Name: Anatomisch realistischen neonatale Herzmodell für den Einsatz bei Neugeborenen Patienten Simulatoren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 5 s
Description: Lernen Sie die Herstellung anatomisch realistischer Neonatalherzmodelle mittels MRT, 3D-Druck und Spritzgussverfahren. Diese flexiblen Modelle ermöglichen physiologische Studien und verbessern die Ausbildung in der Neonatologie.

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Diese Forschung wurde im niederländischen Rahmen der IMPULS Perinatologie durchgeführt. Die Autoren möchte die Radboud UMCN Museum für Anatomie und Pathologie und Máxima medizinische Zentrum Veldhoven für die Bereitstellung der Neugeborenen MRI-Scans für diese Arbeit verwendet. Die Autoren weiter möchte Jasper Sterk, Sanne van der Linden, Frederique de Jongh, Pleun Alkemade und das D.search Labor an der Fakultät für Industriedesign für ihre bedeutenden Beiträge zur Entwicklung dieser Forschung zu danken. Schließlich möchte die Autoren Rohan Joshi für seine Korrekturlesen des Manuskripts danken.

Alle wurden institutionellen Genehmigungen vor Patienten Bildgebung.
1. Erwerb und Segmentierung von Bildern
<ol><li>Erwerben Sie einen Thorax MRT-Scan von einem Neugeborenen im Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) Format. Erfassen Sie jedes Slice des Scans in der ventrikulären diastolischen Phase des Herz-Kreislauf oder eine Autopsie einzuholen Sie eine thorakale MRI. Anmerkung: Eine sichtlich klare Definition des Herzmuskels, sowie Vorhöfe und Ventrikel, ist wichtig.</li>
	<li>Processing-Software zu verwenden (siehe Tabelle der Materialien) Import der DICOM-Datei des Thorax MRT. Verwenden den Menüpunkt "Bearbeiten von Masken", wählen Sie den Bereich des Herzmuskels auf jede Scheibe MRI, wo das Herz vorhanden ist. Die Vorhöfe und Herzkammern, können in diesem Fall abgedeckt werden.</li>
	<li>Erstellen Sie eine neue Skizzenebene und segmentieren Sie separat den beiden Vorhöfen und zwei Herzkammern in der gleichen Weise wie die Auswahl für den Herzmuskel. Segmentieren Sie die Ventile vorhanden zwischen Vorhöfen und Herzkammern und zwischen den Herzkammern und Arterien nicht.</li>
	<li>Rendern des Muskels und Kammern in separaten 3D Darstellungen über das Menü 'Berechnen 3D' Artikel und exportieren Sie sie als fünf Stereolithographie (STL) Dateien mit die optimale Auflösungseinstellungen indem Sie den Menüpunkt "STL +".</li>
	<li>The.stl Dateien in der CAD-Software laden (siehe Tabelle der Materialien). Verwenden Sie den Menüpunkt Update-Assistenten, um the.stl-Dateien für überlappende Dreiecke und schlechte Kanten reparieren. Speichern Sie the.stl Dateien erneut. Hinweis: Sollten Sie kein Herz MRI zur Verfügung steht, mit dem Herzmodell in diesem Protokoll verwendeten. Diese Datei enthält auch separate Herz-Ventil-Modelle. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56710/Cardiac_model_parts.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um die Dateien herunterzuladen</a>.</li>
</ol>2. Verarbeitung und Formen drucken
<ol><li>Laden Sie den Satz von Vorhöfen und Herzkammern in eine CAD-Software (siehe Tabelle der Materialien). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56710/Cardiac_model_parts.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um die Dateien herunterzuladen</a>.<ol>
<li>Bestimmen Sie die Position der Aorta, pulmonale, Mitral- und Trikuspidalklappe Ventile mit der ursprünglichen MRT (Abbildung 1).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fügen Sie die positiven und negativen Formhälften jedes Ventils ihrer jeweiligen Position im geladenen Satz der Vorhöfe und Ventrikel durch Ziehen der Ventil-Datei (durch den obigen Link erhalten) in die aktuelle Datei "Teil einfügen" Funktion hinzu. Geben Sie die Position der Platzierung, indem Sie auf den Speicherort der die Oberfläche der Vorhöfe oder Herzkammern.<ol>
<li>Extrudieren Sie die Basis der positiven und negativen Ventil mit "Registerkarte" Eigenschaften "> Extrudieren Chef/Base" ragen in ihren jeweiligen Kammern und Zusammenführen der Ventilteile an ihrer jeweiligen Kammer. Hinweis: Die Mitralklappe besteht aus zwei halbmondförmige teilen, während die dreiaufklappbar, Aorta, und pulmonale Ventile bestehen aus drei.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fügen Sie die Lungen- und aortic Valve-Datei an ihren jeweiligen Herzkammer Speicherort in Schritt 2.2 beschriebene Verfahren verwenden. Von der Spitze dieser Ventile, skizzieren Sie zwei gebogenen Zylinder mit 5 mm Durchmesser durch Klicken auf die "Registerkarte Skizze > Kreis" folgt eine skizzierte Linie mit gewölbten die "Registerkarte" Eigenschaften "> Chef/Base zu fegen" bis beide Kreiszylinder Oberflächen die horizontale Position erreicht. Ventilteile zu ihren jeweiligen Herzkammern und Arterien zu verschmelzen.</li>
	<li>Von der Basis eines jeden der vier Kammern sowie die beiden gewölbten Zylinder zeichnen vertikalen Zylinder mit 5 mm Durchmesser durch Klicken auf die "Registerkarte Skizze > Kreis" Artikel und extrudieren sie bis 40 mm in der Länge, indem Sie auf die "Registerkarte" Eigenschaften "> Extrudieren Chef/Base" Element. Lassen Sie jeden Zylinder in ihrer jeweiligen Kammer ragen.<ol>
<li>Um die Kammern Positionierung bei den sechs inneren Teile in der Form der Montage zu gewährleisten, fügen Sie differenzielle Kerben zu den sechs Zylindern (Abbildung 2) skizzieren Halbkreise auf den Zylindern: Klicken Sie auf die "Registerkarte Skizze > skizzieren Sie Kreis" Menüpunkt und Nutzung der " Registerkarte "Feature" > Schnitt/Extrudieren "Menüpunkt unterschiedlicher Tiefe Einkerbungen erstellen.<ol>
<li>Subtrahieren Sie ihre Formen von Chambers und Arterien durch die Auswahl des Volumenkörpers der Kammer und Arterie, Rechtsklick, und drücken das "kombinieren" nach dem subtrahieren Einstellung ausgewählt werden kann. Verbinden Sie diese Teile nicht. Speichern Sie alle Kammern und Arterien separat.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Importieren Sie das Herz Muskel-Modell. Der Sechszylinder-Basisskizzen kompensiert starten eine neue Skizze und alle Zylinder Basisskizzen mit gedrückter "Shift" Taste auswählen. Wählen Sie dann die "Registerkarte Skizze > Menüpunkt Rechtsträger zu konvertieren. Wählen Sie die "Registerkarte Skizze > Entitäten Menüpunkt, um die Skizzen von 2 mm Versatz auszugleichen.<ol>
<li>Extrudieren und verschmelzen diese Skizzen durch Klicken auf die "Registerkarte" Eigenschaften "> Extrudieren Chef/Bass Menüpunkt mit dem Herz-Muskel-Modell; Wiederholen Sie für die gebogenen Zylinder. Diese Zylinder mit dem Herz-Muskel-Modell zu verschmelzen, indem Sie auf die "Registerkarte" Eigenschaften "> Extrudieren Chef/Bass Menüpunkt. Hinweis: Sicherstellen Sie, dass das Herz Muskelmodell gegenüber der Vorhöfe ist mehr als 2 mm Abstand (Abbildung 1). Sonst wird die Wand reißen, wenn die inneren Formen entfernen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Modell einen Würfel von der Basis der sechs Zylinder nach unten durch die erste Platzierung einer Referenzebene durch Klicken auf die "Registerkarte" Eigenschaften "> Referenzgeometrie > Ebene". Klicken Sie danach auf die "Registerkarte Skizze > Platz" Menüpunkt und Skizze ein Quadrat mit einer Länge und Breite d. h. 4 mm breiter als der breiteste Teil des Muskels Herzmodell.<ol>
