecuada para la producción de modelos. Sin embargo, todos los parámetros de imagen deben ser establecidos por un médico experto en radiología, siendo la atención al paciente la prioridad. Cabe señalar que puede ser posible producir un modelo a partir de un conjunto de imágenes recopilado con un tamaño de corte fuera de los valores recomendados, pero la resolución y la calidad del modelo se verán afectadas negativamente. Después de obtener las imágenes, si la segmentación no se realiza correctamente, comúnmente no se realiza hasta que se produce y corta el modelo final, lo que resulta en una pérdida de tiempo y materiales. Para evitar este resultado negativo, se recomienda que un experto en la materia revise los archivos segmentados antes de crear los moldes digitales para el control de calidad. El siguiente paso crítico ocurre durante la creación de los moldes digitales. Es importante asegurarse de que el caso de miocardio se pueda ensamblar alrededor del modelo de piscina de sangre. Si el estuche no se cierra alrededor de la reserva de sangre, no se puede usar para crear el modelo de silicona, ya que la silicona no establecida se filtrará continuamente y la anatomía podría distorsionarse. Se puede usar una herramienta de lijado rotativa de mano para eliminar ligeramente piezas del molde miocárdico solo si se necesitan pequeños ajustes. Si se necesitan grandes ajustes, el molde digital deberá modificarse e imprimirse una caja actualizada. El paso crítico final es el vertido de la silicona. El cumplimiento estricto de las instrucciones del material es necesario cuando se usa la silicona, ya que no hacerlo puede resultar en silicona que se cura con una superficie pegajosa. Si la superficie se considera demasiado pegajosa para su uso por la PYME, es posible que la reserva de sangre tenga que ser reimpresa si no se puede eliminar con éxito de la silicona. La silicona tendrá que ser vertida de nuevo, lo que resulta en una pérdida de tiempo y materiales. Si no se utiliza suficiente silicona o la silicona se escapa del molde de la caja miocárdica durante el proceso de fraguado, el modelo resultante estará incompleto. Esta falla se puede remediar mezclando y vertiendo silicona adicional en el molde. Se puede usar un material como pegamento caliente o arcilla para sellar las costuras del molde de la caja miocárdica si una pequeña cantidad de silicona parece filtrarse durante el proceso de curado.
Este método de creación de modelos cardíacos de silicona específicos del paciente se puede modificar para permitir la creación de un modelo de cualquier estructura anatómica blanda con geometría interna y externa compleja o específica del paciente. Suponiendo que la anatomía objetivo esté segmentada correctamente, los pasos restantes del protocolo podrían seguirse con un cambio mínimo. Si bien no es el enfoque del trabajo actual, el protocolo se ha aplicado al parénquima hepático con un éxito similar. El material de impresión 3D utilizado también se puede modificar. Se recomienda el uso de ABS y PLA debido a su bajo costo, pero cualquier material de impresión 3D soluble puede tomar el lugar de ABS, y cualquier material de impresión 3D deseable puede tomar el lugar de PLA con un cambio mínimo o nulo en el protocolo. Se deben seguir todos los parámetros de impresión especificados por el fabricante del filamento cuando se utilizan otros materiales de impresión. Este método se puede modificar aún más mediante el uso de una silicona diferente. La silicona recomendada para su uso en este protocolo tiene una dureza shore de 2 A, pero si se desea otro valor de dureza shore, se puede sustituir una silicona diferente con un cambio mínimo o nulo en el protocolo. Asegúrese de cumplir con todas las especificaciones y procedimientos de fabricación cuando use un producto de silicona diferente.
Si bien este protocolo describe un procedimiento de modelado cardíaco mejorado, no está exento de limitaciones. La principal limitación de este protocolo es que, si bien la silicona de cura de platino utilizada está más cerca de la dureza del tejido cardíaco que otros materiales disponibles, la dureza no es la única propiedad que desempeña un papel en la habilidad motora fina del entrenamiento quirúrgico. En particular, el tejido cardíaco real demostrará friabilidad o desgarro bajo fuerza. La silicona utilizada es muy elástica, con un alargamiento a la rotura del 763% y una resistencia a la tracción de 1.986 kPa19. El tejido cardíaco porcino, que se cree que es una representación precisa del tejido cardíaco humano, tiene un alargamiento en la rotura del 28-66% y una resistencia a la tracción de 40-59 kPa26. Esta diferencia presenta un problema, ya que los becarios quirúrgicos cardíacos pueden realizar una operación de práctica en un corazón modelo de silicona y obtener una falsa sensación de confianza porque el modelo puede soportar fuerzas que el tejido cardíaco real no puede. Esta metodología también tiene el potencial de ser limitada por un modelo cardíaco con geometría muy compleja. A medida que aumenta la complejidad anatómica del modelo, el protocolo puede compensar aumentando el número de piezas en el molde miocárdico. Esencialmente, los modelos cada vez más complejos requerirán diseños de moldes cada vez más complejos y un mayor tiempo de diseño.
