중재 계획 및 교육을 위한 3D 인쇄 심장 혈관 팬텀의 개발 및 평가

제시된 방법은 시험관 내 시험, 교육 및 절차의 계획에 대한 환자 특정 해부학 심장 혈관 모형의 창조를 허용합니다. 이 방법은 흐름 루프 또는 교육 설정에 쉽게 포함될 수 있는 방사선 데이터 집합을 기반으로 3D 인쇄 가능한 개별 해부학 모델을 만드는 표준화된 접근 방식을 제공합니다. 이 모델링 접근은 심장 혈관 시스템에 집중하는 동안, 그것은 그밖 해부학 적인 구조물로 옮겨질 수 있습니다.

방사선 데이터 세트의 품질은 모델링 중에 발생하는 어려움에 큰 영향을 미칩니다. 첫 번째 모델의 경우 최소한의 무브먼트 아티팩트와 높은 공간 해상도가 있는 데이터 집합을 사용합니다. 시작하려면 임계값 을 열어 대비가 향상된 혈액 볼륨 및 뼈 구조의 결합 된 마스크를 생성하여 Hounsfield 단위 값의 범위를 정의합니다.

최종 3D 모델에서 바람직하지 않은 모든 골격 부품을 분리하여 분할 마스크 도구를 사용하여 Hounsfield 값과 위치를 기반으로 전체 조각에서 여러 영역을 표시하고 분리할 수 있습니다. 이 분리 에 따라, 대조 향상 된 혈액 볼륨을 포함 하는 마스크 남아 있는지 확인. 이 작업은 관상 및 축 평면을 스크롤하고 생성된 마스크를 기본 데이터 집합과 일치시켜 수행할 수 있습니다.

이 마스크에서 렌더링된 3D 다각형 표면 모델을 계산합니다. 로컬 스무딩 도구를 클릭하여 분할된 모델의 표면을 수동으로 로컬로 조정합니다. 이전 트리밍 작업에서 만든 거친 다각형 모양, 단일 피크 및 거친 가장자리를 제거하는 데 중점을 둡니다.

모델의 이후 흐름 루프를 흐름 루프에 연결할 수 있도록 하려면 사용 가능한 호스 커넥터 및 튜브 직경에 맞게 조정된 정의된 직경이 있는 관 부품을 포함합니다. 배의 개구부 단면에 평행하게 데이텀 평면을 배치하려면 도구를 선택하고 Datum 평면을 만들고 미리 설정된 3점 평면을 사용합니다. 다음으로, 선박의 단면에 세 개의 동등하게 간격이 있는 점을 클릭하여 평면을 만듭니다.

명령 창에 10mm의 오프셋을 입력하고 작업을 확인합니다. 메뉴에서 그리기 스케치 도구를 선택하고 이전에 만든 다툼 평면을 스케치의 위치로 선택합니다. 스케치에서 원형을 대략 적인 선에 놓고 경전 제약 조건을 호스 커넥터의 외부 직경과 일치하도록 설정합니다.

생성된 스케치에서 Extrude 도구를 사용하여 길이가 10mm인 원통을 만듭니다. 압출을 방향을 지정하여 용기 개구부에서 벗어나 실린더와 10mm의 선박 단면 사이의 거리를 만듭니다. 그런 다음 로프트 도구를 사용하여 선박 끝과 기하학적으로 정의된 실린더 사이의 연결을 만듭니다.

최종 3D 흐름 모델에서 난류와 낮은 유동 영역을 방지하여 두 단면 사이의 원활한 전환을 보장합니다. 마지막으로, 중공 도구를 사용하여 명령 창에 중공 혈액 공간을 만들고 필요한 벽 두께를 넣고 바깥쪽으로 이동하는 중공 과정의 방향을 설정합니다. 중공 프로세스를 실행하도록 선택을 확인합니다.

슬라이싱 소프트웨어에서 3D 프린터에 인쇄 파일을 업로드한 후 프린터 카트리지의 인쇄 재료 및 지원 재료의 양이 3D 모델에 충분하고 인쇄를 시작합니다. 인쇄 공정에 따라 완성된 모델에서 지지 재질을 제거합니다. 먼저 모델을 부드럽게 압착하여 지지 재료를 수동으로 제거합니다.

모델을 싱크대에 놓고 덮개를 제거한 후 물이나 용매에 담급다. 하룻밤 사이에 섭씨 40도로 설정된 인큐베이터에서 모델을 건조시하십시오. 다음 날, 1 %의 천에 모델을 포함.

모델 주위에 2센티미터 이상의 측면 여백이 있는 플라스틱 상자를 사용하여 튜브를 용기에서 펌프 및 저수지로 연결할 수 있도록 구멍을 벽에 뚫십시오. 물에 한천을 넣고 끓입니다. 혼합물을 교반 한 후, 5 분 동안 식히고 적어도 2 센티미터 높이의 침대를 만들기 위해 상자에 부어.

한천 침대가 설정되는 동안 모든 개구부에서 상업용 호스 커넥터를 사용하여 모델을 비준수 PVC 튜브에 연결합니다. 지퍼 타이를 사용하여 호스 커넥터와 3D 모델 간의 연결을 수정하고 유체 누설이 없는지 확인합니다. PVC 튜브를 드릴구멍을 통해 상자에 넣은 다음 모델을 세트 한천 침대 위에 놓습니다.

