Name: Drei-dimensionale Druck einer komplexen Aorten Anomalie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-01T13:30:00.000+00:00
Duration: 3 min 40 s
Description: Erfahren Sie, wie 3D-Druck komplexe Aortenanomalien für die Herzchirurgie visualisiert. Diese Methode reduziert das Risiko unvorhersehbarer Gewebeverletzungen durch verbesserte präoperative Planung mit DICOM-Daten.

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Die Autoren erkennen Finanzierung von National Natural Science Foundation of China (Nr. 81771971), Shanghai Pujiang Programm (Nr. 14PJD008 und 17PJ1401500), "Chen Guang" Projekt unterstützt durch Shanghai Bildung und Shanghai Municipal Education Commission Stiftung für Entwicklung (Nr. 14 CG 06), Natural Science Foundation von Shanghai (Nr. 17411962800 und 17ZR1432900), und Wissenschaft und Technik-Kommission der Shanghai Municipality (17JC1400200). W.Z. räumt ein Mittel aus der National Natural Science Foundation of China (31501555 und 81772007 und 21734003), die China 1000 junge Talente-Programm, Education Commission von Shanghai Municipality (Young östlichen Professur Award) und Wissenschaft und Technik-Kommission der Shanghai Municipality (17JC1400200 und 16391903900).

Die vorliegende Studie wurde von der Ethikkommission der Zhongshan Krankenhaus Fudan-Universität (B2016-142R) genehmigt und alle Teilnehmer gaben ihre Einwilligung.
1. Diagnose der Aorta Anomalie durch Symptome und Übernahme von Bilddaten
<ol><li>Patienten mit Symptomen wie Schmerzen in der Brust, Dysphagie oder einen Blutdruck-Unterschied der oberen Gliedmaßen in ambulanten Klinik zu identifizieren. Schließen Sie Patienten aus, die möglicherweise intolerant gegenüber den Betrieb.</li>
	<li>Durchführen Sie CT-Angiographie bei diesen Patienten zur diagnose von Kommerells Divertikel8.</li>
</ol>2. Aufteilung der Regionen von Interesse
<ol><li>Importieren Sie die CT-Angiographie-Bilder in die Software im DICOM-Format. Die Auflösung dieser Bilder war 512 × 512 Pixel und die Scheibendicke 1 mm.<ol>
<li>Patientenfall aus Fall Bibliothek Doppelklick und öffnen Sie es.</li>
		<li>Wählen Sie die DICOM-Serie, und klicken Sie auf Modell Recon Recon Modellseite öffnen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Haben einen Ingenieur und ein Team von Herzchirurgen Überprüfung der DICOM formatiert raw-Daten um anatomische Hauptmerkmale und Region of Interest (ROI) zu identifizieren.</li>
	<li>Verwenden Sie graue wertorientierten Schnittstellenüberwachung, um den ROI zu segmentieren.<ol>
<li>Klicken Sie auf die Schwelle Segmentierung und passen Sie den Grenzbereich für die vaskuläre Maske. Der Standardbereich ist zwischen 226, 3071.</li>
		<li>Klicken Sie auf bestätigen , für die Schwelle Segmentierung und die vaskuläre Maske wird in der Objektliste angezeigt. Klicken Sie auf Schaltfläche " Recon " von der rechten Seite der Maske und die 3-d-vaskuläre Maske wird rekonstruiert und in 3-d-Viewer angezeigt.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schwelle Segmentierung und passen Sie den Grenzbereich für die Luftröhre Maske. Klicken Sie Festzelt Segmentierung die Region von Interesse für das Mediastinum und der Lunge zu begrenzen. Der Standardbereich ist zwischen-1024 zu-520.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Taste " Maske Bearbeiten ", und löschen Sie die Verbindung zwischen der Luftröhre und der Lunge.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Region wachsen und wählen Sie einen Samen, indem jedem Punkt/Pixel an der Maske in einer 2-D-Viewer. Überprüfen Sie und bestätigen Sie, dass die Region als Ergebnis wächst und die Luftröhre Maske in der Objektliste angezeigt werden.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche " Recon " auf der rechten Seite der Maske und die 3-d-Luftröhre wird im 3-d-Viewer rekonstruiert werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Speichern Sie den ROI als Masken für 3-d-Rekonstruktion.</li>
</ol>(3) 3-d-Rekonstruktion des ROI
<ol><li>Verabschieden Sie den Grauwert-Interpolation-Algorithmus, um das Flächennetz des 3D-Modells berechnen. Machen Sie die Oberfläche eines Dreiecks die äußerste Voxel der Maske übereinstimmen.</li>
	<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche exportieren , um die 3-d-Modell als STL-Datei zu exportieren.</li>
	<li>Stellen Sie das Modell in der Mitte des Gebäudes-Plattform. Richten Sie das Modell durch eine Angleichung der Tangens der Mittellinie an ihrem Ende parallel zur Z-Achse von der Bauplattform sein Schiff. Unterstützt wurden, die Überhänge mit den Standardparametern automatisch generiert.</li>
	<li>Klicken Sie auf die Scheibe | Speichern , speichern Sie als eine Datei bereit für den 3D-Druck.</li>
</ol>(4) 3-d-Druck
<ol><li>Führen Sie KÖRAFORM Drucken mit einem 3-d-Drucker. Verwenden Sie die folgenden Parameter: ein Stück Abstand von 1 mm, einer Auflösung von 512 × 512 Pixel, ein Gebäude Schicht Dicke von 0,1 mm und eine Laser-spot-Durchmesser von 80 μm.</li>
	<li>Verwenden Sie UV-Licht bei 405 nm auf das lichtempfindliche Harz Härten durch Scannen der Konturen geschnitten von der Software. Die UV-Licht-Laser-Geschwindigkeit ist 3 m/s. Hinweis: Wenn eine Scheibe des digitalen 3-d-Modells gebaut wurde, ging die Bauplattform bis 0,1 mm für den nächsten Schnitt. Das physikalische Modell war Schicht für Schicht aufgebaut. Die nächste Schicht wurde am Anfang der vorherigen Schicht gebildet. Das 3-d-Modell wurde Schicht für Schicht auf diese Weise gebaut.</li>
</ol>5. präoperative Planung und Intraoperative Überprüfung mit gedruckten 3D-Modelle
<ol><li>Vor der Operation haben Chirurgen detaillierte und genaue operative Pläne für jeden Patienten durch das Erlernen der 3-d Modelle gedruckt.</li>
	<li>Während der Operation die gedruckte 3D-Modelle im OP-Saal und eine Krankenschwester, die sie zu halten. Die anatomischen Details wurden von den Chirurgen während der vaskulären Lage und Trennung überprüft. Hinweis: Die chirurgische Behandlung inklusive der Divertikel Resektion und Rekonstruktion der Aortenklappe Zweigen. Die imprägnierten gewebte Polyester Rohr-Prothese wurde angewandt, um die resezierten Aorta1,2,3,9ersetzen. Alle Patienten wurden nach der Operation nach herzchirurgischen Intensivstation geschickt.</li>
</ol>

