Name: 複雑な大動脈の異常の三次元印刷 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-11-01T13:30:00.000+00:00
Duration: 3 min 40 s
Description: 学ぶ複雑な大動脈奇形の三次元印刷モデル作成法。DICOM画像のセグメンテーションと再構成により、術前計画を改善し、組織損傷リスクを低減する。心臓外科医とエンジニアの協働で患者固有の血管構造を可視化し、手術チーム間のコミュニケーションを向上させる革新的なアプローチである。

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著者が認める「広陳」プロジェクトは、上海市教育委員会、上海教育でサポートされて国家自然科学基金、中国の (第 81771971)、上海浦江プログラム (号 14PJD008 と 17PJ1401500) からの資金開発基金 (第 14 CG 06)、上海 (番 17411962800、17ZR1432900) および科学自然科学基金、上海自治体 (17JC1400200) の技術委員会。W. Z. 認める中国の 1000 若い才能プログラム、上海自治体 (若い東教授賞) および科学の教育委員会、国家自然科学基金、中国の (31501555、81772007、および 21734003) からの資金と上海市の技術委員会 (17JC1400200、16391903900)。

本研究は、中山病院復旦大学 (B2016-142R) の倫理委員会によって承認された、すべての参加者は、インフォームド コンセントを与えた。
1. 症状と画像データの取得による大動脈の異常の診断
<ol><li>外来で胸部の痛み、嚥下障害、上肢の血圧差などの症状を持っている患者を識別します。操作の寛容かもしれない患者を除外します。</li>
	<li>Kommerell 憩室8を診断するこれらの患者の CT 血管造影を実行します。</li>
</ol>2. 関心領域のセグメンテーション
<ol><li>DICOM 形式でソフトウェアにすべての CT 血管造影の画像をインポートします。これらの画像の解像度は 512 × 512 ピクセルとスライス厚 1 mm であった。<ol>
<li>事例ライブラリから症例をダブルクリックして開きます。</li>
		<li>DICOM シリーズ、モデル偵察モデル偵察ページを開くをクリックします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>エンジニアと心臓外科医のレビュー、DICOM のチーム主な解剖学的機能と利益 (率 ROI) の領域を識別するために生データを書式設定します。</li>
	<li>グレー値に基づくしきい値を使用して、ROI をセグメントします。<ol>
<li>しきい値分割ボタンをクリックし、血管のマスクのしきい値の範囲を調整します。既定の範囲は、226 に 3071 の間です。</li>
		<li>しきい値セグメンテーションの確認ボタンをクリックし、血管のマスクは、オブジェクト リストに表示されます。マスクと 3次元血管マスクの右から偵察ボタンをクリックは再建され、3 D ビューアーで表示されます。</li>
		<li>しきい値分割ボタンをクリックし、気管マスクのしきい値の範囲を調整します。縦隔や肺に関心の領域を制限するマーキー 分割ボタンをクリックします。既定の範囲は、-520 を-1024 の間です。</li>
		<li>マスクの編集ボタンをクリックし、気管と肺の間の接続を消去します。</li>
		<li>地域成長ボタンをクリックし、任意のポイント/ピクセルで 2 D 視聴者のいずれかでマスクをクリックして種子を選択します。確認し、結果として地域が大きくなるし、気管のマスクがオブジェクトの一覧に表示されますを確認します。</li>
		<li>マスクの右に偵察ボタンをクリックし、3-D 気管、3次元ビューアーで再構築されます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>三次元再構成のためのマスクとして投資収益率を保存します。</li>
</ol>3. 投資収益率の再構成
<ol><li>3 D モデルのサーフェス メッシュを計算する灰色値の補間アルゴリズムを採用します。表面にマスクの一番外側の画素を合わせて三角形を作る。</li>
	<li>STL ファイルとして 3-D モデルをエクスポートするのには [エクスポート] ボタンをクリックします。</li>
	<li>プラットフォームを構築の中心にモデルを配置します。プラットフォームを構築の Z 軸に平行にその先端の船の中心線の接線を合わせ、モデルを向き。サポートは、既定のパラメーターを使用してオーバー ハングする自動的に生成されました。</li>
	<li>スライスをクリックして |保存に 3-D 印刷の準備ができてファイルとして保存します。</li>
</ol>4. 3次元印刷
<ol><li>Stereolithographic 3次元プリンターで印刷を実行します。次のパラメーターを使用する: 1 mm、建物、512 × 512 ピクセルの解像度のスライス距離層厚さ 0.1 mm と 80 μ m のレーザー スポット径。</li>
	<li>405 で紫外線を使用して、ソフトウェアによってスライスの輪郭をスキャンすることによって感光性樹脂を強化する nm。紫外光レーザー スピードは、3 m/s です。 注: デジタル 3-D モデルの 1 つのスライスに建てられた、プラットフォームを構築は次のスライスのために 0.1 ミリメートルを行った。物理モデルは、層によって建てられました。次の層は、前の層の上に形成されました。三次元の物理的なモデルは、この方法に層を建てられました。</li>
</ol>5. 術前計画と 3 D プリント モデルを用いた術中のレビュー
<ol><li>、手術前に外科医の詳細な確認をして 3 D を学ぶことによって各患者の正確な手術計画印刷モデル。</li>
	<li>、手術中に手術室に 3 D プリント モデルを配置し、看護師はそれらを保持しています。解剖学的詳細は、血管の場所と分離の間に外科医によって検討しました。 注: 憩室切除・再建大動脈の枝に、外科的治療が含まれています。含浸不織布ポリエステル チューブ移植は摘出大動脈1,2,3,9を置き換えるに適用されました。すべての患者は、手術後心臓外科集中治療室に送られました。</li>
</ol>