<li>Extrudieren dies nach unten mit einer Dicke von 8 mm, indem Sie auf die "Registerkarte" Eigenschaften "> Extrudieren Chef/Base" Menü Punkt, und führen Sie dies auf der Basis der sechs Zylinder markieren den Menüpunkt 'verschmelzen Teile'. Fügen Sie an den vier Ecken der Basis 4 mm Würfel mit der gleichen Methode hinzu.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Mit der quadratischen Grundfläche als eine Skizze, Extrudieren sie zum Decken des gesamte Herz-Modells und alle anderen Teile von diesem subtrahieren. Teilen Sie den oberen Teil des übrig gebliebenen Rechtecks an der breitesten Stelle des Modells Herz. Legen Sie zuerst eine Referenzebene auf die gewünschte Höhe mit der "Registerkarte" Eigenschaften "> Referenzgeometrie > Flugzeug. Danach verwenden Sie den Menüpunkt "Einfügen > Formen > aufteilen" um die Fläche auszuwählen, über die die Split und das Objekt erfordern Aufspaltung stattfinden muss.<ol>
<li>Das übrig gebliebene Rechteck aufgeteilt wieder auf die bequemste Form release Position mit der gleichen Methode beschriebenen Schritt 2.7 noch in einer vertikalen Position. Kubische 4 mm-Buchsen in den Ecken der longitudinalen Teile der Form skizzieren und die Ecken der oberen Abdeckung mit 4 mm Würfel hinzufügen der "Registerkarte Skizze > Quadrat" und "Registerkarte" Eigenschaften "> Extrudieren Chef/Base" Menüpunkte.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Skizzieren Sie 50 Kreise von 1 mm im Durchmesser Abdeckung oben auf das gesamte äußere Spritzgussmodell und extrudieren Sie Schnitt-diese durch alle äußeren Formen. Extrudieren Sie auch mehrere 1 mm Zylinder auf der Seite die obere Abdeckung an den breitesten Stellen des Modells Herz Muskel. Schnitt-Extrudieren eines einzigen 8 mm Injektion Loch aus der oberen Abdeckung.<ol>
<li>Speichern Sie alle vier Formteile der äußeren separat. Vorsicht: Insgesamt, es ist zehn Schimmel Komponenten: die Basis der Form, zwei Seitenteile der äußeren Form, eine äußere Form Deckel, zwei Innenform Atrien mit Ventil-Anlagen, zwei Innenform Ventrikel mit Ventil anhängen und eines jeden Aorten- und pulmonale Inner Schimmel-Arterie mit Ventil anhängen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Verwenden Sie einen Sprühvolumen Drucker für das Drucken mit starren und gummiartigen Photopolymer Materialien installiert (siehe Tabelle der Materialien). Wenn die Teile für den Druck auf das Druckbett platzieren, sicherzustellen, dass die Ventil-negative sind alle gedruckten nach oben (vertikal) (Abbildung 3).<ol>
<li>Wählen Sie die Druckeinstellungen auf Glossy. Wählen Sie für die vier Kammern sowie die Lungen- und Aorta Schimmel-Anlagen das flexible Material der S95; Wählen Sie für die anderen vier Formteile das starre Druckmaterial.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Nach dem Drucken der Formteile, entfernen Sie das Trägermaterial während des Druckens von Waterjet aufgebaut (siehe Tabelle der Materialien). Legen Sie nach der Reinigung die Formteile die Teile in einer 5 % Natriumhydroxid Lösung für 24 h. Nach dem Entfernen der Teile aus der Lösung, spülen Sie sie mit kaltem Wasser und lassen Sie trocknen für 48 h vor dem Gießen.</li>
</ol>3. kalte Spritzgießen und Veredelung
<ol><li>Sprühen Sie alle Oberflächen der alle Formteile mit einem Trennmittel (siehe Tabelle der Materialien), mit Ausnahme der Ventile und sauber mit Papiertuch abwischen. Für 15 min trocknen lassen.<ol>
<li>In der Nähe der Basis der Form und zwei Seitenwände, und legen Sie auf zwei Abstandshalter, so ist die Basis der Form nicht in direktem Kontakt mit der Tischoberfläche. Bereiten Sie das Silikon durch Einfügen einer Silikon-Kartusche in das Handbuch Abgabe gun (siehe Tabelle der Materialien).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Hinzugeben Sie 5 mL Silikon gepresst aus der Abgabe Pistole in eine Mess Tasse und mischen mit einem Zahnstocher. Mit einem Zahnstocher, gelten Sie eine großzügige Menge von geschmolzenem Silikon auf die negativen und positiven Seite der rechten Herzvorhof und Herzkammer Ventile. Stellen Sie sicher, es gibt keine Luftblasen eingeschlossen in das Silikon (Abbildung 4).<ol>
<li>Verbinden Sie die beiden Kammern in die richtige Ventil Winkel, und schieben Sie sie auf ihren jeweiligen Zylindern der Basis Form. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die linke Seite. Schließlich legen Sie die Lungen- und Aorta gewölbte Zylinder ähnlich. Lassen Sie diese Ventile für 2 min zu festigen, dann befestigen Sie das Oberteil der Form.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Legen Sie einen statischen Mischer auf die Patrone, drücken Sie, bis das Silikon die Düse verlässt, dann lassen Sie den Druck. Position die gesamte Form auf zwei Abstandshalter (Abbildung 5), schieben Sie die Waffe in die 8-mm-Injektion Molding Socket und Squeeze mit Niederdruck im Laufe von 3 min bis alle Lüftungsschlitze Anzeichen von Silikon-Überlauf.<ol>
<li>Beenden Sie injizieren das Silikon an dieser Stelle, entfernen Sie den Mixer und legen Sie die Form auf der Tischoberfläche, so dass alle Lufteinlässe sind versiegelt, und keine mehr Silikon kann von der Unterseite der Form fließen. Lassen Sie das Silikon für 30 min zu festigen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Öffnen Sie das Oberteil der Form von neugierigen und heben einen Metall Spacer in den Spalt zwischen der oberen und unteren Teil der Form. Entfernen Sie die Seitenteile des Werkzeugs mit der gleichen Methode, eine Seite zu einem Zeitpunkt zu entfernen. Hinweis: Stellen Sie sicher nicht, die Herzwand zu durchbohren, wenn das Distanzstück einlegen.<ol>
<li>Erkennen Sie eventuelle Luftblasen an der Außenseite des Herzens nach dem Loslassen der drei Formkomponenten der äußeren (Abbildung 6). Verwenden Sie ein Skalpell, um die Blase zu durchbohren und füllen ihn mit einer kleinen Menge Silikon mit einem Zahnstocher, dann weitere 30 Minuten aushärten lassen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Verwenden Sie Druckluft (siehe Tabelle der Materialien) Herzmodell Weg von der Unterseite der Form verlassen die sechs inneren Formen im Herzmodell zu blasen. Achten Sie darauf, das Herzmodell mit einer Hand um zu verhindern, dass Luft Ruptur der Herzwand fest umschließen.<ol>
<li>Verwenden Sie eine Spritze mit Wasser zu füllen und den Druck der linken und rechten Ventrikel, die inneren Formen freizugeben. Danach verwenden Sie eine Magill-Zange (siehe Tabelle der Materialien) zu packen und ziehen Sie diese innere zwei Formteile. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die pulmonalen und aortalen Arterien und schließlich für die linken und rechten Herzvorhof Inneren Schimmel entfernen. Hinweis: Stellen Sie sicher, dass die Positionierung der Zange nicht das Ventil Segment komprimieren wenn Klammerdruck angewendet wird; Es wird das gedruckte Ventil zerstören.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die beiden Rohre führt direkt nach unten aus den Ventrikeln an der Basis des Modells Herz mit Kabelbindern binden und Zugang Air Vent Zeichenfolgen durch Zupfen sie an der Herz-Wand-Oberfläche zu entfernen.</li>
</ol>