이 구멍에서 한천이 누출되는 것을 방지하려면 내열 모델링 점토를 사용하여 밀봉하십시오. 다음으로 상자를 한천으로 채우고 위에 2센티미터 레이어를 추가하여 모델을 덮습니다. 한천이 완전히 식히고 실온에서 1시간 동안 설정하도록 허용합니다.

120~150밀리리터의 스트로크 볼륨을 가진 피스톤 펌프를 사용하여 심실을 교반합니다. CT 이미징의 경우 드라이브 유닛이 가까이 서 있는 CT 스캐너 내에 전체 흐름 루프를 배치합니다. 콘트라스트 에이전트 펌프를 유동 루프의 저장소에 직접 연결하여 스캔 중에 콘트라스트 에이전트가 있는 모델의 홍수를 시뮬레이션할 수 있습니다.

이것은 혈관 병리를 시각화하는 데 특히 유용합니다. CT를 전체 모델에 대한 동적 스캔으로 수행하여 콘트라스트 에이전트 유입을 시각화합니다. 1~10밀리리터의 희석된 요오드 조영제를 초당 4밀리리터의 속도로 모델의 저수지에 주입합니다.

4초 지연 시 100 개의 하운스필드 단위 임계값으로 선두 튜브에서 볼러스 트리거링을 사용하여 스캔을 시작합니다. 초음파 검사를 수행하려면 소량의 초음파 젤을 천창 블록 위에 올려 아티팩트를 줄입니다. 펌프를 시작하고 초음파 머리를 사용하여 관심있는 해부학 구조를 찾습니다.

2D 에코 모드를 사용하여 리플렛 움직임과 밸브의 개폐 동작을 평가합니다. 색상 도플러를 사용하여 밸브와 스펙트럼 도플러를 가로지르는 혈류를 평가하여 심장 판막 에 따른 유동 속도를 정량화합니다. 3D 모델 바로 아래에 있는 PVC 튜브에 액세스 포트를 삽입하여 심장 카테터 또는 가이드 와이어로 해부학에 쉽게 접근할 수 있습니다.

흐름 루프를 시작한 후 포트 입구 지점에서 누설을 확인합니다. 필요한 경우 두 가지 부품 접착제를 사용하여 개구부를 밀봉합니다. X선 기계의 C 암 아래에 3D 모델을 환자 테이블에 놓습니다.

엑스레이 이미징을 사용하여 카테터를 안내하고 해부학 구조를 통해 와이어를 안내하십시오. 4D MRI의 경우 1.5 Tesla 스캐너를 사용하고 획득 프로토콜이 4D 흐름 시퀀스에서 비대비 향상된 MRA로 구성되어 있는지 확인합니다. 1.2 밀리미터의 슬라이스 두께에서 25 개의 위상을 가진 등위 위축 성 데이터 집합을 획득하십시오.

속도 인코딩을 초당 100cm로 설정합니다. 시판 되는 소프트웨어로 4D 흐름 이미지 분석을 수행합니다. 먼저 플래시 드라이브에서 선택하여 4D MRI 데이터 집합을 가져온 다음 반자동 오프셋 보정 및 별칭 보정을 수행하여 이미지 품질을 향상시킵니다.

선박의 중심 선이 자동으로 추적되고 소프트웨어가 3D 볼륨을 추출합니다. 마지막으로 분석 창의 개별 탭을 클릭하여 흐름 매개 변수에 대한 정량적 분석을 수행합니다. 흐름 시각화, 경로 선 시각화 및 흐름 벡터는 추가 입력 없이 시각화할 수 있습니다.

대표 탭에서 압력 및 벽 전단 응력의 정량화를 위해 평면 추가 버튼을 클릭하여 두 개의 평면을 배치합니다. 한 평면이 ROI의 시작 부분에 배치되도록 중앙 선을 따라 드래그하여 비행기를 ROI로 이동합니다. ROI 및 벽 전단 응력에 걸쳐 압력 강하가 3D 모델 옆에 있는 다이어그램에서 시각화되고 정량화됩니다.

제시된 3D 프린팅 모델은 CT 이미징에서 다양한 가능성을 제공합니다. 인쇄 된 재료는 주변 의 한천및 가능한 금속 임플란트와 쉽게 구별 할 수 있습니다. 따라서 동적 이미징 서열을 생성하는 것을 제외하고는 일반적으로 조영제의 사용이 필요하지 않습니다.

초음파 이미징을 사용하는 경우 모델의 벽, 주변 천 및 심장 밸브 전단지와 같은 얇은 동적 물체를 구별 할 수 있습니다. 모델 위에 있는 한고 층은 스캔 과정에서 사실적인 햅틱 피드백을 제공합니다. 흐름 루프 내의 흐름 분석은 광범위한 응용 분야와 사전 개입 이미징을 제공합니다.

4D MRI 시퀀스는 3D 프팅 모델 내에서 유체 흐름, 난기류 및 벽 전단 응력을 시각화하여 인공 심장 판막에 따른 유동 패턴을 분석할 수 있습니다. 이 워크플로우는 교육 또는 계획 목적으로 다른 중재 의료 절차로 전송할 수 있습니다. 이 기술은 큰 심장 혈관에서 유동 행동의 가까운 체외 검사를 허용하고 개별화 된 치료 계획에 대한 큰 잠재력을 제공합니다.