Name: Impresión tridimensional de una anomalía aórtica compleja (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-01T13:30:00.000+00:00
Duration: 3 min 40 s
Description: Aprenda a utilizar modelos impresos en 3D para planificación preoperatoria de anomalías aórticas complejas mediante segmentación de imágenes DICOM. Esta técnica reduce el riesgo de lesiones tisulares imprevistas y mejora los resultados quirúrgicos en cirugía cardíaca.

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Los autores reconocen financiación nacional Ciencias naturales Fundación de China (Nº 81771971), programa de Pujiang Shanghai (Nº 14PJD008 y 17PJ1401500), "Chen Guang" proyecto apoyado por Comisión de Educación Municipal de Shanghai y Shanghai educación Fundación para el desarrollo (no. 14 CG 06), Fundación de Ciencias naturales de Shanghai (núms. 17411962800 y 17ZR1432900) y de ciencia y tecnología Comisión del municipio de Shanghai (17JC1400200). W.Z. reconoce la financiación de la Ciencia Natural la Fundación de China nacional (31501555 y 81772007 y 21734003), programa de talentos de China 1000 jóvenes, Comisión de educación del municipio de Shanghai (Premio Cátedra de este joven) y ciencia y Comisión de tecnología del municipio de Shanghai (17JC1400200 y 16391903900).

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
<ol><li>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.</li>
	<li>Realizar angio-TC en estos pacientes para el diagnóstico de divertículo de Kommerell8.</li>
</ol>2. segmentación de regiones de interés
<ol><li>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.<ol>
<li>Haga doble clic en el caso de paciente de caso biblioteca y ábralo.</li>
		<li>Seleccione la serie DICOM y haga clic en Modelo Recon para abrir la página de reconocimiento de modelo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>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).</li>
	<li>Utilice gris basado en el valor umbral para segmento lo ROI.<ol>
<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Haga clic en el botón Editar máscara y borrar la conexión entre la tráquea y el pulmón.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Haga clic en el botón de reconocimiento a la derecha de la máscara, y la tráquea 3D será reconstruida en el visor 3D.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Guarde el ROI como máscaras para la reconstrucción 3D.</li>
</ol>3. 3D reconstrucción del ROI
<ol><li>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.</li>
	<li>Haga clic en el botón exportar para exportar el modelo 3-d como un archivo STL.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Haga clic en el segmento | Guardar guardar como un archivo listo para la impresión 3D.</li>
</ol>4. 3D impresión
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>5. preoperatorio de planificación y revisión intraoperatoria mediante modelos 3D impresos
<ol><li>Antes de la cirugía, tienen cirujanos hacer detallada y precisos planes quirúrgicos para cada paciente por el 3-d de aprendizaje impresión modelos.</li>
	<li>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 resecada1,2,3,9. Todos los pacientes fueron enviados a la unidad de cuidados intensivos de cirugía cardíaca después de la cirugía.</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>

Los autores no tienen nada que revelar.

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...

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 cirugía2,3. 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 compleja4,5,6,7. 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.

<table><tbody><tr><td>Impresora 3D</td><td>Meditool Enterprise Co., Ltd</td><td></td><td>Para impresión 3D</td></tr><tr><td>Chaos versión 2.0</td><td>Meditool Enterprise Co., Ltd</td><td></td><td>Para segmentación y reconstrucción 3D</td></tr></tbody></table>

impresión tridimensional de una anomalía aórtica compleja

Three-Dimensional Printing of a Complex Aortic Anomaly

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.

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 ...

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.

Impresión tridimensional de una anomalía aórtica compleja

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

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el complejo campo de anomalía de aorta sobre la cámara DICOM. La principal ventaja de esta técnica es que el modelo impreso en 3D puede reducir el riesgo de lesiones tisulares impredecibles durante la compleja cirugía aórtica. Para la segmentación de una región de interés, importe todas las imágenes de tomografía computarizada y geografía al software en un formato DICOM y haga doble clic para abrir el caso del paciente dentro de la biblioteca de casos.Seleccione la serie DICOM y haga clic en el reconocimiento del modelo para abrir la página de reconstrucción del modelo. Pida a un ingeniero y a un equipo de cirujanos cardíacos que revisen los datos sin procesar con formato DICOM para identificar las características anatómicas clave y las regiones de interés. Para segmentar la región, haga clic en segmentación de umbral y ajuste el intervalo de umbral para la máscara vascular.Haga clic en Confirmar para generar la máscara vascular dentro de la lista de objetos y haga clic en recon para reconstruir la máscara vascular 3D dentro del visor 3D. Haga clic en segmentación de umbral de nuevo y ajuste el rango de umbral para la máscara de tráquea. Haga clic en segmentación de marquesina para limitar la región de interés al mediastino y al pulmón y haga clic en editar máscara para borrar la conexión entre la tráquea y el pulmón.Haga clic en región crecer y haga clic en cualquier punto de la máscara en cualquiera de los visores 2D para seleccionar una inicialización. Confirme que la región crece como resultado y que la máscara de tráquea se mostrará en la lista de objetos. A continuación, haga clic en recon para reconstruir la tráquea 3D en el visor 3D y guardar la región de interés como una máscara.Para la reconstrucción 3D de la región de interés, haga clic en exportar para exportar el modelo 3D como un archivo de idioma de triángulo estándar y coloque el modelo en el centro de la plataforma de construcción. Alinee la tangente de la línea central del recipiente en su extremidad para que sea paralela al eje Z de la plataforma. Los soportes se generarán automáticamente en los voladizos.Haga clic en segmentar y guarde y establezca los parámetros de impresión 3D adecuados en una impresora estereolitográfica. Después de imprimir, escanee los contornos cortados por el software con luz ultravioleta de 405 nanómetros para endurecer la resina fotosensible a una velocidad de escaneo de tres metros por segundo. Luego, antes de la cirugía, pida a los cirujanos que utilicen el modelo impreso en 3D para hacer planes quirúrgicos detallados y precisos para el paciente a partir del cual se generó el modelo 3D.Utilizando imágenes del plano coronal, el plano transversal y el plano sagital, la tomografía computarizada y la imagen de geografía se pueden reconstruir en un modelo 3D como se demuestra. En estas imágenes, se puede observar la relación anatómica entre la aorta y la tráquea a lo largo del eje Y. Después de su desarrollo, esta tecnología allanó el camino para que los investigadores en el campo de la impresión 3D exploraran la anomalía vascular en la cirugía aórtica.