<ol><li>Tanaka, A., Milner, R., Ota, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kommerell%27s+diverticulum+in+the+current+era%3A+a+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22General+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Kommerell's diverticulum in the current era: a comprehensive review.</a> General Thoracic and Cardiovascular Surgery. 63 (5), 245-259 (2015).</li>
<li>Rosu, C., Dorval, J. F., Abraham, C. Z., Cartier, R., Demers, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-stage+hybrid+repair+of+right+aortic+arch+with+Kommerell%27s+Diverticulum%5BTitle%5D)+AND+%22The+Annals+of+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Single-stage hybrid repair of right aortic arch with Kommerell's Diverticulum.</a> The Annals of Thoracic Surgery. 103 (4), e381-e384 (2017).</li>
<li>Idrees, J., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022522313002614">Hybrid repair of Kommerell diverticulum.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (3), 973-976 (2014).</li>
<li>Kankala, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/aa8113/meta">Fabrication of arbitrary 3-D components in cardiac surgery: from macro-, micro- to nanoscale.</a> Biofabrication. 9 (3), 032002(2017).</li>
<li>Vukicevic, M., Mosadegh, B., Min, J. K., Little, S. H. <a target="_blank" href="http://imaging.onlinejacc.org/content/10/2/171?download=true">Cardiac 3-D printing and its future directions.</a> JACC Cardiovascular Imaging. 10 (2), 171-184 (2017).</li>
<li>Yoo, S. J., Spray, T., Austin, E. H., Yun, T. J., van Arsdell, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hands-on+surgical+training+of+congenital+heart+surgery+using+3-dimensional+print+models%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Hands-on surgical training of congenital heart surgery using 3-dimensional print models.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (6), 1530-1540 (2017).</li>
<li>Hermsen, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scan%2C+print%2C+practice%2C+perform%3A+Development+and+use+of+a+patient-specific+3-dimensionalprinted+model+in+adult+cardiac+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Scan, print, practice, perform: Development and use of a patient-specific 3-dimensionalprinted model in adult cardiac surgery.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (1), 132-140 (2017).</li>
<li>Sun, X., Zhang, H., Zhu, K., Wang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patient-specific+three-dimensional+printing+for+Kommerell%27s+diverticulum%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Patient-specific three-dimensional printing for Kommerell's diverticulum.</a> International Journal of Cardiology. 255, 184-187 (2018).</li>
<li>Ota, T., Okada, K., Takanashi, S., Yamamoto, S., Okita, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+treatment+for+Kommerell%27s+diverticulum%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Surgical treatment for Kommerell's diverticulum.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 131 (3), 574-578 (2006).</li>
<li>Agematsu, K., Ueda, T., Hoshino, S., Nishiya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rupture+of+Kommerell+diverticulum+after+total+arch+replacement%5BTitle%5D)+AND+%22Interactive+Cardiovascular+and+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Rupture of Kommerell diverticulum after total arch replacement.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 11 (6), 800-802 (2010).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Angeborene Aortenstenose Anomalien umfassen ein seltenes Spektrum an Herz-Kreislauf-Krankheiten, die oft komplexen Aorten Anomalien zeigen. Medizinische Bildgebung, wie CT und MRT, sind erforderlich, um komplexe Aortenbogen Anomalien zu erhellen, die abnorme Verzweigung Muster, ihre Beziehung mit der Luftröhre und der Speiseröhre und anderen verbundenen Pathologien. CT- und MR-Angiographie kann 2D Aorten Schiff Standorte informieren. Mit 3-d-digitale Rekonstruktion der 2-D-Bildgebung kann die anatomische Beziehung der ao...

