הדפסה תלת-ממדית של סטייה אבי העורקים מורכבים
1 בנובמבר 2018
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.
שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בשדה אנומליה aorta מורכב על המצלמה DICOM. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא כי מודל מודפס 3D יכול להפחית את הסיכון לפגיעה בלתי צפויה ברקמה במהלך ניתוח העורקת מורכב. עבור פילוח של אזור עניין לייבא את כל תמונות טומוגרפיה וגיאוגרפיה ממוחשבת לתוך התוכנה בפורמט DICOM ולחץ פעמיים כדי לפתוח את המקרה החולה בתוך ספריית המקרה.
בחר את סדרת DICOM ולחץ על שחזור מודל כדי לפתוח את דף שחזור המודל. תן למהנדס וצוות מנתחי לב לסקור את הנתונים הגולמיים המעוצבים של DICOM כדי לזהות תכונות אנטומיות מרכזיות ואזורי עניין. כדי לקטע את האזור, לחץ על פילוח סף והתאם את טווח הסף עבור מסיכת כלי הדם.
לחץ על אשר כדי ליצור את מסכת כלי הדם בתוך רשימת האובייקטים ולחץ על recon כדי לשחזר את מסכת כלי הדם 3D בתוך הצופה 3D. לחצו שוב על פילוח סף והתאיימו את טווח הסף למסכת קנה הנשימה. לחץ על פילוח כתובית כדי להגביל את אזור העניין למדיסטינום ריאות ולחץ על עריכת מסכה כדי למחוק את הקשר בין קנה הנשימה לריאות.
לחץ על הגדל אזור ולחץ על נקודה כלשהי של המסיכה באחד מהצופים הדו-מימדים כדי לבחור זרע. ודא שהאזור גדל כתוצאה מכך ושמסיכת קנה הנשימה תצטייד ברשימת האובייקטים. לאחר מכן לחצו על recon כדי לשחזר את קנה הנשימה תלת-מימדי במציג תלת-מימד ולשמור את אזור העניין כמסיכה.
לשחזור תלת-ממד של אזור העניין לחצו על הייצוא כדי לייצא את דגם ה-3D כקובץ שפת משולש סטנדרטי ולמקם את הדגם במרכז פלטפורמת הבנייה. יישר את הטנגנס של קו מרכז כלי השיט בגפיים שלו כך שהוא מקביל לציר Z של הפלטפורמה. תמיכה תיווצר באופן אוטומטי להאנגים.
לחצו על 'פרוסה' ו'שמור' והגדירו את פרמטרי ההדפסה בתלת-ממד המתאימים במדפסת סטריאוליטוגרפית. לאחר ההדפסה, סרוק את קווי המתאר הפרוסים על-ידי התוכנה עם אור אולטרה סגול של 405 ננומטר כדי להקשיח את הרף הרגיש לאור בקצב סריקה של שלושה מטרים לשנייה. לאחר מכן, לפני הניתוח, יש המנתחים להשתמש במודל מודפס 3D כדי להפוך תוכניות כירורגיות מפורטות ומדויקות עבור המטופל שממנו נוצר מודל 3D.
באמצעות תמונות ממישור הקורונה, המישור הרוחב ומישור הסגיטל, ניתן לשחזר את הדימוי החישובי של הטומוגרפיה והגיאוגרפיה למודל תלת מימדי כפי שהוכח. בתמונות אלה, ניתן לראות את היחסים האנטומיים בין האאורטה לבין קנה הנשימה לאורך ציר Y. לאחר התפתחותה, טכנולוגיה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום ההדפסה בתלת-ממד לחקור אנומליה של כלי הדם בניתוחי Aortic.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול לשימוש במודלים מודפסים בתלת-ממד בתכנון טרום-ניתוחי ובארגון תוך-ניתוחי של מיקומים וסקולריים מורכבים, ובפרט באנומליות מולדות של אבי העורקים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- ניתוחים בלב
- טכנולוגיית הדפסת תלת-ממד
- מומיה ואנומליות כלי דם
רקע
- מומים מולדים של אבי העורקים מציבים אתגרים כירורגיים משמעותיים.
- הבנת האנטומיה חיונית להשגת תוצאים כירורגיים מוצלחים.
- הדפסה בתלת-ממד יכולה לשפר את הוויזואליזציה של מבנים מורכבים.
- שיטות נוכחיות עלולות להוביל לפגיעה בלתי צפויה ברקמות במהלך ניתוח.
מטרת המחקר
- לשיפור התכנון הפרה-אופרטיבי לניתוחים מורכבים של אבי העורקים.
- להפחתת סיכונים הקשורים להתערבויות כירורגיות.
- לסיוע בהבנה טובה יותר של האנטומיה הווסקולרית באמצעות מודלים בתלת-ממד.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- ייבוא תמונות בפורמט DICOM לתוכנה ייעודית.
- שיתוף פעולה בין מהנדסים למנתחי לב לצורך סקירת הנתונים.
- סגמנטציה של אזורי עניין באמצעות התאמות של ערכי סף (threshold).
- שחזור מודל לשיפור התכנון הניתוחי.
תוצאות עיקריות
- מודלים בהדפסת תלת-ממד מספקים ייצוג מוחשי של מבני כלי דם מורכבים.
- זיהוי משופר של מאפיינים אנטומיים מרכזיים במהלך הניתוח.
- הפחתה בסיכון לפגיעה ברקמה באמצעות תכנון טרום-ניתוחי טוב יותר.
- שיפור בתקשורת בין הצוותים המנתחים בנוגע לאנטומיה הספציפית של המטופל.
מסקנות
- הדפסה בתלת-ממד היא כלי בעל ערך בניהול של anomlies עורקיים מולדים.
