מאמר שיטה

הדפסה תלת-ממדית של סטייה אבי העורקים מורכבים

DOI:

10.3791/58175

⸱

1 בנובמבר 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Cardiac Surgery, Zhongshan Hospital, Fudan University, 2Shanghai Institute of Cardiovascular Disease, 3State Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers, Fudan University, 4Institutes of Biomedical Sciences, Fudan University, 5Meditool Shanghai Enterprise Co., Ltd.

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לשימוש שלושה דגמים מודפסים תלת-ממדי עבור שטרם-נותחו תכנון וארגון אינטרה-פעיל של מיקומים וסקולרית מסובך בעת טיפול אנומליה מולדת של אבי העורקים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מורכבות חריגות אבי העורקים מולדות כוללות סוגים מגוונים של מומים שעשויים להיות אסימפטומטיים קלינית או נוכח עם תסמינים בדרכי הנשימה או הוושט. חריגות אלה עשויה להיות קשורה למחלות לב מולדים אחרים. קשה לזהות את מיקום כלי אנטומי מדויק מנתוני דו מימדי הדמיה, כגון טומוגרפיה. כמו שיטת הייצור מוספים, הדפסה תלת-ממדי (3-D) יכול חשאי הנתונים שהושגו ההדמיה לתוך מודלים פיזיים תלת-ממדי. פרוטוקול זה מתאר את ההליך עבור מידול DICOM הנפחי הדמיה לתוך נתונים תלת-ממדיים והדפסתו כמודל תלת-ממדיים ריאליסטיים מבחינה אנטומית. באמצעות מודל זה, מנתחים ניתן לזהות את מיקום כלי מורכב חריגות של אבי העורקים, אשר שימושי שטרם-נותחו תכנון והדרכה אינטרה-פעיל.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנומליות מולדות אבי העורקים הם נדירים ביותר מומים מולדים של מערכת קשת אבי העורקים. הם יכולים להיות מאובחנים על-ידי הדמיה ניתוח או הערכה של ישויות כמו בבליעה או בריחי לגנוב1. בתרחישים קליניים, חשוב לזהות את אנומליה אנטומית בשטח כירורגית סגור זה הגביל להדמיה במהלך ניתוח2,3. כיום, הדמיה מישורי קונבנציונאלי דו-ממדית (2-D), כגון טומוגרפיה (CT), דימות תהודה מגנטית (MRI), מוצגים בדרך כלל המנתחים לפני הניתוח. עם זאת, קשה מנתחים לשיקוף הסטייה בהתבסס על ההדמיה דו-ממדיים. כתוצאה מכך, יכול ייתקלו בבעיות לא צפויות בעת שניסה להפריד את כלי אבי העורקים מורכבים במהלך הניתוח. לא צפוי לפגיעה את כלי הקיבול, קנה הנשימה, הוושט יכול להתרחש, לגרום לתוצאות הרות אסון.

בעשור האחרון, מידול הדמיה תלת-ממדית שימש בניתוח לב לעזור מנתחים להבין את מורכבות החריגה אנטומיים4,5,6,7. טכנולוגיית הדפסת תלת-ממדי (3-D) יכול לעזור להמיר את הנתונים דוגמנות למודל הפיזי. לעומת שחזור דיגיטלי, דגמים תלת-ממדים פיזיים המודפס יכול להציג הבנה טובה יותר של פרטים אנטומיים, מספק תצוגה אינטואיטיבית של מום. לניתוח סטייה של אבי העורקים, הדגם התלת-ממדי אינטואיטיבית המודפס הוא משמעותי, משום הבנה המסכן של אבי העורקים מיקומים יכולות להיות הרסניות לחולים. במהלך הניתוח, כל טעות עלולה להוביל דימום בלתי צפוי ופציעה. באמצעות המודלים המודפס, מנתחים יכול להבין יחסים מרחביים הסניפים של אבי העורקים. במהלך הניתוח, המנתחים, באפשרותך לבצע ביקורת בזמן אמת של מודלים תלת-ממדי כדי למנוע בלבול של המיקומים וסקולרית מורכבים.

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להחיל דגמים תלת-ממדים המודפס שטרם-נותחו תכנון והדרכה אינטרה-פעיל תוך התמודדות עם מחלות מולדות של אבי העורקים. הסעיף של Kommerell, סוג של סטייה אבי העורקים מולדים מורכבים, נבחר כמקרה. השלבים כוללים אבחון המבוססת על טומוגרפיה מסתמים (CTA) הדמיה, יצירת מחיצות אזורים מעניינים, בניית דגמים תלת-ממדים, תכנון ניתוח לפני הניתוח של סקירת אינטרה-פעיל של דגמים תלת-ממדים המודפס8. אסטרטגיה הדפסה תלת-ממדית זו יכול להפחית באופן משמעותי את הסיכון של פגיעה רקמה בלתי צפוי במהלך הניתוח.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחקר הנוכחי שאושר על ידי ועדת האתיקה של דז'ונגשאן חולים אוניברסיטת פודאן (B2016-142R) ונתן לכל המשתתפים שלהם מדעת.

