Patiënt-specifieke Polyvinyl Alcohol Phantom Fabricatie met echografie en X-Ray Contrast voor brain tumor chirurgie Planning

Phantom modellen zijn belangrijke instrumenten, maar het is een uitdaging om ze anatomisch nauwkeurig te maken. Dit protocol maakt gebruik van CT en echografie om een patiënt-specifieke fantoom dat een tumor omvat te creëren. We gebruiken complexe heterogene modellen en 3D-printen om een hoge mate van anatomisch realisme te bereiken.

Patiëntspecifieke hersentooms zijn zeer nuttig omdat ze chirurgische planning en klinische training mogelijk maken, en ze stellen chirurgen in staat om nieuwe technieken te oefenen en nieuwe instrumenten en hardware te testen. Na het verkrijgen van preoperatieve contrast-verbeterde T1-gewogen MRI en volumetrische CT-gegevens, laad de beelden in een 3D-modellering softwareprogramma en gebruik maken van de plain cut tool om de hersenen segmentatie splitsen in twee hemisferen. Sla elke hemisfeer op als afzonderlijke STL-bestanden met rechts en links en importeer de bestanden in een geschikt computerondersteund ontwerpsoftwareprogramma.

Gebruik in de mesh-werkruimte de reduce-functie om de grootte van elk model zo veel mogelijk te verkleinen, zodat het door het programma kan worden afgehandeld terwijl alle benodigde details behouden blijven. Gebruik in de vaste werkruimte het gereedschap Mesh naar BRep om het geïmporteerde net om te zetten in een behuizing die kan worden gemanipuleerd. Klik op maken en vak om een doos te trekken rond de tumor, het draaien van de weergave om ervoor te zorgen dat de doos volledig omsluit de tumor aan alle kanten.

Wijs de doos in het vervolgkeuzemenu van de bewerking aan als een nieuwe instantie. Klik op het tabblad wijzigen en gebruik het gereedschap combineren om de tumor uit de doos te snijden om een doos te maken met een holle vorm van de tumor erin. Om vliegtuigen te maken door de doos op de plaatsen die de mal zal worden gesneden, klik op construct en midplane om een vliegtuig te maken door het midden van de doos.

Klik met de rechtermuisknop op het middenvlak en selecteer offsetvlak om het vlak nauwkeuriger te positioneren. Gebruik onder het tabblad Wijzigen de split body-functie om de mal langs de gemaakte vlakken te splitsen en klik op schets- en middendiametercirkel maken om kleine cirkelvormige klinknagels toe te voegen aan het gezicht van elk stuk van de mal. Klik met de rechtermuisknop om de cirkels een paar millimeter op één gezicht naar buiten te extruderen en ze naar binnen te extruderen op het overeenkomstige gezicht.

Sla vervolgens elk stuk van de mal op als een apart STL-bestand. Om de 3D-hersen- en tumormallen af te drukken, selecteert u voor sneller afdrukken een grote laaghoogte van ongeveer 0,2 millimeter en een lage infillwaarde van 20% in de 3D-printsoftware. Als de mallen op de juiste manier op de bodemplaat zijn geplaatst, zijn ondersteunende materialen niet nodig.

Print de mallen met behulp van een stijf materiaal, zoals polymelkzuur. Voordat u de schedelmal afdrukt, selecteert u ondersteuning toevoegen in de software om PVA als ondersteuningsmateriaal te gebruiken. Om de PVA voor te bereiden op de modellen, verwarm 1, 800 gram gedeïïsiseerd water tot 90 graden Celsius in een twee liter conische kolf en meet 200 gram PVA-poeder.

Plaats een elektronische roerder in de kolf, zorg ervoor dat het niet de onderkant of zijkanten raakt. Stel de snelheid in op 1.500 omwentelingen per minuut. Voeg het PVA-poeder gedurende een periode van ongeveer 30 minuten toe aan de kolf.