<ol><li>Wyllie, J., Bruinenberg, J., Roehr, C. C., Rüdiger, M., Trevisanuto, D., Urlesberger, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((European+resuscitation+council+guidelines+for+resuscitation+2015%5BTitle%5D)+AND+%22Resuscitation%22%5BJournal%5D)">European resuscitation council guidelines for resuscitation 2015.</a> Resuscitation. 95, 249-263 (2015).</li>
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<li>Chua, C. K., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF01192281">Rapid prototyping assisted surgery planning.</a> Int. J. Adv. Manuf. Tech. 14 (9), 624-630 (1998).</li>
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<li>Sparks, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+silicone+materials+to+simulate+tissue+biomechanics+as+related+to+deep+tissue+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Skin+Wound+Care%22%5BJournal%5D)">Use of silicone materials to simulate tissue biomechanics as related to deep tissue injury.</a> Adv. Skin Wound Care. 28 (2), 59-68 (2015).</li>
<li>Van der Horst, A., Geven, M. C., Rutten, M. C., Pijls, N. H., Nvan de Vosse, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+anemometric+assessment+of+coronary+flow+reserve+with+a+pressure-sensing+guide+wire%3A+An+in+vitro+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Eng.+Phys%22%5BJournal%5D)">Thermal anemometric assessment of coronary flow reserve with a pressure-sensing guide wire: An in vitro evaluation.</a> Med. Eng. Phys. 33 (6), 684-691 (2011).</li>
<li>Miriyev, A., Stack, K., Lipson, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+material+for+soft+actuators%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+comm%22%5BJournal%5D)">Soft material for soft actuators.</a> Nature comm. 8 (596), (2017).</li>
</ol>

