Fabrication fantôme d’alcool de polyvinyle patient-spécifique avec l’ultrason et le contraste de rayon X pour la planification de chirurgie de tumeur de cerveau

Les modèles fantômes sont des outils importants, mais il est difficile de les rendre anatomiquement précis. Ce protocole utilise la Tomodensive et l’échographie pour créer un fantôme spécifique au patient qui comprend une tumeur. Nous utilisons des modèles hétérogènes complexes et l’impression 3D pour atteindre un haut degré de réalisme anatomique.

Les fantômes cérébraux spécifiques aux patients sont très utiles car ils permettent la planification chirurgicale et la formation clinique, et ils permettent aux chirurgiens de pratiquer de nouvelles techniques et de tester de nouveaux instruments et matériels. Après avoir obtenu des données préopératoires d’IRM et de TOT volumétriques pondérées en contraste, chargez les images dans un logiciel de modélisation 3D et utilisez l’outil de coupe ordinaire pour diviser la segmentation du cerveau en deux hémisphères. Enregistrez chaque hémisphère sous forme de fichiers STL distincts du cerveau droit et gauche et importez les fichiers dans un logiciel de conception assisté par ordinateur approprié.

Dans l’espace de travail en maille, utilisez la fonction réduire pour diminuer autant que possible la taille de chaque modèle afin qu’il puisse être manipulé par le programme tout en conservant tous les détails nécessaires. Dans l’espace de travail solide, utilisez l’outil maillage en BRep pour convertir le maillage importé en un corps qui peut être manipulé. Cliquez sur créer et boîte pour dessiner une boîte autour de la tumeur, en tournant la vue pour s’assurer que la boîte enferme complètement la tumeur de tous les côtés.

Dans le menu de dropdown d’opération, désignez la boîte comme un nouveau corps. Cliquez sur l’onglet modifier et utiliser l’outil de moissonneuse-batteuse pour couper la tumeur de la boîte pour créer une boîte avec une forme creuse de la tumeur à l’intérieur de celui-ci. Pour créer des plans à travers la boîte dans les endroits où le moule sera coupé, cliquez sur construire et midplane pour créer un plan à travers le centre de la boîte.

Cliquez à droite sur le plan intermédiaire et sélectionnez le plan offset pour positionner l’avion plus précisément. Sous l’onglet modifier, utilisez la fonction corps fendu pour diviser le moule le long des plans créés et cliquez sur créer croquis et cercle de diamètre central pour ajouter de petits rivets circulaires à la face de chaque morceau du moule. Cliquez à droite pour extruder les cercles vers l’extérieur de quelques millimètres sur un visage et les extruder vers l’intérieur sur le visage correspondant.

Ensuite, enregistrez chaque morceau du moule comme un fichier STL séparé. Pour imprimer le cerveau 3D et les moules tumoraux, pour une impression plus rapide, sélectionnez une grande hauteur de couche d’environ 0,2 millimètre et une faible valeur de remplissage de 20% dans le logiciel d’impression 3D. Si les moules sont placés de façon appropriée sur la plaque de base, les matériaux de soutien ne devraient pas être nécessaires.

Imprimez les moules à l’aide d’un matériau rigide tel que l’acide polylactique. Avant d’imprimer le moule crânne, sélectionnez ajouter un support dans le logiciel pour utiliser PVA comme matériau de support. Pour préparer le PVA pour les modèles, chauffer 1800 grammes d’eau déionisée à 90 degrés Celsius dans un flacon conique de deux litres et mesurer 200 grammes de poudre de PVA.

Placez un agitateur électronique dans le flacon, en prenant soin qu’il ne touche pas le fond ou les côtés. Réglez la vitesse à 1500 révolutions par minute. Ajouter la poudre de PVA au flacon sur une période d’environ 30 minutes.

