Drie-dimensionale afdrukken van een complexe aorta anomalie
1 november 2018
Hier presenteren we een protocol voor het gebruik van drie dimensionale gedrukte modellen voor pre-operatieve planning en intraoperatieve reorganisatie van ingewikkelde vasculaire locaties bij de behandeling van een aangeboren aorta anomalie.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in het complexe aorta-anomalieveld over de camera DICOM. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat 3D-geprint model het risico op onvoorspelbare weefselletsels tijdens de complexe aortaoperatie kan verminderen. Voor de segmentatie van een interessegebied importeer je alle computertomografie- en geografieafbeeldingen in de software in een DICOM-formaat en dubbelklik je om de patiëntencase binnen de casebibliotheek te openen.
Selecteer de DICOM-serie en klik op modelrecon om de pagina modelreconstructie te openen. Laat een ingenieur en een team van hartchirurgen de ruwe gegevens van DICOM beoordelen om belangrijke anatomische kenmerken en regio's van belang te identificeren. Als u het gebied wilt segmenteren, klikt u op drempelsegmentatie en past u het drempelbereik voor het vasculaire masker aan.
Klik op bevestigen om het vasculaire masker in de objectlijst te genereren en klik op verkenning om het 3D-vasculaire masker in de 3D-viewer te reconstrueren. Klik opnieuw op drempelsegmentatie en pas het drempelbereik voor het tracheamasker aan. Klik op selectiekadersegmentatie om het interessegebied te beperken voor het mediastinum en de longen en klik op maskerbewerking om de verbinding tussen de luchtpijp en de long te wissen.
Klik op regiogroei en klik op een punt van het masker in een van de 2D-kijkers om een zaad te selecteren. Controleer of de regio hierdoor groeit en dat het luchtpijpmasker wordt weergegeven in de objectlijst. Klik vervolgens op verkenning om de 3D-luchtpijp in de 3D-viewer te reconstrueren en het gebied van belang op te slaan als een masker.
Voor 3D reconstructie van het gebied van belang klik op exporteren om het 3D-model te exporteren als een standaard driehoek taalbestand en de positie van het model op het midden van het gebouw platform. Lijn de raaklijn van de middenlijn van het schip aan de uiteinden uit, zodat deze parallel loopt aan de Z-as van het platform. Er worden automatisch ondersteuningen gegenereerd voor de uitsteeklengten.
Klik op slicen en opslaan en stel de juiste 3D-afdrukparameters in op een stereolithografische printer. Scan na het afdrukken de contouren die door de software zijn gesneden met ultraviolet licht van 405 nanometer om de lichtgevoelige hars te verharden met een scansnelheid van drie meter per seconde. Laat de chirurgen vervolgens voor de operatie het 3D-geprinte model gebruiken om gedetailleerde en nauwkeurige chirurgische plannen te maken voor de patiënt waaruit het 3D-model is gegenereerd.
Met behulp van beelden van het coronale vlak, het transversale vlak en het sagittale vlak, kan de computertomografie en aardrijkskundebeeld worden gereconstrueerd tot een 3D-model zoals aangetoond. In deze beelden kan de anatomische relatie tussen de aorta en de luchtpijp langs de Y-as worden waargenomen. Na de ontwikkeling maakte deze technologie de weg vrij voor onderzoekers op het gebied van 3D-printen om vasculaire anomalie in aortachirurgie te verkennen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het gebruik van driedimensionaal geprinte modellen bij de preoperatieve planning en intraoperatieve organisatie van complexe vasculaire locaties, specifiek bij congenitale aortafactoren.
Belangrijke componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Hartchirurgie
- 3D-printtechnologie
- Vasculaire anomalieën
Achtergrond
- Aangeborene aortieafwijkingen vormen aanzienlijke chirurgische uitdagingen.
- Een goed begrip van de anatomie is cruciaal voor succesvolle chirurgische resultaten.
- 3D-printen kan de visualisatie van complexe structuren verbeteren.
- Huidige methoden kunnen leiden tot onvoorspelbaar weefselletsel tijdens de operatie.
Doel van de studie
- Om de preoperatieve planning voor complexe aortachirurgie te verbeteren.
- Om de risico's die gepaard gaan met chirurgische interventies te verminderen.
- Om een beter begrip van de vasculaire anatomie te faciliteren door middel van 3D-modellen.
Gebruikte methoden
- Importeren van DICOM-geformatteerde beelden in gespecialiseerde software.
- Samenwerking tussen ingenieurs en hartchirurgen voor de beoordeling van gegevens.
- Segmentatie van regio's van belang middels drempelwaardeaanpassingen.
- Modelreconstructie voor verbeterde chirurgische planning.
Belangrijkste resultaten
- 3D-geprinte modellen bieden een tastbare weergave van complexe vasculaire structuren.
- Verbeterde identificatie van belangrijke anatomische kenmerken tijdens de operatie.
- Vermindering van het risico op weefselbeschadiging door betere preoperatieve planning.