Die Autoren erklären keine potenzielle Interessenkonflikte bezüglich Forschung, Autorschaft und Veröffentlichung dieses Artikels. Diese Forschung erhielt keine spezifischen Zuschuss von jeder Leistungsträger in öffentlichen, kommerziellen oder Non-Profit-Sektor.

Für das Modell in dieser Studie entwickelten haben wir, die über einen Zeitraum von 3-min-Spritzguss erforderlich ist, um zu verhindern, dass Luft, die in der Besetzung (Abbildung 5, Abbildung 6) identifiziert. Um sicherzustellen, dass Silikon die engen Räumen der Ventile erreicht, ist "Pre-Casting" oder "Beschichtung" der Ventil-Bereiche im Werkzeug unerlässlich. Da die inneren Formen prägen die Herzkammern haben, beenden Sie das endgültige Silikon gegossen dur...

Jedes Jahr werden Millionen von Neugeborenen sind neonatale Intensivstation (Neonatologie) zugelassen. In Frühgeborenenstationen die meisten Notfälle betreffen Probleme in die Atemwege, Atmung und Kreislauf (ABC) und erfordern Eingriffe wie Herzdruckmassage. NPS bieten eine wertvolle Lehre und Training-Tool um solche Eingriffe zu üben. Für einige NPS können eingebettete Sensoren erkennen, ob Performance trifft auf die empfohlenen klinischen Richtlinien1 für Tiefe und Geschwindigkeit der Herzdruckmassage. Die Einhaltung der Richtlinien zu berechnen und zu quantifizieren Leistung verwendet werden, und in diesem Zusammenhang solche modernster NPS als eine greifbare und white-Box-Metrik zur Bewertung der Leistung angesehen werden kann.
Einhaltung der empfohlenen Richtlinien zielt Patienten Physiologie. Beispielsweise werden die Herzdruckmassage mit dem Ziel der Erzeugung von ausreichenden Blutfluss im Herz-Kreislauf-System geliefert. Aktuelle High Fidelity NPS (z. B.PremieAnne (Laerdal, Stavanger, Norwegen) und Paul (SIMCharacters, Wien, Österreich)), enthalten keine Sensoren, physiologische Parameter wie Blutfluss während des Trainings zu messen, da sie eine integrierte Herz fehlt Diese physiologische Parameter zu generieren. Wirksamkeit der Herzdruckmassage im aktuellen NPS kann daher nicht auf einer physiologischen Ebene bewertet werden. Für NPS physiologische Bewertung der Herzdruckmassage zu ermöglichen muss ein anatomisch realistischen Kunstherz in den NPS integriert werden. Darüber hinaus zeigt Forschung2 , dass eine Erhöhung der körperlichen anatomischen Treue zu einem Anstieg der funktionalen Treue NPS führen kann. Profitieren sowohl die funktionelle Treue des Trainings und ermöglichen physiologische Leistungsbeurteilung würde ein physisch High-Fidelity-Organ-System zu integrieren.
Eine deutliche Erhöhung der Treue des NPS kann durch 3D-Druck erreicht werden. In der Medizin 3D-Bildgebung und Druck meist chirurgische Vorbereitung und Erstellung von Implantaten3,4,5dienen. Beispielsweise sind im Bereich der chirurgischen Simulation Organe produziert, um Chirurgen zur Durchführung chirurgischer Verfahren6trainieren. Die Möglichkeiten des 3D-Drucks worden noch nicht ausgiebig in NPS angewendet. Die Kombination von 3D-Bildgebung und 3D-Druck eröffnet die Möglichkeit für NPS, ein höheres Maß an körperlichen Treue zu erreichen. Die Replikation von anspruchsvollen, flexibel, neonatale Organe wie das Herz wird aufgrund der immer breitere Palette von Techniken und Materialien für 3D Druck7möglich.
In diesem Beitrag zeigen wir ein Protokoll für die Erstellung eine funktionale, künstliche neonatale Herz mit einer Kombination von MRI, 3D-Druck und kalten Spritzguss. Das Herzmodell in diesem Papier enthält zwei Atrien, zwei Herzkammern, vier funktionale Armaturen und pulmonale und systemische Arterien und Venen alle hergestellt aus einem einzigen Silikon gegossen. Das Herzmodell kann mit einer Flüssigkeit gefüllt, mit Sensoren ausgestattet und als Output-Parameter Generator (d.h., Blutdruck oder Herzzeitvolumen während der Herzdruckmassage und Ventil-Funktionalität) verwendet.

