Name: Ontwikkeling en evaluatie van 3D-geprinte cardiovasculaire phantoms voor interventionele planning en training (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-18T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 57 s
Description: Ontdek een gestandaardiseerde workflow voor het maken van patiëntspecifieke 3D-geprinte cardiovasculaire modellen uit radiologische datasets. Deze elastische phantoms zijn geschikt voor in vitro testen, artsentraining en pre-interventionele planning.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Deze publicatie werd ondersteund door de Duitse Hartstichting/Duitse Stichting voor Hartonderzoek.

<ol><li>Goetz, L. H., Schork, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Personalized+medicine%3A+motivation%2C+challenges%2C+and+progress%5BTitle%5D)+AND+%22Fertility+and+Sterility%22%5BJournal%5D)">Personalized medicine: motivation, challenges, and progress.</a> Fertility and Sterility. 109 (6), 952-963 (2018).</li>
<li>Gwin, W. R., Disis, M. L., Ruiz-Garcia, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Immuno-Oncology+in+the+Era+of+Personalized+Medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Experimental+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Immuno-Oncology in the Era of Personalized Medicine.</a> Advances in Experimental Medicine and Biology. 1168, 117-129 (2019).</li>
<li>Spetzger, U., Frasca, M., König, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+planning%2C+manufacturing+and+implantation+of+an+individualized+cervical+fusion+titanium+cage+using+patient-specific+data%5BTitle%5D)+AND+%22European+Spine+Journal%22%5BJournal%5D)">Surgical planning, manufacturing and implantation of an individualized cervical fusion titanium cage using patient-specific data.</a> European Spine Journal. 25 (7), 2239-2246 (2016).</li>
<li>Gardner, S. J., Kim, J., Chetty, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modern+radiation+therapy+planning+and+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Hematology%2FOncology+Clinics+of+North+America%22%5BJournal%5D)">Modern radiation therapy planning and delivery.</a> Hematology/Oncology Clinics of North America. 33 (6), 947-962 (2019).</li>
<li>Haglin, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patient-specific+orthopaedic+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Orthopaedic+surgery%22%5BJournal%5D)">Patient-specific orthopaedic implants.</a> Orthopaedic surgery. 8 (4), 417-424 (2016).</li>
<li>Liaw, C. Y., Guvendiren, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+and+emerging+applications+of+3D+printing+in+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Current and emerging applications of 3D printing in medicine.</a> Biofabrication. 9 (2), 024102(2017).</li>
<li>Pugliese, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+clinical+use+of+3D+printing+in+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Updates+in+Surgery%22%5BJournal%5D)">The clinical use of 3D printing in surgery.</a> Updates in Surgery. 70 (3), 381-388 (2018).</li>
<li>Kamalian, S., Lev, M. H., Gupta, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKamalian%2C+S+%22Handbook+of+Clinical+Neurology%22">Handbook of Clinical Neurology</a>. Masdeu, J. C., Gonzalez, R. G. , Elsevier. 3-20 (2016).</li>
<li>Bücking, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+medical+imaging+data+to+3D+printed+anatomical+models%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">From medical imaging data to 3D printed anatomical models.</a> PLoS One. 12 (5), 0178540(2017).</li>
<li>Steinberg, E. L., Segev, E., Drexler, M., Ben-Tov, T., Nimrod, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preoperative+planning+of+orthopedic+procedures+using+digitalized+software+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Israel+Medical+Association+Journal%22%5BJournal%5D)">Preoperative planning of orthopedic procedures using digitalized software systems.</a> Israel Medical Association Journal. 18 (6), 354-358 (2016).</li>
<li>Hua, J., Aziz, S., Shum, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+surgical+planning+in+oral+and+maxillofacial+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Oral+and+Maxillofacial+Surgery+Clinics+of+North+America%22%5BJournal%5D)">Virtual surgical planning in oral and maxillofacial surgery.</a> Oral and Maxillofacial Surgery Clinics of North America. 31 (4), 519-530 (2019).</li>
<li>Schmauss, D., Haeberle, S., Hagl, C., Sodian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+in+cardiac+surgery+and+interventional+cardiology%3A+a+single-centre+experience%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Cardiothoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing in cardiac surgery and interventional cardiology: a single-centre experience.</a> European Journal of Cardiothoracic Surgery. 47 (6), 1044-1052 (2015).</li>
