Stampa tridimensionale di un'anomalia aortica complessa
1 novembre 2018
Qui, presentiamo un protocollo per utilizzare modelli stampati tridimensionali per la pianificazione preoperatoria e intraoperatoria riorganizzazione dei percorsi vascolari complicati quando si maneggia un'anomalia aortica congenita.
Questo metodo può aiutare a rispondere alle domande chiave nel complesso campo dell'anomalia aorta sul DICOM della fotocamera. Il vantaggio principale di questa tecnica è che il modello stampato in 3D può ridurre il rischio di lesioni tissutali imprevedibili durante la complessa chirurgia aortica. Per la segmentazione di una regione di interesse importare tutte le immagini di tomografia e geografia calcolate nel software in formato DICOM e fare doppio clic per aprire il caso del paziente all'interno della libreria di casi.
Selezionate la serie DICOM e fate clic su ricognizione modello (Model Recon) per aprire la pagina ricostruzione modello (Model Reconstruction). Fare in modo che un ingegnere e un team di cardiochirurchi rivedano i dati grezzi formattati DICOM per identificare le caratteristiche anatomiche chiave e le regioni di interesse. Per segmentare l'area, fate clic sulla segmentazione della soglia e regolate l'intervallo di soglia per la maschera vascolare.
Fate clic su conferma (Confirm) per generare la maschera vascolare all'interno dell'elenco degli oggetti e fate clic su ricognizione per ricostruire la maschera vascolare 3D all'interno del visualizzatore 3D. Fate di nuovo clic sulla segmentazione della soglia e regolate l'intervallo di soglia per la maschera trachea. Fare clic sulla segmentazione del perimetro di selezione per limitare la regione di interesse al mediastino e al polmone e fare clic su maschera di modifica per cancellare la connessione tra la trachea e il polmone.
Fai clic sull'area di crescita e fai clic su un punto qualsiasi della maschera in uno qualsiasi degli spettatori 2D per selezionare un seme. Verificare che l'area cresca di conseguenza e che la maschera trachea verrà mostrata nell'elenco degli oggetti. Quindi fai clic su ricognitore per ricostruire la trachea 3D nel visualizzatore 3D e salvare la regione di interesse come maschera.
Per la ricostruzione 3D dell'area di interesse fare clic sull'esportazione per esportare il modello 3D come file di linguaggio triangolare standard e posizionare il modello al centro della piattaforma di costruzione. Allineare la tangente della linea centrale del contenitore alla sua estremità in modo che sia parallela all'asse Z della piattaforma. I supporti verranno generati automaticamente alle sporgenze.
Fare clic su slice e salvare e impostare i parametri di stampa 3D appropriati su una stampante stereolitografica. Dopo la stampa, scansionare i contorni affettati dal software con luce ultravioletta di 405 nanometri per indurire la resina fotosensibile a una velocità di scansione di tre metri al secondo. Quindi, prima dell'intervento chirurgico, chiedere ai chirurghi di utilizzare il modello stampato in 3D per realizzare piani chirurgici dettagliati e accurati per il paziente da cui è stato generato il modello 3D.
Usando immagini dal piano coronale, dal piano trasversale e dal piano sagittale, la tomografia computerizzata e l'immagine geografica possono essere ricostruite in un modello 3D come dimostrato. In queste immagini si può osservare la relazione anatomica tra l'aorta e la trachea lungo l'asse Y. Dopo il suo sviluppo, questa tecnologia ha spianato la strada ai ricercatori nel campo della stampa 3D per esplorare l'anomalia vascolare nella chirurgia aortica.
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Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per l'utilizzo di modelli stampati in tre dimensioni nella pianificazione preoperatoria e nell'organizzazione intraoperatoria di localizzazioni vascolari complesse, in particolare nelle anomalie congenite dell'aorta.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Chirurgia cardiaca
- Tecnologia di stampa 3D
- Anomalie vascolari
Sfondo
- Le anomalie aortiche congenite presentano notevoli sfide chirurgiche.
- Comprendere l'anatomia è fondamentale per ottenere esiti chirurgici di successo.
- La stampa 3D può migliorare la visualizzazione di strutture complesse.
- I metodi attuali possono causare lesioni tissutali imprevedibili durante l'intervento chirurgico.
Scopo dello studio
- Migliorare la pianificazione preoperatoria per interventi chirurgici aortici complessi.
- Ridurre i rischi associati agli interventi chirurgici.
- Favorire una migliore comprensione dell'anatomia vascolare attraverso modelli tridimensionali.
Metodi Utilizzati
- Importazione di immagini in formato DICOM in un software specializzato.
- Collaborazione tra ingegneri e chirurghi cardiaci per la revisione dei dati.
- Segmentazione delle regioni di interesse mediante regolazioni della soglia.
- Ricostruzione del modello per un migliore piano chirurgico.
Risultati principali
- I modelli stampati in 3D forniscono una rappresentazione tangibile di strutture vascolari complesse.
- Miglioramento nell'identificazione delle caratteristiche anatomiche chiave durante l'intervento chirurgico.
