Fabricación fantasma de alcohol polivinílico específica del paciente con ultrasonido y contraste de rayos X para la planificación de la cirugía de tumor cerebral

Los modelos Phantom son herramientas importantes, pero es difícil hacerlos anatómicamente precisos. Este protocolo utiliza tc y ultrasonido para crear un fantasma específico del paciente que incluye un tumor. Utilizamos modelos heterogéneos complejos e impresión 3D para lograr un alto grado de realismo anatómico.

Los fantasmas cerebrales específicos del paciente son muy útiles, ya que permiten la planificación quirúrgica y la formación clínica, y permiten a los cirujanos practicar nuevas técnicas y probar nuevos instrumentos y hardware. Después de obtener datos preoperatorios de resonancia magnética ponderada por T1 con contraste y TC volumétrica, cargue las imágenes en un programa de software de modelado 3D y utilice la herramienta de corte plano para dividir la segmentación cerebral en dos hemisferios. Guarde cada hemisferio como archivos STL de cerebro derecho e izquierdo separados e importe los archivos en un programa de software de diseño asistido por computadora adecuado.

En el espacio de trabajo de malla, utilice la función de reducción para reducir el tamaño de cada modelo tanto como sea posible para que el programa pueda controlarlo sin dejar de conservar todos los detalles necesarios. En el espacio de trabajo sólido, utilice la herramienta malla a BRep para convertir la malla importada en un sólido que se pueda manipular. Haga clic en crear y cuadro para dibujar una caja alrededor del tumor, girando la vista para asegurarse de que la caja encierra completamente el tumor en todos los lados.

En el menú desplegable de la operación, designe el cuadro como un nuevo cuerpo. Haga clic en la pestaña Modificar y utilice la herramienta combinar para cortar el tumor de la caja para crear una caja con una forma hueca del tumor dentro de él. Para crear planos a través del cuadro en los lugares en los que se cortará el molde, haga clic en construir y plano medio para crear un plano a través del centro del cuadro.

Haga clic con el botón derecho en el plano medio y seleccione el plano de desfase para colocar el plano con mayor precisión. En la ficha Modificar, utilice la función de sólido dividido para dividir el molde a lo largo de los planos creados y haga clic en Crear croquis y círculo de diámetro central para añadir pequeños remaches circulares a la cara de cada pieza del molde. Haga clic con el botón derecho del 20o para extruir los círculos hacia afuera unos pocos milímetros en una cara y extruirlos hacia adentro en la cara correspondiente.

A continuación, guarde cada pieza del molde como un archivo STL independiente. Para imprimir el cerebro 3D y los moldes tumorales, para una impresión más rápida, seleccione una altura de capa grande de aproximadamente 0,2 milímetros y un valor de relleno bajo del 20% en el software de impresión 3D. Si los moldes se colocan adecuadamente en la placa base, los materiales de soporte no deben ser necesarios.

Imprima los moldes utilizando un material rígido como el ácido poliláctico. Antes de imprimir el molde de cráneo, seleccione Agregar soporte en el software para utilizar PVA como material de soporte. Para preparar el PVA para los modelos, calienta 1.800 gramos de agua desionizada a 90 grados Celsius en un matraz cónico de dos litros y mide 200 gramos de polvo de PVA.

Coloque un agitador electrónico en el matraz, teniendo cuidado de que no toque la parte inferior o los lados. Ajuste la velocidad a 1.500 revoluciones por minuto. Añadir el polvo de PVA al matraz durante un período de unos 30 minutos.

Cuando se haya añadido todo el PVA, revuelva la solución durante 90 minutos adicionales. Cuando se haya obtenido un gel pegajoso, retire el matraz del baño de agua y cubra la parte superior con una envoltura de plástico para evitar la formación de una piel encima del material. Una vez enfriar, el PVA aparecerá transparente.

Vierta en un vaso de precipitados. Se pueden observar pequeños cristales blancos, pero cualquier burbuja en la superficie debe rasparse suavemente. A continuación, agregue 0,5% de sorbato de potasio al PVA como conservante y revuelva bien la solución.

Para preparar los fantasmas, mida suficiente PVA para llenar el molde tumoral en un vaso de precipitados y vierta el resto en un vaso de precipitados separado. Para preparar el PVA para el tumor, agregue 1%microesferas de vidrio para el contraste de ultrasonido y 5%sulfato de bario para el contraste de rayos X al primer vaso de precipitados. Revuelva la solución resultante a mano.

Sonicar el vaso de precipitados para asegurar una mezcla homogénea de los aditivos y permitir que la solución se enfríe durante unos 10 minutos, eliminando cualquier burbuja raspando según sea necesario. Asegure el molde tumoral y vierta el PVA a través del orificio en la parte superior del molde. Deje que el PVA descanse durante unos minutos para permitir que cualquier burbuja formada en el proceso de vertido escape a través del agujero, antes de colocar el molde en un congelador de menos 20 grados Centígrados.

Después de seis horas, descongele el molde durante seis horas a temperatura ambiente. Repita el ciclo de congelación y descongelación de 12 horas y, a continuación, retire cuidadosamente el molde del modelo. Cree los modelos de cerebelo y hemisferio cerebral en los moldes apropiados como se acaba de demostrar.

Después del segundo ciclo de congelación y descongelación para cada pieza de modelo fantasma, retire cuidadosamente los modelos de los moldes y coloque el fantasma tumoral cerebelo en la espiga en la base del modelo inferior del cráneo. Coloque los dos hemisferios cerebrales en la parte superior de la pieza tumoral del cerebelo y coloque los cuatro tacos en cada espacio en el modelo inferior del cráneo. A continuación, coloque el modelo superior del cráneo en la parte superior.

Si es necesario, el modelo puede ser maniobrado en la posición deseada para simular su uso intraoperatorio en cirugía. Siguiendo el protocolo como se ha demostrado, se puede fabricar un fantasma anatómicamente realista que consiste en un cráneo, cerebro y tumor específicos del paciente. Las estructuras anatómicas relevantes para el fantasma se segmentan utilizando datos de RMN y TC del paciente.

A continuación, se pueden crear mallas para cada pieza del modelo para fabricar los moldes 3D como se ha demostrado. El molde de cerebelo es el más complejo de diseñar y ensamblar. El cráneo es la parte más difícil de imprimir, ya que requiere material de apoyo.

El fantasma completado ofrece un modelo realista del cráneo, el cerebro y el tumor del paciente. Los dos hemisferios cerebrales se producen por separado y tienen una apariencia realista con el gyri y el sulci del cerebro. El cerebelo encaja cómodamente en la base del cráneo impreso y los hemisferios cerebrales se encuentran en la parte superior de esta estructura.

El tumor es fácilmente visible en el cerebelo ya que el contraste adicional añadido al tumor da como resultado un color blanquecino que lo separa del material circundante al que está unido. El tumor se puede visualizar en el fantasma con imágenes por tomografía computarizada y por ultrasonido. Los datos de ultrasonido intraoperatorio del paciente se pueden utilizar para comparar las imágenes fantasma con las imágenes reales del paciente.

Al crear los moldes, preste especial atención a la posición de los cortes para asegurarse de que el fantasma será capaz de ser eliminado cuando se ha solidificado. Mediante la creación de un fantasma cerebral específico del paciente, hemos sido capaces de probar un nuevo sistema de navegación neuronal que también se puede utilizar para entrenar neurocirujanos en el uso de ultrasonido intraoperatorio.