<ol><li>Tanaka, A., Milner, R., Ota, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kommerell%27s+diverticulum+in+the+current+era%3A+a+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22General+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Kommerell's diverticulum in the current era: a comprehensive review.</a> General Thoracic and Cardiovascular Surgery. 63 (5), 245-259 (2015).</li>
<li>Rosu, C., Dorval, J. F., Abraham, C. Z., Cartier, R., Demers, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-stage+hybrid+repair+of+right+aortic+arch+with+Kommerell%27s+Diverticulum%5BTitle%5D)+AND+%22The+Annals+of+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Single-stage hybrid repair of right aortic arch with Kommerell's Diverticulum.</a> The Annals of Thoracic Surgery. 103 (4), e381-e384 (2017).</li>
<li>Idrees, J., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022522313002614">Hybrid repair of Kommerell diverticulum.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (3), 973-976 (2014).</li>
<li>Kankala, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/aa8113/meta">Fabrication of arbitrary 3-D components in cardiac surgery: from macro-, micro- to nanoscale.</a> Biofabrication. 9 (3), 032002(2017).</li>
<li>Vukicevic, M., Mosadegh, B., Min, J. K., Little, S. H. <a target="_blank" href="http://imaging.onlinejacc.org/content/10/2/171?download=true">Cardiac 3-D printing and its future directions.</a> JACC Cardiovascular Imaging. 10 (2), 171-184 (2017).</li>
<li>Yoo, S. J., Spray, T., Austin, E. H., Yun, T. J., van Arsdell, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hands-on+surgical+training+of+congenital+heart+surgery+using+3-dimensional+print+models%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Hands-on surgical training of congenital heart surgery using 3-dimensional print models.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (6), 1530-1540 (2017).</li>
<li>Hermsen, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scan%2C+print%2C+practice%2C+perform%3A+Development+and+use+of+a+patient-specific+3-dimensionalprinted+model+in+adult+cardiac+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Scan, print, practice, perform: Development and use of a patient-specific 3-dimensionalprinted model in adult cardiac surgery.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (1), 132-140 (2017).</li>
<li>Sun, X., Zhang, H., Zhu, K., Wang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patient-specific+three-dimensional+printing+for+Kommerell%27s+diverticulum%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Patient-specific three-dimensional printing for Kommerell's diverticulum.</a> International Journal of Cardiology. 255, 184-187 (2018).</li>
<li>Ota, T., Okada, K., Takanashi, S., Yamamoto, S., Okita, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+treatment+for+Kommerell%27s+diverticulum%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Surgical treatment for Kommerell's diverticulum.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 131 (3), 574-578 (2006).</li>
<li>Agematsu, K., Ueda, T., Hoshino, S., Nishiya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rupture+of+Kommerell+diverticulum+after+total+arch+replacement%5BTitle%5D)+AND+%22Interactive+Cardiovascular+and+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Rupture of Kommerell diverticulum after total arch replacement.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 11 (6), 800-802 (2010).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