<li>Smelt, J. L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operative+Planning+in+thoracic+surgery%3A+A+pilot+study+comparing+imaging+techniques+and+three-dimensional+printing%5BTitle%5D)+AND+%22The+Annals+of+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Operative Planning in thoracic surgery: A pilot study comparing imaging techniques and three-dimensional printing.</a> The Annals of Thoracic Surgery. 107 (2), 401-406 (2019).</li>
<li>Masaeli, R., Zandsalimi, K., Rasoulianboroujeni, M., Tayebi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Challenges+in+three-dimensional+printing+of+bone+substitutes%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Engineering+Part+B%3A+Reviews%22%5BJournal%5D)">Challenges in three-dimensional printing of bone substitutes.</a> Tissue Engineering Part B: Reviews. 25 (5), 387-397 (2019).</li>
<li>Rafiee, M., Farahani, R. D., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-material+3D+and+4D+printing%3A+A+survey%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Multi-material 3D and 4D printing: A survey.</a> Advanced Science. 7 (12), 1902307(2020).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+testing+of+an+ultrasound-compatible+cardiac+phantom+for+interventional+procedure+simulation+using+direct+three-dimensional+printing%5BTitle%5D)+AND+%223D+Printing+and+Additive+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Development and testing of an ultrasound-compatible cardiac phantom for interventional procedure simulation using direct three-dimensional printing.</a> 3D Printing and Additive Manufacturing. 7 (6), 269-278 (2020).</li>
<li>D'Souza, W. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+mimicking+materials+for+a+multi-imaging+modality+prostate+phantom%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Tissue mimicking materials for a multi-imaging modality prostate phantom.</a> Medical Physics. 28 (4), 688-700 (2001).</li>
<li>Tejo-Otero, A., Buj-Corral, I., Fenollosa-Artés, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+in+medicine+for+preoperative+surgical+planning%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">3D printing in medicine for preoperative surgical planning: A review.</a> Annals of Biomedical Engineering. 48 (2), 536-555 (2020).</li>
<li>Rotman, O. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realistic+vascular+replicator+for+TAVR+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Engineering+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Realistic vascular replicator for TAVR procedures.</a> Cardiovascular Engineering and Technology. 9 (3), 339-350 (2018).</li>
<li>Hussein, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hands-on+surgical+simulation+in+congenital+heart+surgery%3A+Literature+review+and+future+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Seminars+in+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Hands-on surgical simulation in congenital heart surgery: Literature review and future perspective.</a> Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery. 32 (1), 98-105 (2020).</li>
<li>Fedorov, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+slicer+as+an+image+computing+platform+for+the+quantitative+imaging+network%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+imaging%22%5BJournal%5D)">3D slicer as an image computing platform for the quantitative imaging network.</a> Magnetic resonance imaging. 30 (9), 1323-1341 (2012).</li>
<li>Katsura, M., Sato, J., Akahane, M., Kunimatsu, A., Abe, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+and+novel+techniques+for+metal+artifact+reduction+at+ct%3A+practical+guide+for+radiologists%5BTitle%5D)+AND+%22Radiographics%22%5BJournal%5D)">Current and novel techniques for metal artifact reduction at ct: practical guide for radiologists.</a> Radiographics. 38 (2), 450-461 (2018).</li>
<li>Pépin, A., Daouk, J., Bailly, P., Hapdey, S., Meyer, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Management+of+respiratory+motion+in+PET%2Fcomputed+tomography%3A+the+state+of+the+art%5BTitle%5D)+AND+%22Nuclear+Medicine+Communications%22%5BJournal%5D)">Management of respiratory motion in PET/computed tomography: the state of the art.</a> Nuclear Medicine Communications. 35 (2), 113-122 (2014).</li>
<li>Scott, A. D., Keegan, J., Firmin, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion+in+cardiovascular+MR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Motion in cardiovascular MR imaging.</a> Radiology. 250 (2), 331-351 (2009).</li>
</ol>

De auteurs verklaren geen belangenverstrengeling te hebben.

