Impresión tridimensional de una anomalía aórtica compleja

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para utilizar tres dimensiones modelos impresos para la planificación preoperatoria y reorganización intraoperatoria de localizaciones vasculares complicados al manipular una anomalía congénita de la aorta.

Resumen

Anomalías aórticas congénitas complejas incluyen diversos tipos de malformaciones que pueden ser clínicamente asintomática o con síntomas respiratorios o esofágicos. Estas anomalías pueden asociarse con otras enfermedades cardíacas congénitas. Es difícil identificar la ubicación del buque anatómica precisa de datos de imágenes bidimensionales, tales como la tomografía computada. Como un método de fabricación aditiva, impresión (3D) tridimensional puede secreto los datos de imágenes adquiridos en modelos físicos 3D. Este protocolo describe el procedimiento para modelar el DICOM volumétrica en datos 3-d la proyección de imagen e impresión como un modelo 3D anatómicamente realista. Con este modelo, cirujanos pueden identificar la ubicación del buque de anomalías aórticas complejas, que es útil para la planificación preoperatoria y orientación intraoperatoria.

Introducción

Anomalías aórticas congénitas son las malformaciones congénitas extremadamente raras del sistema del arco aórtico. Puede ser diagnosticadas mediante análisis de imagen o evaluación de entidades como disfagia o subclavia robar¹. En escenarios clínicos, es importante identificar la anomalía anatómica en el espacio quirúrgico reducido que ha limitado la visualización durante la cirugía^2,3. En la actualidad, plana bidimensional (2-D) proyección de imagen convencional, como la tomografía computada (CT) y resonancia magnética (RM), se presentan a los cirujanos antes de la cirugía. Sin embargo, es difícil para los cirujanos a la anomalía basada en la proyección de imagen 2-D de la imagen. En consecuencia, podría dificultades impredecibles al intentar separar los vasos aórticos complejos durante la cirugía. Daños impredecibles a los vasos, la tráquea y el esófago podrían ocurrir y resultados desastrosos.

En la última década, modelado de imágenes 3D se ha utilizado en cirugía cardíaca para ayudar a cirujanos a comprender la anomalía anatómica compleja^4,5,6,7. Tridimensional (3D) tecnología de impresión puede ayudar a convertir los datos del modelo en un modelo físico. En comparación con la reconstrucción digital, 3-d modelos físicos impresos podrían presentar una mejor comprensión de los detalles anatómicos y una visión intuitiva de la malformación. Para la cirugía aórtica anomalía, el impreso modelo 3D intuitivo es significativo porque pobre entendimiento de lugares aórticas podría ser desastroso para los pacientes. Durante la cirugía, cualquier error podría conducir a lesiones y sangrado impredecible. Mediante los modelos impresos, los cirujanos pueden comprender las relaciones espaciales de las ramas aórticas. Durante la cirugía, los cirujanos también pueden realizar la revisión en tiempo real de los modelos 3-d para evitar la confusión de las localizaciones vasculares complejas.

Aquí, presentamos un protocolo para aplicar modelos 3D impresos para la planificación preoperatoria y orientación intraoperatoria y ocúpate de enfermedades aórticas congénitas. Divertículo de Kommerell, un tipo de anomalía aórtica congénita compleja, fue seleccionado como caso de estudio. Los pasos incluyen la diagnosis basada en la angiografía de la tomografía computada (CTA) proyección de imagen, partición de regiones de interés, construcción de modelos 3D, planeamiento quirúrgico preoperativo y revisión intraoperatoria de modelos 3D impresos⁸. Esta estrategia de impresión 3-d podría reducir sustancialmente el riesgo imprevisible de lesión del tejido durante la cirugía.

Protocolo

El presente estudio fue aprobado por el Comité de ética del Hospital Zhongshan Universidad de Fudan (B2016-142R) y todos los participantes dieron su consentimiento informado.

1. diagnóstico de la anomalía aórtica por síntomas y adquisición de datos de imágenes

1. Identificar a los pacientes que tienen síntomas tales como dolor torácico, disfagia o una diferencia de presión arterial de los miembros superiores en la clínica del paciente. Excluir a los pacientes que pueden ser intolerantes de la operación.
2. Realizar angio-TC en estos pacientes para el diagnóstico de divertículo de Kommerell⁸.