El proceso de creación de modelos descrito en este protocolo es superior a muchas de las otras alternativas disponibles debido a su capacidad para recrear réplicas anatómicas exactas de bajo costo de la anatomía encontrada quirúrgicamente. El tejido cadavérico y animal permite simulaciones de alta fidelidad, pero tienen un costo mucho mayor y requieren configuraciones de laboratorio específicas para ser utilizadas y mantenidas.2,6. Además, los modelos de tejidos cadavéricos y animales tienen preocupaciones éticas, no son específicos del paciente, y la cardiopatía coronaria compleja a menudo debe ser fabricada manualmente por un cirujano o instructor, lo que a menudo conduce a imprecisiones o daños en los tejidos y órganos circundantes. Otra técnica de modelado potencial implica el uso de la realidad virtual. La realidad virtual permite la replicación digital de modelos cardíacos específicos del paciente, que es una herramienta efectiva para establecer representaciones mentales precisas de la anatomía del paciente y los planes quirúrgicos. Además, algunos sistemas de realidad virtual han permitido simulaciones básicas con la incorporación de retroalimentación háptica. Sin embargo, la retroalimentación háptica disponible carece del realismo necesario para replicar las habilidades motoras finas necesarias para los procedimientos quirúrgicos cardíacos congénitos.4. La impresión 3D es otro método disponible para producir modelos cardíacos específicos del paciente2,24. Sin embargo, la implementación generalizada de impresoras 3D de alta fidelidad capaces de producir modelos blandos de múltiples materiales se ve inhibida por su costo extremadamente alto.11,14,15. Las impresoras 3D de bajo costo están disponibles, pero solo pueden imprimir en materiales que son mucho más firmes que el miocardio real. Cuando scanlan et al. utilizaron uno de los materiales más blandos disponibles para una impresora 3D para crear un modelo, se descubrió que el modelo era más firme que el tejido cardíaco real.17. El material descrito tenía una dureza en tierra entre 26 A y 28 A, lo que le daba una textura similar a una banda elástica. La silicona curada con platino utilizada en este protocolo tiene una dureza shore de 2 A, lo que le da una textura similar a un inserto de zapato de gel y mucho más cercana a la dureza de los tejidos cardíacos reales, que es de 43 0020 o ~0 A. Hoashi et al. también utilizó un método similar al descrito en este protocolo para desarrollar un modelo de corazón impreso en 3D flexible. Dos moldes, que representan la geometría miocárdica interna y externa, se imprimieron en 3D utilizando una impresora SLA seguida de la fundición al vacío de una resina de poliuretano similar al caucho. Si bien este método produjo un modelo cardíaco blando, el costo de producción propuesto de este método por modelo fue de 2,000 a 3,000 USD22. Comparativamente, el costo total del material del método descrito en el protocolo presentado es inferior a 10 USD. Finalmente, un método similar también fue utilizado por Russo et al.. crear modelos de silicona de la válvula aórtica y la aorta proximal para la práctica procesal. Mientras que los Russo et al. El método se centra en un objetivo similar, su proceso presentado destinado a replicar anatomías mucho más simples de la aorta o las válvulas aórticas. El protocolo aquí presentado se diferencia por centrarse en las anatomías intracardíacas y miocárdicas que son más pequeñas, más complejas y serían extremadamente difíciles de replicar dadas las metodologías históricas. A pesar de esta diferencia, los modelos creados por Russo et al. fueron de gran utilidad para la simulación y el entrenamiento en cirugía cardíaca por parte de los cirujanos cardíacos encuestados23. Esencialmente, el método descrito en este protocolo permite la creación de bajo costo de modelos cardíacos congénitos complejos y específicos del paciente con defectos representados con precisión y propiedades materiales más similares al tejido cardíaco real que otros métodos de modelado.1,16, permitiendo operar modelos con una fidelidad háptica realista.