<table><tbody><tr><td>Ecoflex 5</td><td>Smooth-on</td><td></td><td>Silikon Gießmaterial</td></tr><tr><td>400ml Statische Mischer</td><td>Smooth-on</td><td></td><td>Mischrohre</td></tr><tr><td>Manuelle Dosierpistole</td><td>Smooth-on</td><td></td><td>Wird für den Spritzguss</td></tr><tr><td>verwendet 5-56 PTFE Spray</td><td>CRC</td><td></td><td>Trennmittel für die Formen</td></tr><tr><td>Natriumhydroxid</td><td>N/A</td><td></td><td>Diese wurde als Natronlauge im Baumarkt gekauft, in trockener, 99% reiner Form. Da es weit verbreitet ist, gibt es keine Firma angegeben</td></tr><tr><td>VeroWhite</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Das harte Material, das für den Druck</td></tr><tr><td>verwendet wird TangoBlackPlus</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Das Gummimaterial, das für den Druck verwendet</td></tr><tr><td>wird Stützmaterial</td><td>Stratasys</td><td></td><td>Das von stratasys verwendete Standard-Stützmaterial&nbsp;</td></tr><tr><td>Magill Pinzette</td><td>GIMA</td><td></td><td>Säuglingsgröße. Dies dient zum Entfernen der Innenformen</td></tr><tr><td>Stratasys Connex 350</td><td>Stratasys</td><td></td><td>&nbsp; Wenn diese Maschine nicht im Besitz ist, besteht eine andere Möglichkeit darin, die Teile über eine externe Druckfirma wie 3D-Hubs drucken zu lassen, um die Teile drucken und versenden zu lassen.</td></tr><tr><td>Balco Powerblast (Wasserstrahl)</td><td>Stratasys</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Euro 8-24 Set P (Luftkompressor)</td><td>iSC</td><td>4007292</td><td></td></tr><tr><td>Spritze mit stumpfer Nadel</td><td>N/A</td><td></td><td>A 20ml Spritze mit einer stumpfen Nadel mit 0,5 mm Durchmesser.</td></tr><tr><td>Mimics 17.0 Software</td><td>Materialise&nbsp;</td><td></td><td>Diese Software wurde verwendet, um das Herzmodell aus dem MRT zu segmentieren. Es gibt mehrere kostenlose MRT-Bildgebungs-Software-Tools wie InVesalius oder Osirix, obwohl sie möglicherweise weniger Funktionalität bieten.</td></tr><tr><td>Magics 9.0 Software</td><td>Materialise&nbsp;</td><td></td><td>Dies wurde verwendet, um die von Mimics generierten .stl-Dateien zu reparieren und zu glätten. Diese Glättung kann auch&nbsp; in den meisten anderen 3D-Modellierungs-Freeware durchgeführt werden.</td></tr><tr><td>Solidworks</td><td></td><td></td><td>Software, die zum Bearbeiten des Herzmodells verwendet wird. Die meisten anderen Freeware-CAD-Software können verwendet werden, um diese Phase der Verarbeitung durchzuführen.</td></tr></tbody></table>

anatomisch realistischen neonatale herzmodell für den einsatz bei neugeborenen patienten simulatoren

Anatomically Realistic Neonatal Heart Model for Use in Neonatal Patient Simulators

Neugeborene Patienten Simulatoren (NPS) sind künstliche Patienten Surrogate, die im Zusammenhang mit der medizinischen Simulationstraining verwendet. Neonatologen und Pflegepersonal Praxis klinische Interventionen wie Herzdruckmassage Überlebensvorteil bei Bradykardie oder Herzstillstand sicherzustellen. Die aktuell eingesetzten Simulatoren sind der geringe körperliche Treue und können daher qualitativen Einblick in das Verfahren der Herzdruckmassage bereitstellen. Die Einbettung von einem anatomisch realistischen Herzmodell künftig Simulatoren ermöglicht die Erkennung von Herzzeitvolumen während der Herzdruckmassage generiert; Dies bieten Kliniker ein Output-Parameter, die das Verständnis der Wirkung von Kompressionen in Bezug auf die Höhe des Blutflusses generiert vertiefen können. Bevor diese Überwachung erreicht werden kann, eine anatomisch realistischen Herzmodell muss erstellt werden, enthalten: zwei Atrien, zwei Herzkammern, vier Herzklappen, Lungenvenen und Arterien, und systemische Venen und Arterien. Dieses Protokoll beschreibt das Verfahren zum Erstellen von solchen funktionalen neonatale Kunstherz Modells durch die Verwendung einer Kombination von Magnetresonanz-Bildgebung (MRI), 3D Drucken und gießen in Form von kalten Spritzguss. Mit dieser Methode mit flexible 3D gedruckte innere Formen in der Spritzguss-Prozess ist ein anatomisch realistischen Herzmodell erhältlich.