De gepresenteerde workflow maakt het mogelijk om geïndividualiseerde modellen vast te stellen en daardoor pre-interventionele therapieplanning uit te voeren, evenals artsentraining over geïndividualiseerde anatomieën. Om dit te bereiken, kunnen patiëntspecifieke tomografische gegevens worden gebruikt voor segmentatie en 3D-printen van flexibele cardiovasculaire phantomn. Door deze 3D-geprinte modellen in een schijncirculatie te implementeren, kunnen verschillende klinische situaties realistisch worden gesimuleerd.
<p...

Geïndividualiseerde therapieën worden steeds belangrijker in de moderne klinische praktijk. In wezen kunnen ze worden ingedeeld in twee groepen: genetische en morfologische benaderingen. Voor geïndividualiseerde therapieën op basis van uniek persoonlijk DNA is genoomsequencing of de kwantificering van genexpressieniveaus noodzakelijk1. Men kan deze methoden bijvoorbeeld vinden in de oncologie of bij de behandeling van metabolestoornissen 2. De unieke morfologie (d.w.z. anatomie) van elk individu speelt een belangrijke rol in de interventionele, chirurgische en prothetische geneeskunde. De ontwikkeling van geïndividualiseerde prothesen en pre-interventionele /-operatieve therapieplanning vertegenwoordigen centrale focus van onderzoeksgroepen vandaag3,4,5.
Afkomstig van industriële prototypeproductie, is 3D-printen ideaal voor dit gebied van gepersonaliseerde geneeskunde6. 3D-printen wordt geclassificeerd als een additieve productiemethode en is normaal gesproken gebaseerd op een laag-voor-laag depositie van materiaal. Tegenwoordig is er een breed scala aan 3D-printers met verschillende printtechnieken beschikbaar, waardoor de verwerking van polymere, biologische of metalen materialen mogelijk is. Door de toenemende printsnelheden en de continue beschikbaarheid van 3D-printers worden de productiekosten steeds goedkoper. Daarom is het gebruik van 3D-printen voor pre-interventionele planning in dagelijkse routines economisch haalbaar geworden7.
Het doel van deze studie was om een methode vast te stellen voor het genereren van patiëntspecifieke of ziektespecifieke fantomen, bruikbaar in geïndividualiseerde therapieplanning in de cardiovasculaire geneeskunde. Deze fantomen moeten compatibel zijn met gangbare beeldvormingsmethoden, evenals voor verschillende therapeutische benaderingen. Een ander doel was het gebruik van de geïndividualiseerde anatomieën als trainingsmodellen voor artsen.