Angeborene Aortenstenose Anomalien sind extrem seltene angeborene Fehlbildungen des Systems der Aortenbogen. Sie können diagnostiziert werden, entweder durch bildgebende Analyse oder durch Auswertung von Entitäten wie Dysphagie oder subclavia stehlen1. In klinischen Szenarien ist es wichtig, die anatomische Anomalie in der chirurgischen beengten zu identifizieren, die Visualisierung während der Operation2,3begrenzt ist. Derzeit werden konventionelle planaren zweidimensionalen (2D) Bildgebung, wie Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT), in der Regel Chirurgen vor der Operation vorgestellt. Es ist jedoch schwierig für Chirurgen, die Anomalie, basierend auf der 2-D-Bildgebung Bild. Infolgedessen könnte sie unvorhersehbare Schwierigkeiten bei dem Versuch, die komplexen aortalen Gefäße während der Operation zu trennen. Unvorhersehbare Schädigung des Schiffes, die Luftröhre und die Speiseröhre könnte auftreten und katastrophale Folgen führen.
In den letzten zehn Jahren wurde bildgebenden 3-d-Modellierung in der Herzchirurgie zur Chirurgen die komplexe anatomische Anomalie4,5,6,7verstehen helfen. Dreidimensionale (3D) Drucktechnik kann helfen, die Modellierungsdaten in ein physikalisches Modell umzuwandeln. Im Vergleich mit der digitalen Rekonstruktion, könnte gedruckte physischen 3D-Modellen vorstellen, ein besseres Verständnis für die anatomischen Details und bieten eine intuitive Sicht der Fehlbildung. Für Aorten-Anomalie Chirurgie ist die gedruckte intuitive 3D-Modell wichtig, weil schlechtes Verständnis der Aorta Standorte katastrophal für die Patienten sein könnte. Während der Operation kann jeder Fehler zu unvorhersehbaren Blutungen und Verletzungen führen. Mithilfe der gedruckten Modelle, können Chirurgen die räumlichen Beziehungen der aortalen Äste verstehen. Während der Operation können die Chirurgen auch Echtzeit-Überprüfung der 3-d-Modelle um Verwechslungen der komplexen vaskulären Standorte durchführen.
Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll um gedruckte 3D-Modelle für die präoperative Planung und intra-operative Führung beim Umgang mit angeborene Aortenerkrankungen anzuwenden. Kommerell Divertikel, eine Art von komplexen angeborenen Aortenstenose Anomalie, wurde als eine Fallstudie ausgewählt. Die Schritte umfassen Diagnose anhand der CT-Angiographie (CTA) imaging, Partitionierung Regionen von Interesse, 3D-Modelle, präoperative chirurgische Planung und intraoperative Überprüfung der gedruckte 3D-Modelle8zu bauen. Diese 3-d-Druck Strategie könnte die Verletzungsgefahr der unvorhersehbaren Gewebe während der Operation erheblich.