Lorsque tout le PVA a été ajouté, remuer la solution pendant 90 minutes supplémentaires. Lorsqu’un gel collant a été obtenu, retirer le flacon du bain d’eau et couvrir le dessus d’une pellicule plastique pour empêcher la formation d’une peau sur le dessus du matériau. Une fois refroidie, la PVA apparaîtra transparente.

Versez-le dans un bécher. De minuscules cristaux blancs peuvent être observés, mais toutes les bulles à la surface doivent être doucement grattées. Ajoutez ensuite 0,5% de sorbate de potassium à l’AOP comme agent de conservation et remuez soigneusement la solution.

Pour préparer les fantômes, mesurez suffisamment de PVA pour remplir le moule tumoral dans un bécher et versez le reste dans un bécher séparé. Pour préparer le PVA pour la tumeur, ajoutez 1% de microsphère en verre pour le contraste ultrasonique et 5% de sulfate de baryum pour le contraste de rayons X au premier bécher. Remuer la solution qui en résulte à la main.

Sonicate le bécher pour assurer le mélange homogène des additifs et permettre à la solution de refroidir pendant environ 10 minutes, en enlevant toutes les bulles en raclant au besoin. Fixer le moule tumoral ensemble et verser le PVA à travers le trou dans le haut du moule. Laissez la PVA reposer pendant quelques minutes pour permettre à toutes les bulles formées dans le processus de coulée de s’échapper par le trou, avant de placer le moule dans un congélateur de moins 20 degrés Celsius.

Après six heures, décongeler le moule pendant six heures à température ambiante. Répétez le cycle gel-dégel de 12 heures, puis retirez soigneusement le moule du modèle. Créez les modèles du cervelet et de l’hémisphère cérébral dans les moules appropriés comme nous venons de le démontrer.

Après le deuxième cycle gel-dégel pour chaque pièce modèle fantôme, retirez soigneusement les modèles des moules et placez le fantôme de tumeur de cervelet sur la pointe à la base du modèle inférieur de crâne. Placez les deux hémisphères cérébraux dans la partie supérieure de la pièce tumorale du cervelet et placez les quatre chevilles dans chaque espace sur le modèle du bas du crâne. Ensuite, placez le top model crâne sur le dessus.

Si nécessaire, le modèle peut être manœuvré dans la position désirée pour simuler son utilisation peropératoire en chirurgie. Suivant le protocole tel que démontré, un fantôme anatomiquement réaliste composé d’un crâne, d’un cerveau et d’une tumeur spécifiques au patient peut être fabriqué. Les structures anatomiques pertinentes pour le fantôme sont segmentées à l’aide des données d’IRM et de TOC du patient.

Des mailles peuvent alors être créées pour chaque morceau du modèle pour fabriquer les moules 3D comme démontré. Le moule cervelet est le plus complexe à concevoir et à assembler. Le crâne est la partie la plus difficile à imprimer car il nécessite du matériel de soutien.

Le fantôme complété offre un modèle réaliste du crâne, du cerveau, et de la tumeur du patient. Les deux hémisphères cérébraux sont produits séparément et ont une apparence réaliste mettant en vedette le gyri et les sulci du cerveau. Le cervelet s’insère confortablement dans la base du crâne imprimé et les hémisphères cérébraux sont assis au-dessus de cette structure.

La tumeur est facilement visible dans le cervelet car le contraste supplémentaire ajouté à la tumeur entraîne une couleur blanc-blanc qui la sépare du matériau environnant auquel elle est attachée. La tumeur peut être visualisée dans le fantôme avec ct et imagerie par ultrasons. Les données d’ultrason peropératoire patient peuvent alors être employées pour comparer les images fantômes aux images réelles de patient.

Lors de la création des moules, accorder une attention particulière à la position des coupes pour s’assurer que le fantôme sera en mesure d’être enlevé quand il s’est solidifié. En créant un fantôme cérébral spécifique au patient, nous avons pu tester un nouveau système de navigation neuronale qui peut également être utilisé pour former les neurochirurgiens à l’utilisation de l’échographie peropératoire.