<table><tbody><tr><td>3-matic</td><td>Materialise AB</td><td></td><td>Software Version 15.0 - Commerciële 3D-modelleersoftware</td></tr><tr><td>Affiniti 50</td><td>Philips Medical Systems GmbH</td><td></td><td>Ultrasoon beeldvormingssysteem</td></tr><tr><td>Agilista W3200</td><td>Keyence Co.</td><td></td><td>Polyjet 3D-printer met een ruimtelijke resolutie van 30&micro;m</td></tr><tr><td>AR-G1L</td><td>Keyence Co.</td><td></td><td>flexibel 3D-printmateriaal</td></tr><tr><td>Artis Zee</td><td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td><td>Angiografische röntgenscanner</td></tr><tr><td>cvi42</td><td>CCI Inc.</td><td></td><td>Software versie 5.12 - 4D-stroomanalysesoftware</td></tr><tr><td>Diagnostisch katheter, Multipurpose MPA 2</td><td>Cordis, A Cardinal Health company</td><td></td><td>Katheter voor pediatrische trainingsmodellen, Maten 4F voor zuigelingen en 5F voor kinderen, jonge volwassenen</td></tr><tr><td>Excor Ventriculaire Hulpapparaat</td><td>Berlin Heart GmbH</td><td></td><td>80 -100ml slagvolume</td></tr><tr><td>Imeron 400 Contrastmiddel</td><td>Bracco Imaging</td><td></td><td>CT - Contrastmiddel</td></tr><tr><td>IntroGuide F</td><td>Angiokard Medizintechnik GmbH</td><td></td><td>Leidraad met J-tip; diameter: 0,035" lengte: 220cm</td></tr><tr><td>Lunderquist Guidewire</td><td>Cook Medical Inc.</td><td></td><td>(T)EVAR interventionele draad</td></tr><tr><td>MAGNETOM Aera</td><td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td><td>MRI-scanner</td></tr><tr><td>Magnevist Contrastmiddel</td><td>Bayer Vital GmbH</td><td></td><td>MRI - Contrastmiddel</td></tr><tr><td>Mimics</td><td>Materialise AB</td><td></td><td>Software versie 23.0 - Commerciële segmentatiesoftware</td></tr><tr><td>Modeling Studio</td><td>Keyence Co.</td><td></td><td>3D-printerslicingsoftware</td></tr><tr><td>PVC-buis</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Radifocus Guide Wire M</td><td>Terumo Europe NV</td><td></td><td>Rechte draad; diameter: 0,035" lengte: 260cm</td></tr><tr><td>Really useful box 9L</td><td>Really useful products Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotigarose - Standard Agar</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>3810.4</td><td></td></tr><tr><td>Solidworks</td><td>Dassault Systemes SE</td><td></td><td>Softwareversie 2019-2020; CAD-ontwerpsoftware</td></tr><tr><td>SOMATOM Force</td><td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td><td>Computertomografiescanner</td></tr><tr><td>syngo via</td><td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td><td>Radiologische beeldvormingssoftware</td></tr></tbody></table>

ontwikkeling en evaluatie van 3d-geprinte cardiovasculaire phantoms voor interventionele planning en training

Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training

Kathetergebaseerde interventies zijn standaardbehandelingsopties voor cardiovasculaire pathologieën. Daarom kunnen patiëntspecifieke modellen helpen bij het trainen van de draadvaardigheden van artsen en het verbeteren van de planning van interventionele procedures. Het doel van deze studie was om een productieproces te ontwikkelen van patiëntspecifieke 3D-geprinte modellen voor cardiovasculaire interventies.
Om een 3D-geprint elastisch fantoom te creëren, werden verschillende 3D-printmaterialen vergeleken met biologische varkensweefsels (d.w.z. aortaweefsel) in termen van mechanische kenmerken. Op basis van vergelijkende trekproeven werd een passend materiaal geselecteerd en specifieke materiaaldiktes gedefinieerd. Geanonimiseerde contrastversterkte CT-datasets werden retrospectief verzameld. Patiëntspecifieke volumetrische modellen werden uit deze datasets geëxtraheerd en vervolgens 3D-geprint. Een pulsatiele flow loop werd geconstrueerd om de intraluminale bloedstroom tijdens interventies te simuleren. De geschiktheid van modellen voor klinische beeldvorming werd beoordeeld door middel van röntgenbeeldvorming, CT, 4D-MRI en (Doppler) echografie. Contrastmiddel werd gebruikt om de zichtbaarheid in röntgengebaseerde beeldvorming te verbeteren. Verschillende katheterisatietechnieken werden toegepast om de 3D-geprinte fantomen te evalueren in de opleiding van artsen en voor pre-interventionele therapieplanning.
Gedrukte modellen toonden een hoge afdrukresolutie (~ 30 μm) en mechanische eigenschappen van het gekozen materiaal waren vergelijkbaar met fysiologische biomechanica. Fysieke en digitale modellen toonden een hoge anatomische nauwkeurigheid in vergelijking met de onderliggende radiologische dataset. Gedrukte modellen waren geschikt voor ultrasone beeldvorming en standaard röntgenfoto's. Doppler-echografie en 4D-MRI toonden stromingspatronen en oriëntatiekenmerken (d.w.z. turbulentie, wandschuifspanning) die overeenkomen met native gegevens. In een kathetergebaseerde laboratoriumomgeving waren patiëntspecifieke phantoms gemakkelijk te katheteriseren. Therapieplanning en training van interventionele procedures op uitdagende anatomieën (bijv. Congenitale hartziekte (CHD)) was mogelijk.
Flexibele patiëntspecifieke cardiovasculaire phantoms werden 3D-geprint en de toepassing van gangbare klinische beeldvormingstechnieken was mogelijk. Dit nieuwe proces is ideaal als trainingsinstrument voor kathetergebaseerde (elektrofysiologische) interventies en kan worden gebruikt in patiëntspecifieke therapieplanning.