<table><tbody><tr><td>3D-Drucker</td><td>Meditool Enterprise Co., Ltd</td><td></td><td>Für 3D-Druck</td></tr><tr><td>Chaos Version 2.0</td><td>Meditool Enterprise Co., Ltd</td><td></td><td>Für 3D-Segmentierung und -Rekonstruktion</td></tr></tbody></table>

drei-dimensionale druck einer komplexen aorten anomalie

Three-Dimensional Printing of a Complex Aortic Anomaly

Komplexe angeborene Aortenstenose Anomalien gehören verschiedene Arten von Fehlbildungen, die klinisch asymptomatisch oder Gegenwart mit Atem- oder Speiseröhrenkrebs Symptome sein können. Diese Anomalien können mit anderen angeborenen Herzerkrankungen in Verbindung gebracht werden. Es ist schwer, die genaue anatomische Gefäß Position von zweidimensionalen Bilddaten wie Computertomographie zu identifizieren. Als additive Fertigungsmethode dreidimensionale (3D) drucken können die gewonnenen Bilddaten in physischen 3D-Modellen. Dieses Protokoll beschreibt das Verfahren zur Modellierung der volumetrischen DICOM imaging in 3-d-Daten und drucken es als eine anatomisch realistischen 3D-Modell. Mit diesem Modell können Chirurgen identifizieren Schiff des komplexen Aorten Anomalien ist hilfreich für die präoperative Planung und intra-operative Führung.

Erwerb der CT-Angiographie-Bilder, digitale Modellierung und 3D-Druck erfolgten alle in einem Krankenhaus. Zwei Stunden wurden ausgegeben, um das 3-d-Modell aus der CT-Angiographie-Bild für den 3D-Druck bereit. Mit den Verfahren und den 3-d-Drucker hier, ein Patienten-spezifischen physischen 3D-Modell kann Ärzte schnell gesendet werden und die chirurgische Entscheidung rechtzeitig erzielt werden. Der Workflow vom Erwerb der CT-Angiographie-Daten zum 3-d-Druck wurde in <strong class="xfig"...

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um dreidimensionale gedruckten Modelle für präoperative Planung und intraoperative Reorganisation des komplizierten Kreislauf Standorten verwenden, beim Umgang mit einer angeborenen Aortenstenose Anomalie.

Drei-dimensionale Druck einer komplexen Aorten Anomalie

Complex congenital aortic anomalies include diverse types of malformations that may be clinically asymptomatic or present with respiratory or esophageal ...

Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im komplexen Aorta-Anomaliefeld zum Kamera-DICOM zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass 3D-gedrucktes Modell das Risiko von unvorhersehbaren Gewebeverletzungen während der komplexen Aortenchirurgie reduzieren kann. Für die Segmentierung einer Region von Interesse importieren Sie alle Computertomographie- und Geographiebilder in die Software in einem DICOM-Format und doppelklicken Sie, um den Patientenfall in der Fallbibliothek zu öffnen.Wählen Sie die DICOM-Serie aus, und klicken Sie auf Modellrecon, um die Modellrekonstruktionsseite zu öffnen. Lassen Sie einen Ingenieur und ein Team von Herzchirurgen die DICOM formatierten Rohdaten überprüfen, um wichtige anatomische Merkmale und Interessensgebiete zu identifizieren. Um den Bereich zu segmentieren, klicken Sie auf Schwellenwertsegmentierung, und passen Sie den Schwellenwertbereich für die Gefäßmaske an.Klicken Sie auf Bestätigen, um die Gefäßmaske in der Objektliste zu generieren, und klicken Sie auf Recon, um die 3D-Gefäßmaske im 3D-Viewer zu rekonstruieren. Klicken Sie erneut auf die Schwellensegmentierung, und passen Sie den Schwellenwertbereich für die Luftröhrenmas

three-dimensional-printing-of-a-complex-aortic-anomaly

Research

Forschung

JoVE Journal

Medicine

Medizin

Hier beschreiben wir eine Methode zur Herstellung von aneurysmal, Aorten-Gewebe imitiert Phantome für den Einsatz im Test Ultraschall-Elastographie. Die kombinierte Verwendung von Computer aided Design (CAD) und 3-dimensionale (3D) Druck Techniken produzieren Aorten Phantome mit vorhersagbaren, komplexe Geometrien, die Elastographic imaging-Algorithmen mit kontrollierten Experimenten zu validieren.