- שיטה זו יכולה לשפר באופן משמעותי את התוצאות הניתוחיות.
- יישומים עתידיים עשויים להתרחב לניתוחים וסקולריים מורכבים אחרים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מומים מולדים מורכבים של אבי העורקים מציבים אתגרים משמעותיים בתכנון טרום-ניתוחי בשל מגבלות של דימוי דו-ממדי (2D) במיקום אנטומי מדויק. הדפסה תלת-ממדית (3-D) הופכת נתוני דימוי נפחיים בפורמט DICOM למודלים פיזיים ריאליסטים מבחינה אנטומית, ומאפשרת למנתחים לזהות את מיקומי כלי הדם ולהפחית את הסיכון לפגיעה בלתי צפויה ברקמות במהלך ניתוחים מורכבים של אבי העורקים. גישה זו תומכת בביטחון חיזוי בקבלת החלטות כירורגיות ומשפרת את הרצף התרגומי מהשלב המחקרי ליישום קליני.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי אספקת מודלים מוחשיים להבהרה אנטומית במחקר של anomalias וסקולריות.
- ערך תפעולי: תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים באמצעות זיהוי משופר של מאפיינים אנטומיים מרכזיים, ובכך מפחית עמימות בתיקוף המטרה.
- ערך ניבוי: משפר את תעדוף הפורטפוליו על ידי מתן אפשרות לצוותים להעריך את ההיתכנות הניתוחית ואת הסיכון לפני ההתערבות.
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: מכין אנלוגים ביולוגיים מתוקפים עבור זרימות עבודה המשך, על ידי המרת נתוני דימות למודלים תלת-ממדיים סטנדרטיים.
- ערך תפעולי: נותן מענה לסטנדרטיזציה ויכולת שחזור של בדיקות באמצעות יצירה עקבית של מודלים מקלטי DICOM.
- סקביליות: מדגישה את פוטנציאל השימוש החוזר בפלטפורמה במחקרי anomality וסקולריים, ומאפשרת הערכה מהימנה של תרכובות או מכשירים במסגרות פרה-קליניות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: דן ברלוונטיות למחלה באמצעות מידול של מערכות יחסים מרחביות בין אבי העורקים לטרכיאה לאורך ציר ה-Y, ובכך תומך בהבנה מכניסטית.
- ערך תפעולי: מתאר רציפות משלב הגילוי ועד לאישור פרה-קליני, על ידי אפשור תכנון ובדיקה איטרטיביים של גישות ניתוחיות.
- קידום מותאם סיכון: נותן מענה להחלטות מותאמות סיכון באמצעות אספקת מודלים טרום-ניתוחיים המנחים קריטריונים של go/no-go בפיתוח התערבויות כלי דם.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד (Pipeline)
השיטה משתלבת ברצף הגילוי, החל משלב הגילוי המוקדם ועד לעבודות פרה-קליניות, ותומכת בבדיקת השערות, הבהרת מסלולים וביצוע הפחתת סיכונים ביולוגיים במחקר של מוטציות של כלי דם (vascular anomalies).
- ביולוגיה של הגילוי: מסביר כיצד השיטה תומכת בבדיקת השערות ובבירור נתיבים על ידי מתן אפשרות להדמיה של מערכות יחסים אנטומיות מורכבות בין אבי העורקים לקשב.
- סריקה: מתאר את המוכנות לבדיקה באמצעות יצירה שחזירה של מודל תלת-ממדי מנתוני DICOM מסגמנטים, דבר המקל על הערכה מהימנה.
- אנליטיקה: מדגיש פלטים כמותיים כגון יצירת מסיכות של כלי דם ושל הקשב, המאפשרים לצוותים להשוות מצבים אנטומיים בין מודלים שונים.
- מחקר תרגומי: מקשר את השיטה להמשכיות פרה-קלינית על ידי מתן אפשרות לדיוק איטרטיבי של תוכניות ניתוח המבוססות על אנטומיה ספציפית למטופל.
- שימוש חוזר ארגוני: מציג את השיטה כיכולת הניתנת לשימוש חוזר למחקרי anomally וסולריים, הניתנת להתאמה בין מודלים ומוסדות שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון ניבוי, תיקוף מטרות והפחתת עמימות מכניסטית במידול של anomalias וסקולריות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה, הדירות ויכולת הרחבה של יצירת מודלים בתלת-ממד מנתוני דימות קליניים.
- ערך אסטרטגי: קבלת החלטות משופרת לגבי המשך או הפסקה (go/no-go), יעילות הון והפחתת סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים בחדשנות כירורגית.
- השפעה על הפורטפוליו: תיעדוף וקבלת החלטות קידום מותאמות סיכון, המבוססות על מודלים פרה-אופרטיביים מדויקים מבחינה אנטומית.
שיקולי יישום
- מומחיות מדעית נדרשת בדימוי רפואי, תוכנות סגמנטציה ותהליכי עבודה של הדפסה תלת-ממדית.
- דרישות לתשתיות אנליטיות וציוד כוללות תוכנה התואמת לתקן DICOM, מדפסות סטריאוליתוגרפיות ומערכות פוסט-פרוססינג להקשיה באמצעות UV.
- דרישות לסטנדרטיזציה בין-צוותית בין צוותי ההנדסה, הרדיולוגיה והכירורגיה לצורך סקירה עקבית של נתונים ותיקוף של המודלים.
- שיקולי התאמה בין מערכות מודלים שונות, כולל התאמות לגאומטריות משתנות של כלי דם וקנה הנשימה באנומליות מולדות.
- מגבלות מעשיות כוללות תלות בדימויי קלט באיכות גבוהה ואת הזמן הנדרש לסגמנטציה, שחזור והדפסה.