De beschreven representatieve resultaten richten zich op een paar cardiovasculaire structuren die vaak worden gebruikt bij planning, training of testomgevingen. Deze werden gemaakt met behulp van isotrope CT-datasets met een ST van 1,0 mm en een voxelgrootte van 1,0 mm³. De wanddikte van de aorta-aneurysmamodellen werd vastgesteld op 2,5 mm, in overeenstemming met de vergelijkende trekproefresultaten van het drukmateriaal (treksterkte: 0,62 ± 0,01 N/mm2; Fmax: 1. 55 ...

Hier presenteren we de ontwikkeling van een mock circulation setup voor multimodale therapie evaluatie, pre-interventionele planning en arts-training over cardiovasculaire anatomieën. Met de toepassing van patiëntspecifieke tomografische scans is deze opstelling ideaal voor therapeutische benaderingen, training en onderwijs in geïndividualiseerde geneeskunde.

Ontwikkeling en evaluatie van 3D-geprinte cardiovasculaire phantoms voor interventionele planning en training

Catheter-based interventions are standard treatment options for cardiovascular pathologies. Therefore, patient-specific models could help training ...

De gepresenteerde methode maakt het mogelijk om patiëntspecifieke anatomische cardiovasculaire modellen te maken voor in vitro testen, onderwijzen en plannen van procedures. Deze methode biedt een gestandaardiseerde aanpak voor het maken van 3D-printbare geïndividualiseerde anatomische modellen op basis van radiologische datasets die gemakkelijk kunnen worden opgenomen in flowlussen of trainingsopstellingen. Hoewel deze modelleringsbenadering gericht is op het cardiovasculaire systeem, kan het worden overgedragen naar andere anatomische structuren.De kwaliteit van de radiologische dataset heeft een grote invloed op de moeilijkheden die zich voordoen tijdens het modelleren. Gebruik voor de eerste modellen een dataset met minimale bewegingsartefacten en een hoge ruimtelijke resolutie. Definieer om te beginnen een bereik van Hounsfield-eenheidswaarden door het drempelgereedschap te openen, wat resulteert in een gecombineerd masker van het contrastverbeterde bloedvolume en botstructuren.Verwijder alle botonderdelen die ongewenst zijn in het uiteindelijke 3D-model met behulp van het gereedschap Split Mask, waarmee meerdere gebieden in algemene segmenten kunnen worden gemarkeerd en gescheiden op basis van Hounsfield-waarden en -locatie. Zorg er na deze scheiding voor dat er een masker met het contrastverbeterde bloedvolume overblijft. Dit kan worden gedaan door door de coronale en axiale vlakken te scrollen en het gemaakte masker te matchen met de onderliggende dataset.Bereken vanuit dit masker een gerenderd 3D-polygoonoppervlakmodel. Klik op het gereedschap Lokaal vloeiend maken om het oppervlak van het gesegmenteerde model handmatig en lokaal aan te passen. Richt u op het verwijderen van ruwe veelhoekvormen, enkele pieken en ruwe randen die zijn gemaakt door eerdere bijsnijdbewerkingen.Om de latere aansluiting van het model op een stromingslus mogelijk te maken, moet u buisvormige onderdelen opnemen met gedefinieerde diameters die zijn aangepast aan de beschikbare slangconnectoren en buisdiameters. Als u een datumvlak parallel aan de openingsdoorsnede van de vaten wilt plaatsen, selecteert u het gereedschap Datumvlak maken en gebruikt u het vooraf ingestelde 3-puntsvlak. Klik vervolgens op drie gelijk verdeelde punten op de doorsnede van het schip om het vlak te maken.Voer een offset van 10 millimeter in het opdrachtvenster in en bevestig de bewerking. Selecteer het gereedschap Tekenschets in het menu en kies het eerder gemaakte datumvlak als locatie van de schets. Plaats in de schets een