大動脈奇形は、しばしば複雑な大動脈異常を示す心血管疾患のまれなスペクトルを構成します。MR、CT などの医用画像が必要な複雑な大動脈弓異常を明らかにする、異常分岐パターン、気管と食道との関係およびその他関連する病態。CT、MR 血管造影では、大動脈の血管の場所の 2 D 情報を提供できます。2 D 画像の 3次元デジタル復元、大動脈の血管の解剖学的関係をさらに定義できます。しかし、外科医のための現実的な解剖学的構造のクリアな視界を提供するのに十分です。Kommerell 憩室、まれな先天性大動脈異常変動とこの病気の1の複雑さのためのいくつかの外科医のために理解することは困難です。したがって、この病気の外科的管理を最適化する必要があります。
ここで説明したワークフローでは、診断画像データ、関心の領域の分割、デジタル 3次元モデルを構築する、3 D モデル、術前計画、術中の確認印刷に基づいて含まれています。CT は手術前に大動脈の異常の診断に一般的なイメージ投射様相です。サブミリ波、優れた空間分解能による CT、3次元印刷に使用されます。...

大動脈奇形、大動脈弓系の非常にまれな先天性奇形です。画像解析によって、または嚥下障害のようなエンティティの評価による彼ら診断することができます。 または鎖骨下1を盗みます。臨床では、手術2,3中の可視化が限られている狭い手術空間の解剖学的異常を識別するために重要です。現在、従来の平面二次元 (2 D) 画像、コンピューター断層撮影 (CT) や磁気共鳴画像 (MRI) などは通常、手術前に外科医に提示されます。ただし、2 D イメージングに基づく異常のイメージを外科医のために困難です。したがって、手術中に複雑な大動脈血管を分離しようとしながら予測不可能な難しさに出会うことができます。血管、気管、食道に予測不可能な傷害が発生し、悲惨な結果が発生します。
過去 10 年間で 3次元イメージングのモデリングは、複雑な解剖学的異常4,5,6,7を理解する外科医を助ける心臓手術で使用されています。三次元 (3 D) 印刷技術は、物理モデルのモデリング データに変換を助けることができます。デジタルの再建と比べると 3次元プリント物理モデル解剖学的詳細のより良い理解を提示でき奇形の直感的ビューを提供します。大動脈異常手術、大動脈の場所の理解不足が患者に悲惨なことができるので、プリントされた直感的 3次元モデルは重要です。外科の間に任意間違いは予測不可能な出血やけがにつながる可能性があります。プリントのモデルを使用すると、外科医は大動脈の枝の空間的な関係を完全に理解できます。手術中に外科医はまた複雑な血管の場所の混乱を避けるために 3-D モデルのリアルタイム レビューを実行できます。
ここでは、術前計画と先天性の大動脈弁疾患に対処しながら術中の指導のための 3次元プリント モデルを適用するプロトコルを提案する.Kommerell 憩室、複雑な先天性の大動脈異常の種類は、ケーススタディとして選ばれました。手順には、計算された断層レントゲン写真撮影の血管造影 (CTA) イメージング、関心の領域の分割、建物の 3 D モデル、術前手術計画、術中 3 D プリント モデル8の見直しに基づく診断が含まれます。この 3 D 印刷の戦略は大幅に手術中に予測不可能な組織傷害の危険を減らすことができます。

<table><tbody><tr><td>3Dプリンタ</td><td>株式会社メディツールエンタープライズ</td><td></td><td>3Dプリント用</td></tr><tr><td>カオス Version 2.0</td><td>株式会社メディツールエンタープライズ</td><td></td><td>3Dセグメンテーション・再構築用</td></tr></tbody></table>

