甲状腺手術における術前評価のためのパーソナライズされた3Dプリントモデル
February 17th, 2023
ここでは、甲状腺手術の術前評価のためにパーソナライズされた3Dプリントモデルを確立する新しい方法が提案されています。術前の話し合いに役立ち、甲状腺手術の難易度を軽減します。
この研究では、パーソナライズされた3D甲状腺モデルを通じて、術前評価、患者コミュニケーション、および甲状腺手術の外科的確実性を改善することを目指しています。この技術は、より少ない時間とコストで甲状腺と周囲の構造との関係を非常に勇敢に回復することができます。高精度の3D画像またはパーソナライズされた3Dモデルを取得できれば、満たすことができます。
たとえば、肝臓手術です。強化されたコンピュータ断層撮影によって患者の甲状腺をスキャンし始め、DICOM形式の画像データを取得する。スキャンした画像データをソフトウェアにインポートし、甲状腺と周囲の組織や臓器とのグレー値の差に応じて適切な閾値を設定します。
異なるグレー値は人体の異なる領域の強度の違いを反映するので、グレースケールのしきい値を226〜1500に設定して骨画像を表示し、しきい値をマイナス200〜226に設定して甲状腺画像を表示します。ソフトウェアにボックス化された領域を自動的に識別させるか、認識が満足のいくものでない場合はターゲット領域の境界を手動で概説します。再構築されたデータモデルからSTLファイルを生成します。
再構築された3Dモデルについて医師の承認を得た後、STLファイルデータをカラフルな素材の3Dプリンターに転送し、サポートされている3D印刷スライスソフトウェアを介してパラメータープリセットを設定します。完成品の種類に応じて印刷モデルを選択してください。カラー印刷モデルは通常、ホワイトジェットプロセス技術を使用します。
感光性樹脂はデジタル光行列を使用していますが。製品の厚さに応じてスライスストロークの厚さパラメータを選択します。ここでは、23〜36マイクロメートルである。
印刷モデルの細かさに応じて、保護を強化し、細部への損傷を減らすための全体的なサポート、または材料を節約する部分的なサポートのいずれかを選択します。次に、プリンターのカラーパレット機能を使用してモデルの色を選択します。動脈を赤色255で、静脈を青色255で統一します。
3Dプリンターに硬質光硬化樹脂を充填します。印刷プラットフォームをデバッグし、ホワイトジェットプロセス技術を使用して印刷します。印刷後、予備印刷された甲状腺モデルを取り出します。
手袋をはめた手で予備モデルの周りにサポートを分解して巻き付けて支持構造を引き、支持構造の本体の大部分を取り外します。モデルを水酸化カルシウムアルカリ溶液を含む超音波洗浄機に入れて、15分間洗浄します。モデルを湿ったサンドブラスターに入れ、表面の残りの支持構造が洗い流されるまですすぎます。
次に、電動グラインダーヤスリまたは砥石でモデルを研削します。研削後、モデルの表面の半分にある大面積のカラーブロックにワニスをスプレーします。次に、小さな領域のカラーブロックにワニスを手動でペイントします。
次に、モデルをUV硬化機に入れて30秒間硬化させます。次に、モデルを取り出し、95%アルコールで清掃します。完成した甲状腺モデルを梱包し、手術前に外科医への納品を完了します。
このアプローチに従って、甲状腺癌患者の手術前に、強化されたコンピューター断層撮影を通じて甲状腺領域の完全な3Dプリントモデルが構築されました。高品質の3D画像は印刷の基礎です。WGP印刷技術は、高品質の3Dモデルの重要なポイントです。
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概要
この研究は、個別化された3Dプリントモデルを使用して甲状腺手術の術前評価を向上させる新しいアプローチを提示します。この方法は、患者とのコミュニケーションと手術の確実性を向上させながら、時間とコストを削減することを目的としています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 生物学
- 外科技術
背景
- 甲状腺手術は、腺と周囲の構造との関係のため複雑になる可能性があります。
- 術前評価は手術の成功にとって重要です。
- 3Dイメージング技術は手術計画においてますます重要になっています。
- 個別化されたモデルは解剖学的関係の視覚化を助けることができます。
研究の目的
- 甲状腺手術の術前評価を向上させる。
- 手術手順に関する患者とのコミュニケーションを向上させる。
- より良い視覚化を通じて手術の確実性を高める。
使用した方法
- 患者の甲状腺の強化されたコンピューター断層撮影スキャン。
- DICOM形式で得られた画像データ。
- スキャンされた画像をインポートおよび処理するために使用されるソフトウェア。
- 組織間のグレー値の違いに基づいて調整されたしきい値設定。
主要な結果
- 手術計画のための高精度の3D画像を生成できます。
- 個別化された3Dモデルは甲状腺と周囲の構造との関係を効果的に示します。
- この方法は術前評価に関連する時間とコストを削減します。
- 手術に関する患者の理解とコミュニケーションが向上します。
結論
- 個別化された3Dプリントモデルは甲状腺手術計画に有益です。
- このアプローチは術前評価を向上させることで手術結果を向上させます。
- 将来の応用は他の種類の手術にまで拡大する可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Personalized 3D-printed anatomical models derived from patient CT data enable precise preoperative evaluation in complex surgical fields such as thyroid cancer. This capability enhances surgical planning, reduces intraoperative uncertainty, and supports risk mitigation for critical structures. Integrating such models into R&D pipelines can inform device development, imaging validation, and translational research on surgical outcomes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Supports anatomical hypothesis testing for device or imaging innovation.
- Enables functional mapping of critical structures for mechanistic de-risking.
- Facilitates validation of imaging thresholds and segmentation algorithms.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, patient-specific models for evaluating imaging agents or surgical tools.
- Enables reproducible assessment of device-tissue interactions in a controlled setting.
- Supports quantitative benchmarking of preclinical imaging or navigation systems.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical device or imaging studies with human anatomical variability.
- Improves translational continuity by modeling patient-specific surgical challenges.
- Enables risk-adjusted evaluation of new surgical technologies or interventions.
Pipeline & Workflow Integration
Personalized 3D-printed models bridge imaging data and surgical planning, supporting workflows from discovery imaging validation to preclinical device testing and translational research.
- Discovery Biology: Enables hypothesis-driven evaluation of anatomical relationships and device targeting.
- Screening: Provides reproducible, quantitative models for device or imaging agent assessment.
- Analytics: Delivers measurable outputs for comparing segmentation, printing fidelity, and anatomical accuracy.
- Translational Research: Facilitates alignment of preclinical models with patient-specific surgical scenarios.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable platform for anatomical modeling across multiple indications and device programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in device or imaging performance through anatomical fidelity.
- Operational Value: Standardizes preoperative evaluation and model production for reproducibility.
- Strategic Value: Reduces late-stage risk by clarifying anatomical challenges before clinical implementation.
- Portfolio Impact: Informs prioritization of device, imaging, or surgical innovation programs based on anatomical feasibility.
Implementation Considerations
- Requires expertise in medical imaging, segmentation, and 3D printing technologies.
- Demands access to high-resolution CT imaging and compatible DICOM processing software.
- Necessitates cross-team standardization of segmentation thresholds and printing parameters.
- Adaptation may be needed for different anatomical regions or surgical indications.
- Model fidelity and material selection must align with intended preclinical or translational use.