Wanneer alle PVA is toegevoegd, roer de oplossing voor een extra 90 minuten. Wanneer een kleverige gel is verkregen, verwijder de kolf uit het waterbad en bedek de bovenkant met plastic folie om de vorming van een huid op de top van het materiaal te voorkomen. Eenmaal koel, zal de PVA transparant lijken.

Giet het in een beker. Kleine witte kristallen kunnen worden waargenomen, maar eventuele bellen op het oppervlak moeten voorzichtig worden afgeschraapt. Voeg vervolgens 0,5% kaliumsorase toe aan de PVA als conserveermiddel en roer de oplossing grondig door.

Om de fantomen voor te bereiden, meet voldoende PVA om de tumor schimmel te vullen in een beker en giet de rest in een apart bekerglas. Om de PVA voor te bereiden op de tumor, voeg 1% glazen microsferen toe voor ultrasone contrast en 5% bariumsulfaat voor x-ray contrast met het eerste bekerglas. Roer de resulterende oplossing met de hand.

Soniceer het bekerglas om homogene vermenging van de additieven te garanderen en laat de oplossing afkoelen voor ongeveer 10 minuten, het verwijderen van eventuele bubbels door schrapen als dat nodig is. Zet de tumor schimmel samen en giet de PVA door het gat in de bovenkant van de mal. Laat de PVA een paar minuten rusten om eventuele bellen die in het gietproces zijn gevormd, door het gat te laten ontsnappen, voordat u de mal in een min 20 graden Celsius vriezer plaatst.

Na zes uur ontdooit u de mal zes uur bij kamertemperatuur. Herhaal de 12-uurs vries-dooi cyclus, verwijder dan voorzichtig de mal uit het model. Maak de cerebellum en hersenhelft modellen in de juiste mallen zoals net aangetoond.

Na de tweede vries-dooi cyclus voor elk fantoom model stuk, voorzichtig verwijderen van de modellen uit de mallen en plaats de cerebellum tumor fantoom op de spike aan de basis van de schedel bodem model. Plaats de twee hersenhelften in het bovenste deel van de cerebellum tumor stuk en plaats de vier deuvels in elke ruimte op de schedel bodem model. Plaats dan de schedel top model op de top.

Indien nodig kan het model in de gewenste positie worden gemanoeuvreerd om het intraoperatieve gebruik in de chirurgie te simuleren. Volgens het protocol zoals aangetoond, een anatomisch realistisch fantoom bestaande uit een patiënt-specifieke schedel, hersenen en tumor kan worden vervaardigd. De relevante anatomische structuren voor het fantoom worden gesegmenteerd met behulp van MRI- en CT-gegevens van de patiënt.

Mazen kunnen vervolgens worden gemaakt voor elk stuk van het model om de 3D-mallen te vervaardigen zoals aangetoond. De cerebellum mal is de meest complexe te ontwerpen en te monteren. De schedel is het moeilijkste deel om af te drukken omdat het ondersteunend materiaal vereist.

Het voltooide fantoom biedt een realistisch model van de schedel, hersenen en tumor van de patiënt. De twee hersenhelften worden afzonderlijk geproduceerd en hebben een realistische uitstraling met de gyri en sulci van de hersenen. Het cerebellum past comfortabel in de basis van de geprinte schedel en de hersenhelften zitten bovenop deze structuur.

De tumor is gemakkelijk zichtbaar in het cerebellum als het extra contrast toegevoegd aan de tumor resulteert in een off-witte kleur die het scheidt van het omringende materiaal waaraan het is bevestigd. De tumor kan worden gevisualiseerd in het fantoom met zowel CT en echografie. De intraoperatieve echografiegegevens van de patiënt kunnen vervolgens worden gebruikt om de fantoombeelden te vergelijken met de echte patiëntbeelden.

Let bij het maken van de mallen vooral op de positie van de sneden om ervoor te zorgen dat het fantoom kan worden verwijderd wanneer het gestold is. Door het creëren van een patiënt-specifieke hersenen fantoom, hebben we in staat geweest om een nieuw neuraal navigatiesysteem dat ook kan worden gebruikt om neurochirurgen te trainen in het gebruik van intraoperatieve echografie te testen.