1. אבחון של הסטייה אבי העורקים על ידי סימפטומים ורכישה של הדמיה נתונים

  1. לזהות חולים שאין להם תסמינים כגון כאבים בחזה, בבליעה או שינוי בלחץ הדם של הגפיים העליונות במרפאה-חולה. הכללת חולים אשר עשוי להיות סובלני של הפעולה.
  2. לבצע CT angiography בחולים אלה כדי לאבחן את הסעיף של Kommerell8.

2. חלוקת אזורים מעניינים

  1. לייבא את כל התמונות CT angiography לתוך התוכנה בתבנית DICOM. הרזולוציה של תמונות אלה 512 × 512 פיקסלים והיה פרוסה בעובי 1 מ מ.
    1. לחץ פעמיים על המקרה המטופל מספריית במקרה ופתח אותו.
    2. בחר את סדרת DICOM ' ולחץ על ' מודל Recon כדי לפתוח את הדף סיור מודל '.
  2. יש מהנדס, צוות מנתחים הלב סקירה DICOM מעוצב נתונים גולמיים כדי לזהות תכונות אנטומיים מפתח ואזור עניין (ROI).
  3. להשתמש אפור מבוססות ערך סף לפלח את רועי.
    1. לחץ על לחצן פילוח הסף ולהתאים את הטווח הסף המסכה כלי הדם. הטווח המוגדר כברירת מחדל הוא בין 226 כדי 3071.
    2. לחץ על לחצן אישור על הסף פילוח ו המסכה וסקולרית תציג ברשימת האובייקטים. לחץ על לחצן Recon מצד ימין של המסכה ואת המסכה וסקולרית תלת-מימד להיות משוחזר, המוצגת במציג התלת-ממדי.
    3. לחץ על לחצן פילוח הסף ולהתאים את הטווח הסף המסכה קנה הנשימה. לחץ על לחצן פילוח הכתובית להגביל את האזור לעניין את. החיץ הקרומי של הריאה. הטווח המוגדר כברירת מחדל הוא בין-1024 ל-520.
    4. לחץ על לחצן עריכת מסיכה ומחק את החיבור בין קנה הנשימה לבין הריאות.
    5. לחץ על לחצן הגדל באזור ובחר זרע על ידי לחיצה על נקודה/פיקסל כלשהו על המסכה בכל אחד הצופים דו-ממדיים. בדוק, לאשר כי האזור גדל וכתוצאה מכך כי המסכה קנה הנשימה יראה ברשימת האובייקטים.
    6. לחץ על לחצן Recon בצד ימין של המסכה, קנה הנשימה תלת-ממדי ייבנה במציג התלת-ממדי.
  4. שמור את רועי מסכות על שחזור תלת-ממדי.

3. תלת-ממדי שחזור של רועי

  1. לאמץ את אלגוריתם אינטרפולציה ערך האפור כדי לחשב את רשת שינוי פני השטח של דגם תלת-ממדי. להפוך פני השטח משולש כדי להתאים את voxels החיצוני ביותר של המסכה.
  2. לחץ על הלחצן ' ייצוא ' כדי לייצא את הדגם התלת-ממדי כקובץ STL.
  3. במקום המודל על המרכז של פלטפורמת הבניין. אוריינט המודל על ידי יישור הטנגנס של האמצע כלי-הגפיים שלו כדי להיות מקביל לציר Z של פלטפורמת הבניין. תומך נוצר באופן אוטומטי המסוכך על באמצעות הפרמטרים של ברירת המחדל.
  4. לחץ על פרוסה | שמור כדי לשמור קובץ מוכן להדפסה תלת-ממדי.

4. הדפסה תלת-ממדית

  1. לבצע הדפסה stereolithographic עם מדפסת תלת-ממדי. השתמש בפרמטרים הבאים: מרחק פרוסה של 1 מ מ, רזולוציה של 512 × 512 פיקסלים, מבנה שכבה בעובי של 0.1 מ מ, קוטר ספוט לייזר של 80 μm.
  2. השתמש האור האולטרה סגול-405 ננומטר להקשיח את השרף לאור על-ידי סריקת קווי המתאר פרוסים על ידי התוכנה. מהירות לייזר אור אולטרה סגול היא 3 m/s.
    הערה: כאשר פרוסה אחת של דגם תלת-מימד דיגיטלי נבנה, פלטפורמת הבניין עלה 0.1 מ מ עבור החלק הבא. המודל הפיזי נבנה שכבה אחרי שכבה. השכבה הבאה הוקמה מעל לשכבה הקודמת. המודל הפיזי התלת-ממדי נבנה שכבה אחרי שכבה בדרך זו.