- Verbeterde communicatie tussen chirurgische teams met betrekking tot de patiëntspecifieke anatomie.
Conclusies
- 3D-printen is een waardevol instrument bij de behandeling van congenitale aortieafwijkingen.
- Deze methode kan de chirurgische resultaten aanzienlijk verbeteren.
- Toekomstige toepassingen kunnen worden uitgebreid naar andere complexe vasculaire chirurgie.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Complexe congenitale aorta-afwijkingen vormen een aanzienlijke uitdaging bij de preoperatieve planning vanwege de beperkingen van 2D-beeldvorming voor een nauwkeurige anatomische lokalisatie. Driedimensionaal (3-D) printen zet volumetrische DICOM-beeldgegevens om in anatomisch realistische fysieke modellen, waardoor chirurgen de locaties van vaten kunnen identificeren en het risico op onvoorspelbaar weefselletsel tijdens complexe aortachirurgie kunnen verminderen. Deze aanpak ondersteunt het voorspellende vertrouwen bij chirurgische besluitvorming en versterkt de translationele continuïteit van ontdekking naar klinische toepassing.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door tastbare modellen te bieden voor anatomische verduidelijking in onderzoek naar vasculaire anomalieën.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door een verbeterde identificatie van belangrijke anatomische kenmerken, waardoor ambiguïteit bij targetvalidatie wordt verminderd.
- Voorspellende waarde: Optimaliseert portfoliotriage door teams in staat te stellen de chirurgische haalbaarheid en risico's vóór de interventie te beoordelen.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische analogen voor voor downstream-workflows door beeldata om te zetten in gestandaardiseerde 3D-modellen.
- Operationele waarde: Pakt assay-standaardisatie en reproduceerbaarheid aan door consistente modelgeneratie vanuit DICOM-inputs.
- Schaalbaarheid: Benadrukt het potentieel voor hergebruik van het platform in studies naar vasculaire anomalieën, wat betrouwbare evaluatie van verbindingen of hulpmiddelen in preklinische settings mogelijk maakt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Bespreekt de relevantie voor ziekten door de ruimtelijke relaties tussen de aorta en de trachea langs de Y-as te modelleren, wat bijdraagt aan het mechanistische begrip.
- Operationele waarde: Beschrijft de continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door iteratief ontwerp en testen van chirurgische benaderingen mogelijk te maken.
- Risico-gecorrigeerde vooruitgang: Faciliteert risico-gecorrigeerde beslissingen door preoperatieve modellen te leveren die de go/no-go-criteria bij de ontwikkeling van vasculaire interventies informeren.
Pipeline- en workflowintegratie
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm van vroege ontdekking tot preklinisch werk en ondersteunt hypothesetoetsing, het verduidelijken van signaalpaden en biologische risicoreductie in onderzoek naar vasculaire anomalieën.
- Ontdekkingsbiologie: Legt uit hoe de methode hypothesetesten en het verduidelijken van pathways ondersteunt door visualisatie van complexe aorticaal-tracheale anatomische relaties mogelijk te maken.
- Screening: Beschrijft de gereedheid voor assays door middel van reproduceerbare generatie van 3-D-modellen vanuit gesegmenteerde DICOM-data, wat een betrouwbare evaluatie faciliteert.
- Analytiek: Benadrukt kwantitatieve outputs, zoals de generatie van vasculaire en tracheale maskers, waardoor teams anatomische condities tussen verschillende modellen kunnen vergelijken.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt de methode met preklinische continuïteit door iteratieve verfijning van chirurgische plannen op basis van patiëntspecifieke anatomie mogelijk te maken.
- Enterprise Hergebruik: Presenteert de methode als een herbruikbare capaciteit voor studies naar vasculaire anomalieën, aanpasbaar voor verschillende modellen en instellingen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid, targetvalidatie en vermindering van mechanistische ambiguïteit bij de modellering van vasculaire anomalieën.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van de generatie van 3-D-modellen op basis van klinische beeldvormingsgegevens.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie en verminderd biologisch risico in een laat stadium bij chirurgische innovatie.
- Impact op de portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering en besluitvorming over verdere ontwikkeling op basis van anatomisch accurate preoperatieve modellen.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereiste wetenschappelijke expertise in medische beeldvorming, segmentatiesoftware en 3D-printworkflows.
- Behoeften op het gebied van instrumentatie en analytische infrastructuur omvatten DICOM-compatibele software, stereolithografische printers en UV-uithardingssystemen voor de nabewerking.
- Eisen voor standaardisatie tussen engineering-, radiologie- en chirurgische teams voor een consistente beoordeling van gegevens en modelvalidatie.
- Overwegingen voor aanpassing over verschillende modelsystemen, inclusief aanpassingen voor variërende vasculaire en tracheale geometrieën bij congenitale anomalieën.
- Praktische beperkingen omvatten de afhankelijkheid van hoogwaardige inputbeelden en de tijd die nodig is voor segmentatie, reconstructie en printen.