複雑な大動脈の異常の三次元印刷

Three-Dimensional Printing of a Complex Aortic Anomaly

複雑な先天性大動脈奇形には、臨床的に無症候性や呼吸や食道の症状で存在できる奇形の様々 な種類が含まれます。これらの異常は他の先天性心疾患と関連付けられるかもしれない。コンピューター断層撮影など、二次元の画像データから正確な解剖学的血管の場所を特定するは難しいです。添加剤の製造方法として三次元 (3 D) 印刷は、三次元の物理モデルに隠密取得した画像データをことができます。このプロトコルは、体積の DICOM の 3次元データに画像と解剖学的に現実的な 3 D モデルとして印刷モデリング手順を説明します。このモデルを使用して、外科場所を確認できます容器、複雑な大動脈の異常の術前計画と術中の指導のために有用であります。

CT 血管造影画像、デジタル モデリング、3次元印刷の買収は、すべての病院で行われました。2 時間は、3-D モデル CT 血管造影画像から 3次元印刷の準備に費やされました。ここで、手順と 3 D プリンターを使用して、医師に患者特有の 3 D 物理モデルをすぐに送信できるし、時間手術の判断が可能します。CT 血管造影検査データの取得から 3次元印刷までのワークフローは、図 1に示されました。(図 2 a) のコロナの平面、横断面 (図 2 b) と矢状面 (図 2)、血管造影 ct は 3次元モデル (図 2 D) に再建されました。大動脈と気管の解剖学的関係は、y 軸に沿って表示されていた (図 3 a<stro...

ここでは、先天性大動脈異常を処理する際に、術前計画と複雑な血管の場所の術中の再編成に 3次元印刷モデルを使用するプロトコルを提案する.

Complex congenital aortic anomalies include diverse types of malformations that may be clinically asymptomatic or present with respiratory or esophageal ...

この方法は、カメラ DICOM に関する複雑な大間異常フィールドの主要な質問に答える助けとなります。この技術の主な利点は、3Dプリントモデルが複雑な大動脈手術中に予測不可能な組織損傷のリスクを減らすことができるということです。関心のある領域のセグメンテーションのためにDICOM形式でソフトウェアにコンピュータ断層撮影および地理画像のすべてをインポートし、ケースライブラリ内の患者のケースを開くためにダブルクリックします。DICOM シリーズを選択し、モデルの偵察をクリックして、モデルの再構築ページを開きます。エンジニアと心臓外科医のチームに、DICOM形式の生データをレビューしてもらい、主要な解剖学的特徴と関心のある領域を特定します。領域をセグメント化するには、閾値の区分をクリックし、血管マスクのしきい値範囲を調整します。[確認]をクリックしてオブジェクトリスト内に血管マスクを生成し、偵察をクリックして3Dビューア内の3D血管マスクを再構築します。しきい値セグメンテーションをもう一度クリックし、気管マスクのしきい値範囲を調整します。マーキーセグメンテーションをクリックして、目的の領域を遠間と肺に制限し、マスク編集をクリックして気管と肺の間の接続を消去します。[領域が拡大]をクリックし、2D ビューアのいずれかのマスクの任意のポイントをクリックしてシードを選択します。結果として領域が拡大し、気管マスクがオブジェクトリストに表示されることを確認します。次に、[偵察]をクリックして 3D ビューアで 3D 気管を再構築し、対象領域をマスクとして保存します。対象領域の 3D 再構築の場合は、[エクスポート] をクリックして、3D モデルを標準の三角形言語ファイルとしてエクスポートし、建物のプラットフォームの中心にモデルを配置します。容器の中心線の接線を、プラットフォームの Z 軸に平行になるように、その端部に合わせます。サポートは、オーバーハングに自動的に生成されます。[スライス]をクリックして保存し、ステレオリソグラフィプリンタで適切な3D印刷パラメータを設定します。印刷後、ソフトウェアでスライスした輪郭を405ナノメートルの紫外線でスキャンし、感光樹脂を毎秒3メートルのスキャン速度で硬化させます。次に、手術前に、外科医に3Dプリントモデルを使用して、3Dモデルが生成された患者に対して詳細かつ正確な手術計画を立てるようにします。コロナ平面、横平面、および矢状平面からの画像を使用して、コンピュータ断層撮影と地理画像を3Dモデルに再構築することができます。これらの画像では、Y軸に沿った大間と気管の解剖学的関係が観察される。その開発後、この技術は、大動脈手術における血管異常を探求する3Dプリンティングの分野の研究者のための道を開きました。

three-dimensional-printing-of-a-complex-aortic-anomaly

Research

JoVE Journal

Medicine

医学

ここで超音波エラストグラフィのテストで使用するための動脈瘤、大動脈の組織模倣ファントムを製造する方法をについて説明します。コンピューター支援設計 (CAD) と 3 次元 (3 D) 印刷技術生産大動脈ファントム予測可能な複雑な形状と elastographic...