5. פוסט ניתוחית סקירה באמצעות דגמים תלת-ממדים המודפס ותכנון לפני הניתוח

  1. לפני הניתוח, יש מנתחים להכין מפורט, מדויק כירורגי תוכניות עבור כל מטופל על ידי למידה של תלת-ממד הדפסת מודלים.
  2. במהלך הניתוח, למקם את הדגמים המודפס תלת-ממדי לחדרי הניתוח ויש אחות להחזיק אותם. פרטים אנטומיים נבחנו על ידי מנתחים במהלך מיקום כלי הדם ואת ההפרדה.
    הערה: הטיפול הכירורגי כלול כריתה של הסעיף ובנייתה מחדש של סניפים של אבי העורקים. השתל ספוג ארוגים צינור פוליאסטר הוחל כדי להחליף את העורקים resected1,2,3,9. כל המטופלים נשלחו יחידת טיפול נמרץ ניתוחי לב לאחר הניתוח.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

רכישת CT angiography תמונות, מידול דיגיטלית והדפסה תלת-ממדי נעשו כל בבית חולים. שעתיים בילה להתכונן הדגם התלת-ממדי מהתמונה CT angiography ההדפסה התלת-ממדי. באמצעות הליך מדפסת תלת-ממדי כאן, דגם תלת-ממדי לחולה ספציפי פיזיות יכולות להישלח רופאים במהירות, ההחלטה הניתוח יכול להתבצע בזמן. זרימת העבודה משלב הרכישה של CT angiography נתונים להדפסה תלת-ממדי הוצג באיור1. המטוס הילתית (איור 2 א), המטוס רוחבי (איור 2B

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנומליות מולדות אבי העורקים מהווים קשת נדירים של מחלות לב וכלי דם, אשר לעתים קרובות להציג חריגות אבי העורקים מורכבים. דימות רפואי, כגון CT ומר, יש צורך להבהיר חריגות מורכבים מבחינה, חריגה מסעף תבנית, יחסיהם עם קנה הנשימה, הוושט, וכן אחרים הקשורים פתולוגיות. מר וגם CT angiography יכול לספק מידע דו-ממדי של אבי העורקים כלי המיקומים. עם שחזור דיגיטלי תלת-ממדי של הדמיה דו-ממדיים, היחס האנטומי של כלי אבי העורקים יכולה להיות מוגדרת עוד יותר. עם זאת, אין מספיק לספק תצוגה ברורה של מבנה אנטומי מציאותי מנתחים. הסעיף של Kommerell, ס...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים לאשר מימון הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (מספר 81771971), תוכנית ופאג'יאנג שנגחאי (מס 14PJD008 ו- 17PJ1401500), "צ'אן גואנג" פרוייקט הנתמך על-ידי ועדת החינוך העירונית שנגחאי וחינוך שנגחאי פיתוח קרן (מס ' 14 CG 06), יסודות מדעי הטבע שנגחאי (' קט ' 17411962800 ו- 17ZR1432900), ומדע וטכנולוגיה עיריית שנגחאי (17JC1400200). W.Z. מודה מימון נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (31501555, 81772007, 21734003), תוכנית כשרונות צעירים 1000 ביותר בסין, ועדת החינוך של עיריית שנגחאי (פרס פרופסורה המזרחי הצעיר), מדע, טכנולוגיה ועדת עיריית שנגחאי (17JC1400200 ו- 16391903900).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מדפסת תלת מימדMeditool Enterprise Co., Ltdלהדפסת תלת מימד
כאוס גרסה 2.0Meditool Enterprise Co., Ltdלפילוח ובנייה מחדש תלת מימד

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tanaka, A., Milner, R., Ota, T. Kommerell's diverticulum in the current era: a comprehensive review. General Thoracic and Cardiovascular Surgery. 63 (5), 245-259 (2015).
  2. Rosu, C., Dorval, J. F., Abraham, C. Z., Cartier, R., Demers, P. Single-stage hybrid repair of right aortic arch with Kommerell's Diverticulum. The Annals of Thoracic Surgery. 103 (4), e381-e384 (2017).
  3. Idrees, J., et al. Hybrid repair of Kommerell diverticulum. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (3), 973-976 (2014).
  4. Kankala, R. K., et al. Fabrication of arbitrary 3-D components in cardiac surgery: from macro-, micro- to nanoscale. Biofabrication. 9 (3), 032002(2017).
  5. Vukicevic, M., Mosadegh, B., Min, J. K., Little, S. H. Cardiac 3-D printing and its future directions. JACC Cardiovascular Imaging. 10 (2), 171-184 (2017).
  6. Yoo, S. J., Spray, T., Austin, E. H., Yun, T. J., van Arsdell, G. S. Hands-on surgical training of congenital heart surgery using 3-dimensional print models. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (6), 1530-1540 (2017).
  7. Hermsen, J. L., et al. Scan, print, practice, perform: Development and use of a patient-specific 3-dimensionalprinted model in adult cardiac surgery. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (1), 132-140 (2017).
  8. Sun, X., Zhang, H., Zhu, K., Wang, C. Patient-specific three-dimensional printing for Kommerell's diverticulum. International Journal of Cardiology. 255, 184-187 (2018).
  9. Ota, T., Okada, K., Takanashi, S., Yamamoto, S., Okita, Y. Surgical treatment for Kommerell's diverticulum. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 131 (3), 574-578 (2006).
  10. Agematsu, K., Ueda, T., Hoshino, S., Nishiya, Y. Rupture of Kommerell diverticulum after total arch replacement. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 11 (6), 800-802 (2010).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

DICOM

מאמרים קשורים