2. segmentación de regiones de interés

1. Importar todas las imágenes de angiografía de CT en el software en formato DICOM. La resolución de estas imágenes fue 512 × 512 píxeles, y el grosor de corte fue de 1 mm.
   1. Haga doble clic en el caso de paciente de caso biblioteca y ábralo.
   2. Seleccione la serie DICOM y haga clic en Modelo Recon para abrir la página de reconocimiento de modelo.
2. Con un ingeniero y un equipo de cirujanos cardíacos revisión el DICOM con formato de datos para identificar las principales características anatómicas y región de interés (ROI).
3. Utilice gris basado en el valor umbral para segmento lo ROI.
   1. Haga clic en el botón de la segmentación de umbral y ajustar el rango de umbral para la máscara de vascular. El rango es entre 226 a 3071.
   2. Haga clic en el botón confirmar para segmentación de umbral y la máscara vascular se mostrará en la lista de objetos. Haga clic en el botón de reconocimiento del derecho de la máscara y la máscara vascular 3D será reconstruido y se muestra en el visor 3D.
   3. Haga clic en el botón de la segmentación de umbral y ajustar el rango de umbral para la máscara de la tráquea. Clic en recuadro segmentación para limitar la región de interés para el mediastino y el pulmón. El rango es entre-1024 a-520.
   4. Haga clic en el botón Editar máscara y borrar la conexión entre la tráquea y el pulmón.
   5. Haga clic en el botón región de crecer y seleccionar una semilla haciendo clic en cualquier punto/píxel en la máscara en alguno de los espectadores 2-D. Verificar y confirmar que la región crece como resultado, y que la máscara de la tráquea se mostrará en la lista de objetos.
   6. Haga clic en el botón de reconocimiento a la derecha de la máscara, y la tráquea 3D será reconstruida en el visor 3D.
4. Guarde el ROI como máscaras para la reconstrucción 3D.

3. 3D reconstrucción del ROI

1. Adoptar el algoritmo de interpolación del valor de gris para calcular la superficie malla del modelo 3D. Que la superficie de un triángulo para que coincida con el extremo vóxeles de la máscara.
2. Haga clic en el botón exportar para exportar el modelo 3-d como un archivo STL.
3. Coloque el modelo en el centro de la plataforma de la construcción. Oriente el modelo alineando la tangente de la línea central del buque en su extremidad a ser paralelo al eje Z de la plataforma de la construcción. Soportes se generan automáticamente para los voladizos usando los parámetros por defecto.
4. Haga clic en el segmento | Guardar guardar como un archivo listo para la impresión 3D.

4. 3D impresión

1. Realizar stereolithographic impresión con una impresora 3D. Utilice los siguientes parámetros: a distancia de corte de 1 mm, una resolución de 512 × 512 pixels, un edificio de la capa de 0,1 mm de espesor y un diámetro de punto láser de 80 μm.
2. Utilizar la luz ultravioleta a 405 nm para endurecer la resina fotosensible mediante la exploración de los contornos en rodajas por el software. La velocidad de la luz ultravioleta del láser es 3 m/s.
   Nota: Cuando se construyó una rebanada del modelo 3-d digital, la plataforma de la construcción subió 0,1 mm para el segmento siguiente. El modelo físico fue construido capa por capa. La siguiente capa se formó encima de la capa anterior. El modelo físico 3D fue construido capa por capa en este camino.

5. preoperatorio de planificación y revisión intraoperatoria mediante modelos 3D impresos

1. Antes de la cirugía, tienen cirujanos hacer detallada y precisos planes quirúrgicos para cada paciente por el 3-d de aprendizaje impresión modelos.
2. Durante la cirugía, colocar los modelos 3D impresos en la sala de operación y una enfermera mantenerlos. Los detalles anatómicos fueron repasados por los cirujanos durante la situación vascular y la separación.
   Nota: El tratamiento quirúrgico incluye la resección del divertículo y la reconstrucción de ramas aórticas. El injerto del tubo de poliéster tejido impregnado se aplicó para reemplazar la aorta resecada^1,2,3,9. Todos los pacientes fueron enviados a la unidad de cuidados intensivos de cirugía cardíaca después de la cirugía.

Resultados

Adquisición de imágenes de angiografía de CT, modelado digital e impresión 3D se realizaron en un hospital. Dos horas estuvieron pasados para el modelo 3D de la imagen de la angiografía de CT de la impresión 3D. Utilizando aquí el procedimiento y la impresora 3D, un modelo físico 3D específico para cada paciente puede enviarse rápidamente a los médicos y la decisión quirúrgica se puede hacer en el tiempo. El flujo de trabajo de adquisición de los datos de angiografía de CT a la impresión ...

Discusión

Anomalías aórticas congénitas abarcan un espectro poco común de las enfermedades cardiovasculares, que suelen mostrar anomalías aórticas complejas. Proyección de imagen médica, tales como el CT y Sr., son necesarios para aclarar anomalías complejas del arco aórtico, la ramificación patrón, su relación con la tráquea y el esófago anormal y otras patologías asociaron. La angiografía de CT y Sr. puede proporcionar información de 2-D de ubicaciones de vaso aórtico. Reconstrucción digital 3D de imágenes 2-D, la relación anató...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Impresora 3D	Meditool Enterprise Co., Ltd		Para impresión 3D
Chaos versión 2.0	Meditool Enterprise Co., Ltd		Para segmentación y reconstrucción 3D