Diese Studie beschreibt eine Methode zum Erstellen einer anatomisch realistischen neonatale Herzmodell MRT-Bildgebung, 3D-Druck und kalten Spritzgießen kombinieren. Der Ductus Arteriosus sowie Foramen Ovale wurden im Herzmodell präsentiert in diesem Papier nicht berücksichtigt. In diesem Artikel beschriebene Verfahren kann auch auf andere innere Organe, wie Lunge und Brustkorb Strukturen angewendet werden. Brustkorb Strukturen erfordern keine Formen und können direkt mit flexiblen Materia...

Dieses Protokoll beschreibt ein Verfahren zum Erstellen von funktionalen neonatale Kunstherz Modellen durch die Verwendung einer Kombination von Magnet-Resonanz-Tomographie, 3D-Druck und Spritzguss. Der Zweck dieser Modelle ist für die Integration in die nächste Generation von Neugeborenen Patienten Simulatoren und als Werkzeug für physiologische und anatomische Studien.

Anatomisch realistischen neonatale Herzmodell für den Einsatz bei Neugeborenen Patienten Simulatoren

Neonatal patient simulators (NPS) are artificial patient surrogates used in the context of medical simulation training. Neonatologists and nursing staff ...

Diese Methode kann wichtige Fragen im Bereich der Neonatologie beantworten, z. B. wie viel Herzleistung während der Brustkompression erzeugt wird. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie die Erstellung eines flexiblen Herzmodells ohne den Verlust des anatomischen Realismus ermöglicht. Das Verfahren wird heute mit mir demonstriert, Jasper Sterk, ein Techniker aus unserem Labor.Um Bildsegmente eines repräsentativen Neonatalen Herzens zu erfassen, öffnen Sie zunächst ein entsprechendes Verarbeitungssoftwareprogramm. Importieren Sie ein neonatales thorakales Magnetresonanzbild oder MRT, das als Digital Imaging and Communications in Medicine-Datei formatiert ist. Wählen Sie mit dem Werkzeug Masken bearbeiten den Bereich des Herzmuskels auf jeder MRT-Scheibe aus, in der sich das Herz befindet, und erstellen Sie eine neue Skizzenebene.Segmentieren Sie die beiden Vorhöfe und die beiden Ventrikel auf die gleiche Weise und verwenden Sie das Werkzeug 3D berechnen, um Den Muskel und die Kammern in separate 3D-Darstellungen zu verwandeln. Verwenden Sie dann das Werkzeug Stereolithographie Plus, um die Segmente als fünf Stereolithographiedateien mit der optimalen Auflösung für jede Datei zu exportieren. Für die Verarbeitung und den Druck der neonatalen Herzformteile laden Sie die Vorhöfe und Ventrikelventilformdateien in ein computergestütztes Design-Softwareprogramm.Verwenden Sie die ursprüngliche MRT, um die Positionen der Aorten-, Lungen-, Mitral- und Trikuspidalklappen zu bestimmen. Ziehen Sie mit der Insert-Teilefunktion die Ventildateien für die positiven und negativen Formhälften für jedes Ventil an ihre jeweiligen Positionen in den geladenen Vorhöfen und Ventrikeln in die aktuelle Datei. Klicken Sie auf die Position auf der Oberfläche des Atriums oder Ventrikels, um die Position der Platzierung anzugeben.Wählen Sie unter der Registerkarte Features die Option Bossbasis extrudieren aus, um die Basen der positiven und negativen Ventile zu extrudieren, so dass die Ventile in ihren jeweiligen Kammern hervorragen, und die Ventilteile entsprechend zusammenzuführen. Fügen Sie die Lungen- und Aortenklappendateien zu ihren jeweiligen Ventrikelpositionen hinzu, und öffnen Sie die Registerkarte Skizze, und wählen Sie das Werkzeug Kreis aus. Öffnen Sie dann die Registerkarte Feature und verwenden Sie die Sweep Boss Base-Funktion, um zwei bogenförmige Zylinder mit fünf Millimeterdurchmessern von den Oberen der Ventile zu skizzieren, bis beide kreisförmigen Zylinderflächen die horizontale Position erreichen.Nachdem Sie die Ventilteile zu ihren jeweiligen Ventrikeln und Arterien zusammengeführt haben, wählen Sie erneut das Werkzeug Kreis und verwenden Sie die Funktion "Boss-Basis extrudieren", um vertikale Zylinder mit fünf Millimeterdurchmessern von der Basis jeder der vier Kammern zu extrudieren, bis die Zylinder 40 Millimeter lang sind und in ihre jeweiligen Kammern ragen. Öffnen Sie als Nächstes die Registerkarte Skizze, und wählen Sie das Werkzeug Skizzenkreis aus. Um dann verschiedene Tiefeneinzüge zu erstellen, öffnen Sie die Registerkarte Features und verwenden Sie die Funktion Extrudieren schneiden, um Halbkreise auf den Zylindern zu skizzieren, um den Zylindern Differentialkerben hinzuzufügen.Um die Formen von den Kammern und Arterien zu subtrahieren, klicken Sie mit der rechten Maustaste, um den festen Körper der Kammer und der Arterie auszuwählen, und wählen Sie die Funktion Kombinieren aus, damit die Einstellung Subtrahieren ausgewählt werden kann. Nach der Rettung der Kammern und Arterien, importieren Sie das Herzmuskelmodell. Starten Sie dann eine neue Skizze und halten Sie die Umschalttaste gedrückt, um alle Zylinderbasisskizzen auszuwählen.Um die Sechszylinder-Basisskizzen um zwei Millimeter zu versetzen, öffnen Sie die Registerkarte Skizze, und wählen Sie Entitäten konvertieren aus. Öffnen Sie die Registerkarte Features, und verwenden Sie die Funktion Bossbasis extrudieren, um die Bogenzylinder mit dem Herzmuskelmodell zu verschmelzen. Um einen Würfel von der Basis der sechs Zylinder nach unten zu