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
2023年2月17日
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
本研究では、パーソナライズされた3Dプリントモデルを用いて、甲状腺手術の前術的評価を向上させる新しいアプローチを提示します。この手法は、時間とコストを削減しながら、患者とのコミュニケーションを改善し、手術の確実性を高めることを目的としています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 生物学
- 外科的手法
背景
- 甲状腺は周囲の構造物と密接に関係しているため、甲状腺手術は複雑になる場合があります。
- 手術を成功させるためには、術前の評価が極めて重要です。
- 手術計画において、3Dイメージング技術の重要性がますます高まっています。
- 個別化モデルを用いることで、解剖学的関係の視覚化に役立てることができます。
研究目的
- 甲状腺手術における術前評価を改善すること。
- 手術手順に関する患者への説明とコミュニケーションを向上させること。
- 視覚化の向上により、手術の確実性を高めること。
使用方法
- 患者の甲状腺の造影コンピュータ断層撮影（CT）スキャン。
- DICOM形式で取得した画像データ。
- スキャン画像をインポートおよび処理するために使用したソフトウェア。
- 組織間のグレー値の差に基づいて調整したしきい値設定。
主な結果
- 手術計画のために高精細な3D画像を生成できます。
- パーソナライズされた3Dモデルにより、甲状腺と周囲の構造物との位置関係を効果的に示すことができます。
- この手法により、術前評価に関連する時間とコストを削減できます。
- 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
- パーソナライズされた3Dプリントモデルは、甲状腺手術の計画に有用である。
- この手法により、術前の評価が向上し、手術成績が改善される。
- 今後の応用として、他の種類の手術への展開が期待される。
よくある質問
産業界における重要性
患者のCTデータに基づいたパーソナライズド3Dプリント解剖学的モデルにより、甲状腺がんのような複雑な術野における精密な術前評価が可能になります。この機能は、手術計画を高度化し、術中の不確実性を軽減し、重要構造物に対するリスク低減を支援します。このようなモデルを研究開発パイプラインに統合することで、デバイス開発、イメージングの検証、および手術成績に関するトランスレーショナルリサーチに寄与します。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- デバイスまたはイメージング技術の革新に向けた、解剖学的仮説の検証をサポートします。
- メカニズム解析によるリスク低減のため、重要構造の機能マッピングを可能にします。
- イメージングの閾値およびセグメンテーション・アルゴリズムのバリデーションを促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 撮像剤や手術器具を評価するための、標準化された患者固有のモデルを提供します。
- 制御された環境下で、デバイスと組織の相互作用を再現性高く評価することが可能です。
- 前臨床段階の撮像システムまたはナビゲーションシステムの定量的なベンチマーク評価を支援します。
翻訳・前臨床研究
- 前臨床段階のデバイスまたはイメージング研究を、ヒトの解剖学的変動に適合させることができます。
- 患者個別の外科的課題をモデル化することで、トランスレーショナルな連続性を向上させます。
- 新しい手術技術や介入策について、リスクを調整した評価を可能にします。
パイプラインおよびワークフローの統合
パーソナライズされた3Dプリントモデルは、画像データと手術計画を橋渡しし、画像診断の検証から前臨床デバイス試験、さらにはトランスレーショナルリサーチに至るまで、幅広いワークフローを支援します。
- 探索生物学： 解剖学的関係およびデバイスの標的設定に関する仮説主導の評価を可能にします。
- スクリーニング： デバイスまたはイメージング剤の評価に向けた、再現性のある定量的モデルを提供します。
- 分析： セグメンテーション、造形精度、および解剖学的正確性を比較するための測定可能なアウトプットを提示します。
- トランスレーショナルリサーチ： 前臨床モデルと患者個別の外科的シナリオとの整合性を促進します。
- エンタープライズ再利用： 複数の適応症およびデバイスプログラムにわたる、解剖学的モデリングのための拡張可能なプラットフォームを構築します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：解剖学的忠実性を高めることで、デバイスやイメージング性能の予測精度を向上させます。
- 運用の価値：術前評価とモデル作成を標準化し、再現性を確保します。
- 戦略的価値：臨床実装前に解剖学的な課題を明確にすることで、後期の開発リスクを低減します。
- ポートフォリオへの影響：解剖学的な実現可能性に基づき、デバイス、イメージング、または外科的イノベーションプログラムの優先順位付けに活用します。
実施上の考慮事項
- 医療画像、セグメンテーション、および3Dプリンティング技術に関する専門知識が必要です。
- 高解像度CT画像および互換性のあるDICOM処理ソフトウェアへのアクセスが不可欠です。
- セグメンテーションの閾値およびプリンティングパラメータについて、チーム間での標準化が必要です。
- 異なる解剖学的領域や外科的適応に応じて、調整が必要になる場合があります。
- モデルの忠実度および材料の選択は、意図する前臨床的またはトランスレーショナルな用途に適合させる必要があります。