En el futuro, esta metodología podría aplicarse a la formación de un modelo de anatomía de cualquier paciente con características internas y externas complejas. El desarrollo de un material alternativo de la piscina de sangre que podría eliminarse del modelo de silicona de una manera menos destructiva o producirse utilizando un método que consuma menos tiempo haría que el proceso fuera más eficiente en tiempo y costo. Como resultado, no sería necesario reproducir un nuevo grupo de sangre para cada proceso de moldeo posterior, lo que llevaría a la escalabilidad del entrenamiento asociado. Las propiedades físicas de la silicona utilizada para crear el modelo también podrían mejorarse. La silicona con menos alargamiento en el descanso aumentaría el realismo del modelo y ayudaría a mejorar su valor como herramienta educativa para los becarios de cirugía cardíaca que intentan aprender las habilidades motoras finas necesarias para realizar estos procedimientos complejos. Un grupo de materiales actualmente en el mercado dignos de consideración para ayudar en esta solución son los materiales de vidrio simulado de silicona25. Estos materiales de silicona demuestran mucho menos alargamiento en la rotura, lo que lleva a una "ruptura" distinta al aplicar la fuerza de una manera similar al vidrio. La modulación de la silicona de curado de platino utilizada en este protocolo con adiciones de este material de vidrio simulado de silicona puede permitir el control de las características de friabilidad del modelo al tiempo que se mantiene la dureza de tierra adecuada, mejorando la fidelidad háptica general. Finalmente, la resolución de la anatomía que este protocolo puede producir está limitada por la resolución de la impresora 3D utilizada para generar los moldes. A medida que la tecnología continúa mejorando, la resolución de la anatomía que se puede crear con este protocolo también debería mejorar.
Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores desean agradecer a OSF HealthCare por hacer posible este estudio, así como al Dr. Mark Plunkett por su conocimiento de procedimiento y aplicación de habilidades a nuestro producto final.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1.75 mm ABS filament | Matter Hacker | matterhackers.com/store/l/175mm-abs-filament-white-1-kg/sk/MFJ1U2CG- | Anecdotally consistent quality, budget-conscious price |
| 1.75 mm PLA filament | Matter Hacker | https://www.matterhackers.com/store/l/175mm-pla-filament-white-1-kg/sk/MEEDKTKU | Anecdotally consistent quality, budget-conscious price |
| 8220 12VMax High-Performance Cordless | Dremel | https://us.dremel.com/en_US/products/-/show-product/tools/8220-12vmax-high-performance-cordless | Cordless for easier access to small features in model |
| Acetone | Sunnyside | https://www.sunnysidecorp.com/product.php?p=t&b=s&n=840G5 | Bulk |
| Dragon Skin Fx-Pro | Smooth-On | https://shop.smooth-on.com/dragon-skin-fx-pro | Industry-standard, characterized skin-safe |
| Ease Release 200 | Smooth-On | https://shop.smooth-on.com/ease-release-200 | Coating to ensure easy removal of silicone from mold |
| GORE- TEX patch | GORE | https://www.goremedical.com/products/cardiovascularpatch | Cardiovascular patch |
| ideaMaker | Raise 3D | https://www.raise3d.com/download/ | Included G-code CAD software for Raise 3D printers |
| Magics | Materilise | https://www.materialise.com/en/software/magics | Feature-rich CAD software capeable of manipulating organic surfaces |
| Mimics | Materilise | https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite/mimics | Feature-rich segmentation software |
| Patient DICOM data | - | - | DICOM data will typically come from a patient CT or MRI |
| Pro2 Plus | Raise 3D | https://www.raise3d.com/products/pro2-plus-3d-printer/ | Anecdotallay reliable, dual extrusion FDM 3D printer |
| PRO2-100 Industrial Glue Gun | Surebonder | https://surebonder.com/collections/industrial-glue-guns/products/pro2-100-100-watt-high-temperature-professional-heavy-duty-hot-glue-gun-uses-full-size-7-16-glue-sticks | Industrial-quality hot glue gun |
| Silc Pig | Smooth-On | https://shop.smooth-on.com/silc-pig-pigments | Pigment for adding color to silicone |
| Vacuum Chamber | Smooth-On | https://shop.smooth-on.com/vacuum-chamber | Anecdotally reliable vacumm chamber for removing air bubbles from mixed silicone |
References
- Hoffman, J. I. E., Kaplan, S. The incidence of congenital heart disease. Journal of the American College of Cardiology. 39 (12), 1890-1900 (2002).
- Hussein, N., et al. Hands-on surgical simulation in congenital heart surgery: Literature review and future perspective. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery. 32 (1), 98-105 (2020).
- Wilson, H. K., Feins, R. H. Simulation in cardiothoracic surgery. Comprehensive Healthcare Simulation: Surgery and Surgical Subspecialties. Comprehensive Healthcare Simulation. , Springer, Cham. 263-274 (2019).