modellieren, wählen Sie Geometrie referenzieren aus, und öffnen Sie die Registerkarte Skizze, und wählen Sie das Werkzeug Quadrat aus.Dann skizzieren Sie ein Quadrat mit einer Länge und Breite vier Millimeter breiter als der breiteste Teil des Herzmuskelmodells. Verwenden Sie die Funktion Bossbasis extrudieren, um das Quadrat mit einer Dicke von acht Millimetern nach unten zu extrudieren. Führen Sie das extrudierte Quadrat mit der Basis der sechs Zylinder zusammen, indem Sie die Funktion Teile zusammenführen verwenden.Fügen Sie vier Millimeter-Würfel zu jeder der vier Ecken der Basis auf die gleiche Weise hinzu. Mit der quadratischen Basis als Skizze extrudieren Sie die Basis, um das gesamte Herzmodell abzudecken, und subtrahieren Sie alle anderen Teile von der Abdeckung. Verwenden Sie die Funktion Referenzgeometrie, um eine Referenzebene auf die Höhe des Interesses zu generieren, und wählen Sie Einfügen, Formen und Split aus, um den oberen Teil des übrig gebliebenen Rechtecks am breitesten Teil des Herzmodells zu teilen.Teilen Sie das übrig gebliebene Rechteck an der bequemsten Formfreigabeposition wieder auf die gleiche Weise, jedoch in vertikaler Richtung. Verwenden Sie dann einen Jetting-Drucker und starre, gummiartige Photopolymer-Materialien, um die Formteile zu drucken. Es ist wichtig, gummiartiges Material für die innere Form zu verwenden, damit diese Formen später entfernt werden können, ohne das Modell zu brechen oder zu beschädigen.Zum Kaltspritzgießen und Veredeln der Formteile zuerst alle Oberflächen aller bedruckten Teile außer den Ventilen mit einem Trennmittel besprühen und die Teile mit Tissuepapier reinigen. Nach der Lufttrocknung für 15 Minuten, schließen Sie die Basis der Form und zwei Seitenteile und legen Sie die Form auf zwei Abstandshalter, so dass die Basis der Form nicht in direktem Kontakt mit der Tischoberfläche ist. Legen Sie eine Silikonpatrone in eine manuelle Dosierpistole ein und verwenden Sie die Pistole, um fünf Milliliter Silikon in einen Messbecher zu geben.Mischen Sie das Silikon mit einem Mischwerkzeug und verwenden Sie das Mischwerkzeug, um eine großzügige Menge an flüssigem Silikon auf die negativen und positiven Seiten der rechten Vorhöfe und Ventrikelventile aufzutragen. Wir beschichten das Ventil, um deren Funktionalität zu gewährleisten. Schließen Sie die beiden Kammern im rechten Ventilwinkel an und schieben Sie die Kammern auf ihre jeweiligen Zylinder in der Grundform.Dann befestigen Sie die Lungen- und Aortenbogenzylinder in ähnlicher Weise. Lassen Sie das Silikon für zwei Minuten erstarren. Befestigen Sie den oberen Teil der Form und einen statischen Mischer an der Patrone, drücken Sie die Patrone, bis das gesamte Silikon abgegeben wurde, und geben Sie dann den Druck frei.Stellen Sie die gesamte Form auf die beiden Abstandshalter ein und stecken Sie die Pistole in die Acht-Millimeter-Spritzgießbuchse. Drücken Sie mit niedrigem Druck im Laufe von drei Minuten, bis alle Lüftungsschlitze Anzeichen eines Silikonüberlaufs aufweisen. Legen Sie dann einen Metallabstandinder in den Riss zwischen den oberen und unteren Teilen der Form ein, um die Oberseite der Form zu öffnen.Entfernen Sie die Seitenteile der Form nacheinander auf die gleiche Weise, wobei Sie darauf achten, die Herzwand nicht zu durchstechen, und verwenden Sie ein Skalpell, um Blasen im Silikon zu durchbohren. Verwenden Sie einen Zahnstocher, um Blasenlöcher mit Silikon zu füllen und lassen Sie das Modell für weitere 30 Minuten aushärten. Wenn das Modell fertig ist, schließen Sie das Herzmodell mit einer Hand fest ein und verwenden Sie Druckluft, um das Modell von der Basis der Form zu blasen, sodass die sechs inneren Formen im Herzmodell bleiben.Verwenden Sie eine Spritze mit Wasser, um die linken und rechten Ventrikel zu füllen und unter Druck zu setzen, um die inneren Formen freizugeben. Verwenden Sie dann eine MagillZange, um die inneren beiden Formteile herauszuziehen, ohne das Ventilsegment zu komprimieren. Diese 3D-Modelldruckmethode kann auch auf andere innere Organe wie die Lunge oder auf Knochenstrukturen wie rippen angewendet werden.Die Verwendung sehr flexibler Innenformmaterialien für den 3D-Druck ermöglicht die Erstellung und Freisetzung komplexer organischer Strukturen, die beim Entfernen der Innenkammern bei Verwendung steiferer Druckmaterialien zerstört würden. Eine hohe Auflösung der aufwendigen 3D-gedruckten Modellteile ist für die Erzeugung kleiner organischer Bauteile, wie sie im Herzmodellsystem verwendet werden, unerlässlich. Nach der Entwicklung ebnete diese Methode den Weg für Forscher, die Neonatalen Patientenphysiologie zu erforschen.Nachdem Sie sich dieses Video angeschaut haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie ein anatomisch realistisches neonatales Herz mit vier Kammern und vier Ventilen in einem einzigen Gießzyklus erstellen können. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Natriumhydroxid extrem gefährlich sein kann. Bitte tragen Sie während dieses Vorgangs Hand- und Augenschutz.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

In diesem Video demonstrieren wir das Verfahren zur chirurgischen Entfernung der linksventrikulären Spitze eines neugeborenen Mausherzens.