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

Research

Investigación

JoVE Journal

Medicine

Medicina

Aquí se describe un método para fabricar fantasmas imitando tejido aneurismáticos, aórticos para el uso en pruebas de ultrasonido de elastografía. El uso combinado de diseño asistido por ordenador (CAD) y 3 dimensiones (3D) impresión técnicas producen aórtica fantasmas con predecibles, complejas geometrías para validar la elastographic imagen algoritmos con experimentos controlados.

Fabricación de Aorta Abdominal hidrogel de tejido imitando fantasmas para la validación de la elastografía de ultrasonido

El protocolo describe la fabricación de impresiones tridimensionales completamente coloreadas de modelos de cráneo anatómico específicos del paciente que se utilizarán para la simulación quirúrgica. Se explican los pasos cruciales para combinar diferentes modalidades de imagen, segmentación de imágenes, extracción de modelos tridimensionales y producción de impresiones.

Impresión 3D multicolor de tumores intracraneales complejos en neurocirugía

El recubrimiento de espín, la impresión de polirreactores y el modelado de deposición fundida están integrados para producir fantasmas heterogéneos multicapa que simulan las propiedades estructurales y funcionales del tejido biológico.

Impresión 3D multimodal de fantasmas para simular tejido biológico

Aquí presentamos el desarrollo de una configuración de circulación simulada para la evaluación de la terapia multimodal, la planificación preintertencial y la capacitación médica en anatomías cardiovasculares. Con la aplicación de exploraciones tomográficas específicas del paciente, esta configuración es ideal para enfoques terapéuticos, capacitación y educación en medicina individualizada.

Desarrollo y evaluación de fantasmas cardiovasculares impresos en 3D para la planificación y el entrenamiento intervencionista

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.

Creación de modelos cardíacos de silicona específicos del paciente con aplicaciones en planes prequirúrgicos y capacitación práctica

Este método demuestra un flujo de trabajo de impresión 3D basado en vóxel, que imprime directamente a partir de imágenes médicas con fidelidad espacial exacta y resolución espacial / de contraste. Esto permite el control preciso y graduado de las distribuciones de materiales a través de materiales morfológicamente complejos y graduados correlacionados con la radiodensidad sin pérdida o alteración de datos.

Voxel Printing Anatomy: Diseño y fabricación de modelos de planificación realistas y prequirúrgicos a través de la impresión de mapas de bits

El método presentado ofrece una forma innovadora de diseñar estructuras de fibras biomiméticas en andamios tridimensionales (3D) (por ejemplo, valvas de válvulas cardíacas). Se utilizaron geometrías conductoras impresas en 3D para determinar la forma y las dimensiones. La orientación y las características de la fibra fueron ajustables individualmente para cada capa. Se pueden fabricar varias muestras en una sola configuración.

Combinación de impresión 3D y electrohilado para fabricar folletos biomiméticos de válvulas cardíacas

Este protocolo presenta una línea completa para analizar muestras obtenidas de corazones humanos que abarcan las escalas microscópica y macroscópica.

Pipeline para el estudio anatómico tridimensional multiescala del corazón humano

Aquí, presentamos protocolos optimizados de limpieza de tejidos para obtener imágenes de la aorta murina en tres dimensiones (3D). Delineamos procedimientos de última generación para la inmunotinción, el aclaramiento óptico y la obtención de imágenes con la intención de definir la proximidad anatómica del sistema nervioso periférico con las placas ateroscleróticas y la adventicia en la aterosclerosis.

Imágenes tridimensionales de los tejidos aórticos en la aterosclerosis

Aquí, describimos un protocolo para construir un modelo de corazón desde cero basado en tomografía computarizada y lo presentamos a estudiantes de medicina utilizando impresión tridimensional (3D) y tecnología de realidad mixta para aprender anatomía.

Tecnología de realidad mixta e impresión tridimensional en la enseñanza: la anatomía del corazón como ejemplo

Aprenda a utilizar modelos impresos en 3D para planificación preoperatoria de anomalías aórticas complejas mediante segmentación de imágenes DICOM. Esta técnica reduce el riesgo de lesiones tisulares imprevistas y mejora los resultados quirúrgicos en cirugía cardíaca.

Impresión tridimensional de una anomalía aórtica compleja

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