- Riduzione del rischio di lesioni ai tessuti grazie a una migliore pianificazione preoperatoria.
- Comunicazione potenziata tra i team chirurgici riguardo all'anatomia specifica del paziente.
Conclusioni
- La stampa 3D è uno strumento prezioso nella gestione delle anomalie aortiche congenite.
- Questo metodo può migliorare significativamente gli esiti chirurgici.
- Applicazioni future potrebbero estendersi ad altri interventi vascolari complessi.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale
Anomalie aortiche congenite complesse presentano notevoli difficoltà nella pianificazione preoperatoria a causa dei limiti dell'imaging 2D nella localizzazione anatomica accurata. La stampa tridimensionale (3-D) trasforma i dati volumetrici DICOM in modelli fisici anatomicamente realistici, consentendo ai chirurghi di identificare la posizione dei vasi e riducendo il rischio di lesioni tissutali imprevedibili durante interventi chirurgici aortici complessi. Questo approccio migliora la sicurezza predittiva nelle decisioni chirurgiche e potenzia la continuità traslazionale dalla scoperta all'applicazione clinica.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Permette l'analisi di ipotesi terapeutiche fornendo modelli concreti per la chiarificazione anatomica nella ricerca sulle anomalie vascolari.
- Valore operativo: Favorisce la riduzione del rischio biologico grazie a un migliore riconoscimento delle caratteristiche anatomiche chiave, riducendo l'ambiguità nella validazione degli obiettivi.
- Valore predittivo: Migliora la selezione del portafoglio consentendo ai team di valutare la fattibilità chirurgica e i rischi prima dell'intervento.
Screening e sviluppo di saggi
- Valore scientifico: Prepara analoghi biologici validati per flussi di lavoro successivi, convertendo i dati di imaging in modelli tridimensionali standardizzati.
- Valore operativo: Affronta la standardizzazione e la riproducibilità dei saggi attraverso la generazione coerente di modelli a partire da input DICOM.
- Scalabilità: Evidenzia il potenziale di riutilizzo della piattaforma in studi su anomalie vascolari, consentendo valutazioni affidabili di composti o dispositivi in contesti preclinici.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Discute la rilevanza clinica modellando le relazioni spaziali tra aorta e trachea lungo l'asse Y, favorendo la comprensione dei meccanismi sottostanti.
- Valore operativo: Descrive la continuità dallo stadio di scoperta alla validazione preclinica, consentendo la progettazione e la verifica iterativa di approcci chirurgici.
- Progresso adeguato al rischio: Affronta decisioni proporzionate al rischio fornendo modelli preoperatori che informano i criteri di procedibilità o meno nello sviluppo di interventi vascolari.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nel percorso di scoperta, dall'Early Discovery al lavoro preclinico, sostenendo la verifica delle ipotesi, la chiarificazione dei percorsi metabolici e la riduzione del rischio biologico nella ricerca sulle anomalie vascolari.
- Biologia della scoperta: Spiega come il metodo supporti la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi mediante la visualizzazione delle complesse relazioni anatomiche tra aorta e trachea.
- Screening: Descrive la prontezza del saggio attraverso la generazione riproducibile di modelli 3D da dati DICOM segmentati, facilitando una valutazione affidabile.
- Analisi: Evidenzia output quantitativi come la generazione di maschere vascolari e tracheali, consentendo ai team di confrontare condizioni anatomiche tra diversi modelli.
- Ricerca traslazionale: Collega il metodo alla continuità preclinica permettendo un affinamento iterativo dei piani chirurgici basato sull’anatomia specifica del paziente.
- Riutilizzo aziendale: Presenta il metodo come una capacità riutilizzabile per studi su anomalie vascolari, adattabile a diversi modelli e istituzioni.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva, validazione degli obiettivi e riduzione dell'ambiguità meccanicistica nella modellizzazione delle anomalie vascolari.
- Valore operativo: Standardizzazione, riproducibilità e scalabilità della generazione di modelli 3D a partire da dati di imaging clinico.
- Valore strategico: Migliori decisioni di avanzamento o interruzione, efficienza del capitale e riduzione del rischio biologico in fase avanzata nell'innovazione chirurgica.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione e decisioni di avanzamento corrette per il rischio, basate su modelli preoperatori anatomicamente accurati.
Considerazioni sull'implementazione
- Competenze scientifiche richieste in imaging medico, software di segmentazione e flussi di lavoro di stampa 3D.
- Le esigenze relative a strumentazione e infrastrutture analitiche includono software compatibili con DICOM, stampanti stereolitografiche e sistemi di post-elaborazione per la polimerizzazione UV.
- Requisiti di standardizzazione tra gruppi multidisciplinari, tra ingegneria, radiologia e chirurgia, per una revisione coerente dei dati e la validazione dei modelli.
- Considerazioni sull'adattamento nei diversi sistemi di modellazione, inclusi aggiustamenti per geometrie vascolari e tracheali variabili nelle anomalie congenite.
- Limitazioni pratiche includono la dipendenza da immagini di ingresso ad alta qualità e il tempo necessario per segmentazione, ricostruzione e stampa.
