복잡 한 대동맥 변칙의 3 차원 인쇄
2018년 11월 1일
여기, 우리는 선 천 성 대동맥 예외를 처리할 때 수술 계획 및 복잡 한 혈관 위치의 내부 요원 개편에 대 한 3 차원 인쇄 모델을 사용 하는 프로토콜을 제시.
이 방법은 카메라 DICOM에 대한 복잡한 대자 변칙 필드에서 주요 질문에 대답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 3D 인쇄 모델이 복잡한 대동맥 수술 중 예측할 수없는 조직 손상의 위험을 줄일 수 있다는 것입니다. 관심 영역의 세분화를 위해 모든 컴퓨터 단층 촬영 및 지리 이미지를 DICOM 형식으로 소프트웨어로 가져오고 두 번 클릭하여 사례 라이브러리 내에서 환자 사례를 엽니다.
DICOM 시리즈를 선택하고 모델 정찰을 클릭하여 모델 재구성 페이지를 엽니다. 엔지니어와 심장 외과 의사 팀이 DICOM 형식의 원시 데이터를 검토하여 주요 해부학 기능 및 관심 영역을 식별하도록 하십시오. 영역을 분할하려면 임계값 분할을 클릭하고 혈관 마스크의 임계값 범위를 조정합니다.
개체 목록 내에서 혈관 마스크를 생성하려면 확인을 클릭하고 재구성을 클릭하여 3D 뷰어 내에서 3D 혈관 마스크를 재구성합니다. 임계값 세분화를 다시 클릭하고 기관 마스크의 임계값 범위를 조정합니다. 윤곽 분할을 클릭하여 관심 영역을 중식 및 폐로 제한하고 마스크 편집을 클릭하여 기관과 폐 사이의 연결을 지웁웁습니다.
영역을 클릭하고 2D 뷰어 중 하나에서 마스크 지점을 클릭하여 시드를 선택합니다. 그 결과 영역이 성장하고 기관 마스크가 개체 목록에 표시되어 있음을 확인합니다. 그런 다음 재구성을 클릭하여 3D 뷰어의 3D 기관을 재구성하고 관심 영역을 마스크로 저장합니다.
관심 영역의 3D 재구성을 위해 내보내기를 클릭하여 3D 모델을 표준 삼각형 언어 파일로 내보내고 모델을 건물 플랫폼의 중앙에 배치합니다. 배의 접선을 단단에 정렬하여 플랫폼의 Z 축과 평행하게 정렬합니다. 지원은 오버행에 자동으로 생성됩니다.
슬라이스를 클릭하고 스테레오리토그래피 프린터에서 적절한 3D 인쇄 매개 변수를 저장하고 설정합니다. 인쇄 후 소프트웨어에 의해 슬라이스된 윤곽을 405나노미터 자외선으로 스캔하여 초당 3미터의 스캔 속도로 감광성 수지를 강화합니다. 그런 다음 수술 전에 외과 의사가 3D 인쇄 모델을 사용하여 3D 모델이 생성된 환자를 위한 상세하고 정확한 수술 계획을 세밀하게 만들어야합니다.
코로나 평면, 횡방향 평면 및 좌측 평면의 이미지를 사용하여 계산된 단층 촬영 및 지리 이미지를 시연된 대로 3D 모델로 재구성할 수 있습니다. 이러한 이미지에서는 대오르타와 Y축을 따라 기관 사이의 해부학적 관계를 관찰할 수 있다. 개발 후, 이 기술은 대동맥 수술에서 혈관 이상을 탐구하는 3D 프린팅 분야의 연구자들이 길을 열었습니다.
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개요
본 논문은 복잡한 혈관 부위, 특히 선천성 대동맥 기형의 수술 전 계획 및 수술 중 정리를 위해 3D 프린팅 모델을 활용하는 프로토콜을 제시합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 심장 수술
- 3D 프린팅 기술
- 혈관 기형
배경
- 선천성 대동맥 기형은 수술 시 상당한 어려움을 초래합니다.
- 해부학적 구조를 이해하는 것은 성공적인 수술 결과를 위해 매우 중요합니다.
- 3D 프린팅은 복잡한 구조의 시각화를 향상시킬 수 있습니다.
- 현재의 방법들은 수술 중 예측 불가능한 조직 손상을 일으킬 수 있습니다.
연구 목적
- 복잡한 대동맥 수술을 위한 수술 전 계획을 개선하기 위함입니다.
- 수술적 개입과 관련된 위험을 줄이기 위함입니다.
- 3D 모델을 통해 혈관 해부학적 구조에 대한 이해를 돕기 위함입니다.
사용된 방법
- DICOM 형식의 이미지를 전문 소프트웨어로 불러오기.
- 데이터 검토를 위한 엔지니어와 심장 외과 의사 간의 협업.
- 임계값 조정을 이용한 관심 영역의 분할.
- 정밀한 수술 계획 수립을 위한 모델 재구성.
주요 결과
- 3D 프린팅 모델은 복잡한 혈관 구조에 대한 실질적인 재현물을 제공합니다.
- 수술 중 주요 해부학적 특징의 식별 능력이 향상됩니다.
- 더 정밀한 수술 전 계획을 통해 조직 손상 위험이 감소합니다.
- 환자 개별 해부학적 구조에 관한 수술팀 간의 의사소통이 강화됩니다.