Herstellung von Bauchschlagader Hydrogel Gewebe-Nachahmung Phantome für Ultraschall-Elastographie-Validierung

Das Protokoll beschreibt die Herstellung von vollständig farbigen dreidimensionalen Drucken patientenspezifischer, anatomischer Schädelmodelle, die für die chirurgische Simulation verwendet werden. Die entscheidenden Schritte der Kombination verschiedener bildgebender Modalitäten, der Bildsegmentierung, der dreidimensionalen Modellextraktion und der Produktion der Drucke werden erläutert.

Mehrfarbiger 3D-Druck komplexer intrakranieller Tumoren in der Neurochirurgie

Spin-Beschichtung, Polyjet-Druck und Sicherungsabscheidungsmodellierung sind integriert, um mehrschichtige heterogene Phantome zu produzieren, die strukturelle und funktionelle Eigenschaften von biologischem Gewebe simulieren.

Multimodaler 3D-Druck von Phantomen zur Simulation von biologischem Gewebe

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

Diese Methode demonstriert einen voxelbasierten 3D-Druck-Workflow, der direkt aus medizinischen Bildern mit exakter räumlicher Wiedergabetreue und räumlicher /kontrastreicher Auflösung druckt. Dies ermöglicht die präzise, abgestufte Kontrolle von Materialverteilungen durch morphologisch komplexe, abgestufte Materialien, die mit der Radiodichte korreliert sind, ohne Verlust oder Veränderung von Daten.

Voxel Printing Anatomy: Design und Herstellung realistischer, vorchirurgischer Planungsmodelle durch Bitmap-Druck

Die vorgestellte Methode bietet eine innovative Möglichkeit, biomimetische Faserstrukturen in dreidimensionalen (3D) Gerüsten (z.B. Herzklappenbeilagen) zu konstruieren. Zur Bestimmung von Form und Abmessungen wurden 3D-gedruckte, leitfähige Geometrien verwendet. Faserausrichtung und -eigenschaften wurden für jede Schicht individuell einstellbar. Mehrere Muster können in einem Setup hergestellt werden.

Kombination von 3D-Druck und Elektrospinnen zur Herstellung biomimetischer Herzklappenbroschüren

Dieses Protokoll stellt eine umfassende Pipeline zur Analyse von Proben aus menschlichen Herzen dar, die sich über die mikroskopische und makroskopische Skala erstrecken.

Pipeline für dreidimensionale multidimensionale anatomische Untersuchung des menschlichen Herzens

In dieser Arbeit stellen wir optimierte Gewebe-Clearing-Protokolle vor, um die murine Aorta in drei Dimensionen (3D) abzubilden. Wir beschreiben modernste Verfahren zur Immunfärbung, optischen Klärung und Bildgebung mit dem Ziel, die anatomische Nähe des peripheren Nervensystems zu atherosklerotischen Plaques und die Adventitia bei Atherosklerose zu definieren.

Dreidimensionale Bildgebung von Aortengewebe bei Atherosklerose

Hier beschreiben wir ein Protokoll zur Konstruktion eines Herzmodells von Grund auf auf Basis von Computertomographie und stellen es Medizinstudenten mittels dreidimensionalem (3D) Druck und Mixed-Reality-Technologie zum Erlernen der Anatomie vor.

Mixed-Reality-Technologie und dreidimensionales Drucken in der Lehre: Herzanatomie am Beispiel

Erfahren Sie, wie 3D-Druck komplexe Aortenanomalien für die Herzchirurgie visualisiert. Diese Methode reduziert das Risiko unvorhersehbarer Gewebeverletzungen durch verbesserte präoperative Planung mit DICOM-Daten.

Drei-dimensionale Druck einer komplexen Aorten Anomalie

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