Impresión tridimensional de una anomalía aórtica compleja
1 de noviembre de 2018
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.
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.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para utilizar modelos impresos en tres dimensiones en la planificación preoperatoria y la organización intraoperatoria de localizaciones vasculares complejas, específicamente en anomalías congénitas de la aorta.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Cirugía cardíaca
- Tecnología de impresión 3D
- Anomalías vasculares
Antecedentes
- Las anomalías aórticas congénitas presentan desafíos quirúrgicos significativos.
- Comprender la anatomía es crucial para lograr resultados quirúrgicos exitosos.
- La impresión 3D puede mejorar la visualización de estructuras complejas.
- Los métodos actuales pueden provocar lesiones tisulares impredecibles durante la cirugía.
Objetivo del estudio
- Mejorar la planificación preoperatoria para cirugías aórticas complejas.
- Reducir los riesgos asociados con las intervenciones quirúrgicas.
- Facilitar una mejor comprensión de la anatomía vascular mediante modelos tridimensionales.
Métodos Utilizados
- Importación de imágenes en formato DICOM a software especializado.
- Colaboración entre ingenieros y cirujanos cardíacos para la revisión de datos.
- Segmentación de regiones de interés mediante ajustes de umbral.
- Reconstrucción del modelo para una planificación quirúrgica mejorada.
Resultados principales
- Los modelos impresos en 3D proporcionan una representación tangible de estructuras vasculares complejas.
- Mejora en la identificación de características anatómicas clave durante la cirugía.
- Reducción del riesgo de lesión tisular mediante una mejor planificación preoperatoria.
- Comunicación mejorada entre los equipos quirúrgicos respecto a la anatomía específica del paciente.
Conclusiones
- La impresión 3D es una herramienta valiosa en el manejo de anomalías aórticas congénitas.
- Este método puede mejorar significativamente los resultados quirúrgicos.
- Las aplicaciones futuras podrían extenderse a otras cirugías vasculares complejas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Las anomalías congénitas complejas de la aorta presentan desafíos significativos en la planificación preoperatoria debido a las limitaciones de la imagen bidimensional para la localización anatómica precisa. La impresión tridimensional (3-D) transforma los datos de imágenes DICOM volumétricas en modelos físicos anatómicamente realistas, lo que permite a los cirujanos identificar la ubicación de los vasos y reducir el riesgo de lesiones tisulares impredecibles durante cirugías aórticas complejas. Este enfoque fortalece la confianza predictiva en la toma de decisiones quirúrgicas y mejora la continuidad traslacional desde el descubrimiento hasta la aplicación clínica.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la verificación de hipótesis terapéuticas al proporcionar modelos concretos para la aclaración anatómica en la investigación de anomalías vasculares.
- Valor operativo: Apoya la reducción de riesgos biológicos mediante una mejor identificación de características anatómicas clave, reduciendo la ambigüedad en la validación de objetivos.
- Valor predictivo: Mejora la selección de carteras al permitir a los equipos evaluar la viabilidad quirúrgica y el riesgo antes de la intervención.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Valor científico: Prepara análogos biológicos validados para flujos de trabajo posteriores mediante la conversión de datos de imágenes en modelos tridimensionales estandarizados.
- Valor operativo: Aborda la estandarización y reproducibilidad de ensayos mediante la generación consistente de modelos a partir de entradas DICOM.
- Escalabilidad: Destaca el potencial de reutilización de la plataforma en estudios de anomalías vasculares, permitiendo la evaluación confiable de compuestos o dispositivos en entornos preclínicos.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Analiza la relevancia de la enfermedad mediante la modelización de las relaciones espaciales entre la aorta y la tráquea a lo largo del eje Y, lo que favorece la comprensión mecanicista.
- Valor operativo: Describe la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica al permitir el diseño iterativo y la prueba de enfoques quirúrgicos.
- Avance ajustado al riesgo: Aborda las decisiones ajustadas al riesgo mediante la provisión de modelos preoperatorios que informan los criterios de proceder/no proceder en el desarrollo de intervenciones vasculares.
Integración de la Línea de Procesamiento y del Flujo de Trabajo
El método se integra en el continuo de descubrimiento desde el Descubrimiento Inicial hasta el trabajo Preclínico, apoyando la prueba de hipótesis, la aclaración de vías y la reducción de riesgos biológicos en la investigación de anomalías vasculares.
- Biología del Descubrimiento: Explica cómo el método apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías al permitir la visualización de complejas relaciones anatómicas aórtico-traqueales.
- Selección: Describe la preparación del ensayo mediante la generación reproducible de modelos 3D a partir de datos DICOM segmentados, lo que facilita una evaluación confiable.
- Análisis: Destaca salidas cuantitativas como la generación de máscaras vasculares y traqueales, permitiendo a los equipos comparar condiciones anatómicas entre modelos.
- Investigación Traducional: Vincula el método con la continuidad preclínica al permitir la refinación iterativa de planes quirúrgicos basados en la anatomía específica del paciente.
- Reutilización Empresarial: Presenta el método como una capacidad reutilizable para estudios de anomalías vasculares, adaptable entre modelos e instituciones.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva, validación de objetivos y reducción de la ambigüedad mecanicista en la modelización de anomalías vasculares.
- Valor operativo: Normalización, reproducibilidad y escalabilidad de la generación de modelos 3-D a partir de datos de imágenes clínicas.
- Valor estratégico: Mejores decisiones de continuar/no continuar, eficiencia del capital y reducción del riesgo biológico en fases avanzadas en la innovación quirúrgica.
- Impacto en la cartera: Decisiones de priorización y avance ajustadas al riesgo basadas en modelos preoperatorios anatómicamente precisos.
Consideraciones de Implementación
- Conocimientos científicos especializados necesarios en imágenes médicas, software de segmentación y flujos de trabajo de impresión 3-D.
- Los requisitos de instrumentación e infraestructura analítica incluyen software compatible con DICOM, impresoras estereolitográficas y sistemas de curado UV posteriores al proceso.
- Requisitos de estandarización entre equipos multidisciplinarios de ingeniería, radiología y cirugía para la revisión coherente de datos y la validación de modelos.
- Consideraciones para la adaptación entre distintos sistemas de modelos, incluyendo ajustes para geometrías vasculares y traqueales variables en anomalías congénitas.
- Las limitaciones prácticas incluyen la dependencia de imágenes de entrada de alta calidad y el tiempo necesario para la segmentación, reconstrucción e impresión.