결론
- 3D 프린팅은 선천성 대동맥 기형의 관리에 있어 가치 있는 도구입니다.
- 이 방법은 수술 결과를 상당히 개선할 수 있습니다.
- 향후 적용 범위는 다른 복잡한 혈관 수술로 확대될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
복잡한 선천성 대동맥 기형은 정확한 해부학적 위치 파악을 위한 2D 영상의 한계로 인해 수술 전 계획 수립에 상당한 어려움이 있습니다. 3차원(3-D) 프린팅은 볼륨 DICOM 영상 데이터를 해부학적으로 실제와 유사한 물리적 모델로 변환하여, 외과 의사가 혈관 위치를 식별하고 복잡한 대동맥 수술 중 예측 불가능한 조직 손상 위험을 줄일 수 있게 합니다. 이러한 접근 방식은 수술적 의사 결정의 예측 신뢰도를 높이며, 기초 연구 발견에서 임상 적용으로 이어지는 중개적 연속성을 강화합니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 과학적 가치: 혈관 기형 연구에서 해부학적 명확성을 위한 실질적인 모델을 제공함으로써 치료 가설의 검증을 가능하게 합니다.
- 운영적 가치: 주요 해부학적 특징의 식별 능력을 향상시켜 생물학적 리스크를 감소시키고, 표적 검증의 모호함을 줄여줍니다.
- 예측적 가치: 중재 시술 전 수술 가능 여부와 위험도를 평가할 수 있게 하여 포트폴리오 분류 및 우선순위 결정을 강화합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: 영상 데이터를 표준화된 3D 모델로 변환하여 후속 워크플로를 위한 검증된 생물학적 유사체를 준비합니다.
- 운영적 가치: DICOM 입력값을 통해 일관된 모델을 생성함으로써 분석의 표준화 및 재현성 문제를 해결합니다.
- 확장성: 혈관 기형 연구 전반에 걸친 플랫폼 재사용 가능성을 강조하여, 전임상 환경에서 신뢰할 수 있는 화합물 또는 기기 평가를 가능하게 합니다.
중개 및 전임상 연구
- 과학적 가치: Y축을 따라 대동맥-기관의 공간적 관계를 모델링하여 질환과의 관련성을 논의함으로써 기전적 이해를 지원합니다.
- 운영적 가치: 외과적 접근 방식의 반복적인 설계와 테스트를 가능하게 하여, 발견 단계부터 전임상 검증까지의 연속성을 설명합니다.
- 위험 조정 진전: 혈관 중재술 개발 시 go/no-go 기준의 근거가 되는 수술 전 모델을 제공함으로써 위험 조정된 의사결정을 다룹니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 방법은 초기 탐색부터 전임상 단계에 이르는 발견 연속체에 통합되어, 혈관 기형 연구에서의 가설 검증, 경로 규명 및 생물학적 리스크 감소를 지원합니다.
- 발견 생물학(Discovery Biology): 복잡한 대동맥-기관 해부학적 관계의 시각화를 가능하게 함으로써, 이 방법이 어떻게 가설 검증과 경로 명확화를 지원하는지 설명합니다.
- 스크리닝(Screening): 분할된 DICOM 데이터로부터 재현 가능한 3D 모델 생성을 통해 분석 준비 상태를 설명하며, 신뢰할 수 있는 평가를 용이하게 합니다.
- 분석(Analytics): 혈관 및 기관 마스크 생성과 같은 정량적 결과물을 강조하여, 연구팀이 모델 간의 해부학적 상태를 비교할 수 있도록 합니다.
- 중개 연구(Translational Research): 환자 맞춤형 해부학적 구조를 기반으로 수술 계획의 반복적인 개선을 가능하게 하여, 이 방법을 전임상 연속성과 연결합니다.
- 기업적 재사용(Enterprise Reuse): 이 방법을 다양한 모델과 기관에 적용 가능한 혈관 기형 연구를 위한 재사용 가능한 역량으로 정의합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 혈관 기형 모델링에서의 예측 신뢰도 향상, 타겟 검증 및 기전적 모호성 감소.
- 운영적 가치: 임상 영상 데이터를 이용한 3D 모델 생성의 표준화, 재현성 및 확장성 확보.
- 전략적 가치: 외과적 혁신에 있어 보다 나은 go/no-go 결정, 자본 효율성 증대 및 후기 단계의 생물학적 리스크 감소.
- 포트폴리오 영향: 해부학적으로 정확한 수술 전 모델을 기반으로 한 리스크 조정 우선순위 지정 및 추진 결정.
실행 시 고려 사항
- 의료 영상, 세그멘테이션 소프트웨어 및 3-D 프린팅 워크플로우에 관한 과학적 전문 지식이 필요함.
- 계측 및 분석 인프라 요구 사항에는 DICOM 호환 소프트웨어, 광경화 수지 조형(stereolithographic) 프린터 및 후처리 UV 경화 시스템이 포함됨.
- 일관된 데이터 검토 및 모델 검증을 위해 공학, 방사선학 및 외과 팀 간의 팀 간 표준화 요구 사항이 필요함.
- 선천성 기형의 다양한 혈관 및 기관 기하학적 구조에 따른 조정을 포함하여, 모델 시스템 전반의 적응 고려 사항이 필요함.
- 실질적인 제한 사항으로는 고품질 입력 영상에 대한 의존도와 세그멘테이션, 재구성 및 프린팅에 소요되는 시간이 포함됨.