腹部大動脈組織模倣ヒドロゲル製造超音波エラストグラフィ検証用ファントム

このプロトコルは、外科シミュレーションに使用される患者特有の解剖学的頭蓋骨モデルの完全に着色された3次元プリントの製造を記述する。異なるイメージングモダリティ、画像セグメンテーション、3次元モデル抽出、プリントの製造を組み合わせる重要なステップについて説明します。...

脳神経外科における複雑頭蓋内腫瘍の多色3D印刷

スピンコーティング、ポリジェット印刷、および融合蒸着モデリングが統合され、生体組織の構造的および機能的特性をシミュレートする多層異種ファントムを生成します。...

生体組織をシミュレートするファントムのマルチモーダル3Dプリンティング

ここでは、マルチモーダル療法評価、介入前計画、心血管解剖学に関する医師訓練のための模擬循環セットアップの開発を紹介する。患者固有の断層図スキャンの適用と、このセットアップは、個別化医療における治療アプローチ、トレーニング、および教育に最適です。...

介入計画と訓練のための3Dプリント心血管ファントムの開発と評価

患者固有のモデルは、外科計画を開発または学習する際に、外科医と仲間の信頼を向上させます。3次元(3D)プリンタは、手術の準備に十分な詳細を生成しますが、組織触覚忠実度を複製することができません。3Dプリンティング精度とシミュレートされたシリコーン組織を組み合わせた、患者固有のシリコーン心臓モデルの作成を詳述したプロトコルが提示されます。...

手術前計画と実習訓練における応用を有する患者特異的シリコーン心臓モデルの作成

この方法は、正確な空間忠実度と空間/コントラスト解像度で医用画像から直接印刷するボクセルベースの3D印刷ワークフローを示しています。これにより、形態学的に複雑で目盛りのある材料を介して、データの損失や変更なしに放射密度に相関する材料分布の正確で段階的な制御が可能になります。...

ボクセル印刷の解剖学:ビットマップ印刷による現実的な手術前計画モデルの設計と製造

提示された方法は、3次元(3D)足場(例えば、心臓弁小葉)における生体模倣繊維構造を工学するための革新的な方法を提供する。3Dプリントされた導電性形状を使用して、形状と寸法を決定しました。繊維配向および特性は、層ごとに個別に調整可能であった。1つのセットアップで複数のサンプルを製造できます。...

3Dプリンティングとエレクトロスピニングを組み合わせて、生体模倣心臓弁リーフレットを製造

このプロトコルは、人間の心臓から得られたサンプルを微視的スケールと巨視的スケールで分析するための包括的なパイプラインを提供します。...

ヒト心臓のマルチスケール3次元解剖学的研究のためのパイプライン

ここでは、マウス大動脈を3次元(3D)で画像化するために最適化された組織透明化プロトコルを紹介します。私たちは、アテローム性動脈硬化症プラークを持つ末梢神経系の解剖学的近接性とアテローム性動脈硬化症の到来を定義することを目的として、免疫染色、光学クリアリング、およびイメージングのための最先端の手順を描写します。...

アテローム性動脈硬化症における大動脈組織の三次元イメージング

ここでは、コンピューター断層撮影に基づいて心臓モデルをゼロから構築し、3次元(3D)印刷と複合現実技術を使用して医学生に解剖学を学ぶためのプロトコルについて説明します。...

教育における複合現実技術と3次元印刷:例としての心臓解剖学

学ぶ複雑な大動脈奇形の三次元印刷モデル作成法。DICOM画像のセグメンテーションと再構成により、術前計画を改善し、組織損傷リスクを低減する。心臓外科医とエンジニアの協働で患者固有の血管構造を可視化し、手術チーム間のコミュニケーションを向上させる革新的なアプローチである。

複雑な大動脈の異常の三次元印刷

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