- Badash, I., Burtt, K., Solorzano, C. A., Carey, J. Innovations in surgery simulation: A review of past, current and future techniques. Annals of Translational Medicine. 4 (23), 1-10 (2016).
- Yoo, S. J., Spray, T., Austin, E. H., Yun, T. J., Van Arsdell, G. S. Hands-on surgical training of congenital heart surgery using 3-dimensional print models. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153, 1530-1540 (2017).
- Hadeed, K., Acar, P., Karsenty, C. Cardiac 3D printing for better understanding of congenital heart disease. Archives of Cardiovascular Disease. 111 (1), 1-4 (2018).
- Velasco Forte, M. N., et al. Living the heart in three dimensions: applications of 3D printing in CHD. Cardiology in the Young. 29, 733-743 (2019).
- Illmann, C. F., Ghadiry-Tavi, R., Hosking, M., Harris, K. C. Utility of 3D printed cardiac models in congenital heart disease: a scoping review. Heart. 106, 1631-1637 (2020).
- Su, W., Xiao, Y., He, S., Huang, P., Deng, X. Three-dimensional printing models in congenital heart disease education for medical students: a controlled comparative study. BMC Medical Education. 18 (178), (2018).
- Farooqi, K. M., Mahmood, F. Innovations in preoperative planning: insights into another dimension using 3D printing for cardiac disease. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32, 1937-1945 (2018).
- Illmann, C. F., Hosking, M., Harris, K. C. Utility and access to 3-dimensional printing in the context of congenital heart disease: an international physician survey study. Canadian Cardiovascular Society. 2, 207-213 (2020).
- Lau, I., Gupta, A., Sun, Z. Clinical value of virtual reality versus 3D printing in congenital heart disease. Biomolecules. 11 (884), (2021).
- Birbara, N. S., Otton, J. M., Pather, N. 3D modelling and printing technology to produce patient-specific 3D models. Heart Lung and Circulation. 28, 302-313 (2019).
- Yoo, S. J., et al. 3D printing in medicine of congenital heart disease. 3D Printing in Medicine. 2 (3), (2016).
- Gómez-Ciriza, G., Gómez-Cía, T., Rivas-González, J. A., Velasco Forte, M. N., Valverde, I. Affordable three-dimensional printed heart models. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 498 (2021).
- Lau, I., et al. Quantitative and qualitative comparison of low- and high-cost 3D-printed heart models. Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 9 (1), 107-114 (2019).
- Scanlan, A. B., et al. Comparison of 3D echocardiogram derived 3D printed valve models to molded models for simulated repair of pediatric atrioventricular valves. Pediatric Cardiology. 39 (3), 538-547 (2019).
- Tango polyJet simulated rubber material. Statasys. , Available from: www.stratasys.com (2018).
- Dragon skin fx-pro, Smooth-On. , Available from: https://www.smooth-on.com/products/dragon-skin-fx-pro/ (2021).
- Tejo-Otero, A., Fenollosa-Artés, F., Buj-Corral, I. Mimicking soft living tissues for 3D printed surgical planning prototypes using different materials. Congreso Anual de la Sociedad Española de Ingeniería Biomédica. , 307-310 (2019).
- Lezhnev, A. A., Ryabtsev, D. V., Hamanturov, D. B., Barskiy, V. I., Yatsyk, A. P. Silicone models of the aortic root to plan and simulate interventions. Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery. 31 (2), 204-209 (2020).
- Laing, J. A patient-specific cardiac phantom for training and pre-procedure surgical planning. Electronic Thesis and Dissertation Repository. , 4964 (2017).
- Hoashi, T., et al. Utility of a super-flexible three-dimensional printed heart model in congenital heart surgery. Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery. 27, 749-755 (2018).
- Mena, K. A., et al. Exploration of time-sequential, patient-specific 3D heart unlocks clinical understanding. 3D Printing in Medicine. 4 (1), 15 (2018).
- Russo, M., et al. Advanced three-dimensionally engineered simulation model for aortic valve and proximal aorta procedures. Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery. 30, 887-895 (2020).
- Al Ali, A. B., Griffin, M. F., Butler, P. E.
- Rubber glass water-clear silicone rubber compound, Smooth-On at. , Available from: https://www.smooth-on.com/product-line/rubber-glass/ (2021).
- Riedle, H., Molz, P., Franke, J. Determination of the mechanical properties of cardiac tissue for 3D printed surgical models. IEEE-EMBS Conference on Biomedical Engineering and Science. , 171-176 (2018).