Apikale Resektion eines Neugeborenen-Mausmodells: Ein chirurgisches Verfahren zur Amputation der ventrikulären Spitze zur Untersuchung des regenerativen Potenzials in einem neu geborenen Mausherz

Eine Methodik zur ventrikulären Faserorientierung in vivo-Bilder des Patienten Herzen Geometrien für personalisierte Modellierung abzuschätzen beschrieben. Validierung der Methodik unter Verwendung von normalen und andernfalls caninen Herzen zeigen, dass, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen geschätzten und erworbenen Faserorientierungen in einer klinisch beobachtbaren Ebene.

Patienten-spezifischer Modellierung des Herz: Schätzung der Ventrikuläre Faserorientierungen

Dieses Protokoll beschreibt ein hochgradig reproduzierbares Modell der kardiologischen Regeneration durch chirurgische Induktion eines Myokardinfarkts im linken Ventrikel von Mäusen nach der Geburt am Tag 1. Die Methode beinhaltet die Induktion einer hypothermischen Anästhesie und Ligatur der linken vorderen absteigenden Koronararterie.

Myokardinfarkts bei neugeborenen Mäusen, ein Modell von Cardiac Regeneration

In diesen Studien bieten wir Methodik für Roman, Neugeborenen, murine Herzgerüste für den Einsatz in der regenerativen Studien.

Neonatal Cardiac Scaffolds: Neuartige Matrices für Regenerative Studies

Hier präsentieren wir die Entwicklung eines Mock-Circulation-Setups für die multimodale Therapiebewertung, die präinterventionelle Planung und die ärztliche Ausbildung zu kardiovaskulären Anatomien. Mit der Anwendung von patientenspezifischen tomographischen Scans ist dieses Setup ideal für therapeutische Ansätze, Schulungen und Schulungen in der individualisierten Medizin.

Entwicklung und Evaluierung von 3D-gedruckten kardiovaskulären Phantomen für die interventionelle Planung und Das Training

Patientenspezifische Modelle verbessern das Vertrauen von Chirurgen und Mitmenschen bei der Entwicklung oder dem Erlernen von Operationsplänen. Dreidimensionale (3D) Drucker erzeugen ausreichende Details für die chirurgische Vorbereitung, replizieren jedoch nicht die haptische Treue des Gewebes. Es wird ein Protokoll vorgestellt, das die Erstellung von patientenspezifischen Silikon-Herzmodellen beschreibt und 3D-Druckpräzision mit simuliertem Silikongewebe kombiniert.

Erstellung patientenspezifischer Silikon-Herzmodelle mit Anwendungen in präoperativen Plänen und Hands-on-Training

Das vorliegende Protokoll beschreibt die Aortenkanülierung und die retrograde Perfusion des ex-vivo neonatalen murinen Herzens.  Eine Zwei-Personen-Strategie mit einem Seziermikroskop und einer abgestumpften kleinen Messnadel ermöglicht eine zuverlässige Kanülierung. Die Quantifizierung der longitudinalen kontraktilen Spannung erfolgt mit einem Kraftaufnehmer, der mit der Spitze des linken Ventrikels verbunden ist.

Modifizierte Technik zur Verwendung von neonatalen Murinherzen im Langendorff-Präparat

Dieses Protokoll demonstriert den Workflow der SILICOFCM-Plattform zur automatischen Generierung eines parametrischen Modells des linken Ventrikels aus patientenspezifischen Ultraschallbildern durch Anwendung eines mehrskaligen elektromechanischen Modells des Herzens. Diese Plattform ermöglicht klinische In-silico-Studien , die darauf abzielen, reale klinische Studien zu reduzieren und positive therapeutische Ergebnisse zu maximieren.

In Silico Klinische Studien für Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Dieses Protokoll beschreibt ein neonatales Schweinemodell des kardiopulmonalen Bypasses (CPB) mit Kreislauf- und Herzstillstand als Instrument zur Untersuchung schwerer Hirnschäden und anderer Komplikationen infolge von CPB.

Pädiatrisches Tiermodell der extrakorporalen kardiopulmonalen Wiederbelebung nach längerem Kreislaufstillstand

In dieser Arbeit wird ein Tiermodell der endothelial-mesenchymalen Transitions-induzierten Fibrose vorgestellt, wie sie bei angeborenen Herzfehlern wie der kritischen Aortenstenose oder dem hypoplastischen Linksherzsyndrom auftritt, das eine detaillierte histologische Gewebebewertung, die Identifizierung regulatorischer Signalwege und die Erprobung von Behandlungsoptionen ermöglicht.

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Lernen Sie die Herstellung anatomisch realistischer Neonatalherzmodelle mittels MRT, 3D-Druck und Spritzgussverfahren. Diese flexiblen Modelle ermöglichen physiologische Studien und verbessern die Ausbildung in der Neonatologie.

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