cirkel ongeveer op de middellijn van het vat en stel de straalbeperking in op de buitendiameter van de slangconnector.Gebruik op basis van de gemaakte schets het gereedschap Extruderen om een cilinder met een lengte van 10 millimeter te maken. Oriënteer de extrusie om weg te bewegen van de opening van het vat om een afstand van 10 millimeter tussen de cilinder en de doorsnede van het vat te creëren. Gebruik vervolgens de Loft-tool om een verbinding te maken tussen het uiteinde van het vat en de geometrisch gedefinieerde cilinder.Zorg voor een soepele overgang tussen de twee doorsneden, waardoor turbulentie en gebieden met een laag debiet in het uiteindelijke 3D-stroommodel worden vermeden. Gebruik ten slotte het gereedschap Hol om een holle bloedruimte in het opdrachtvenster te maken en plaats de vereiste wanddikte en stel de richting van het uithollingsproces in om naar buiten te bewegen. Bevestig de selectie om het uithollingsproces uit te voeren.Nadat u het afdrukbestand van de slicingsoftware naar de 3D-printer hebt geüpload, moet u ervoor zorgen dat de hoeveelheid printmateriaal en ondersteuningsmateriaal in de cartridges van de printer voldoende is voor het 3D-model en begint u met afdrukken. Verwijder na het afdrukproces het ondersteuningsmateriaal uit het voltooide model. Verwijder eerst het ondersteuningsmateriaal handmatig door zachtjes in het model te knijpen.Plaats het model op de gootsteen en dompel het vervolgens onder in water of een respectievelijk oplosmiddel nadat u het deksel hebt verwijderd. Droog het model 's nachts in een incubator die is ingesteld op 40 graden Celsius. Sluit het model de volgende dag in 1% agar in.Gebruik een plastic doos met ten minste twee centimeter zijranden rond het model en boor gaten in de wanden zodat de buizen van de vaten op de pomp en het reservoir kunnen worden aangesloten. Voeg agar toe aan water en breng het aan de kook. Laat het na het roeren van het mengsel vijf minuten afkoelen en giet het in de doos om een bed van minstens twee centimeter hoog te creëren.Terwijl het agarbed wordt geplaatst, sluit u het model aan op een niet-conforme PVC-buis met behulp van commerciële slangconnectoren bij elke opening. Gebruik ritsbanden om de verbinding tussen de slangconnectoren en het 3D-model te bevestigen en ervoor te zorgen dat er geen vloeistoflekkage is. Leid de PVC-buizen door de geboorde gaten in de doos en plaats het model vervolgens op het set agarbed.Om te voorkomen dat agar uit deze gaten lekt, gebruikt u hittebestendige modelleerklei om het af te dichten. Vul vervolgens de doos met agar en bedek het model door er een laag van twee centimeter aan toe te voegen. Laat de agar volledig afkoelen en zet een uur op kamertemperatuur.Roer de ventrikel met een zuigerpomp met een slagvolume van 120 tot 150 milliliter. Voor CT-beeldvorming plaatst u de volledige stroomlus in de CT-scanner met de aandrijfeenheid in de buurt. Sluit de contrastmiddelpomp rechtstreeks aan op het reservoir van de stroomlus, zodat de overstroming van het model met contrastmiddel tijdens het scannen kan worden gesimuleerd.Dit is vooral handig voor het visualiseren van vasculaire pathologieën. Voer CT uit als een dynamische scan over het hele model om de instroom van contrastmiddelen te visualiseren. Injecteer 100 milliliter van één tot 10 verdund gejodeerd contrastmiddel in het reservoir van het model met een snelheid van vier milliliter per seconde.Start de scan met behulp van bolus triggering in de voorste buis met een drempel van 100 Hounsfield-eenheden in een vertraging van vier seconden. Om echografie uit te voeren, plaatst u een kleine hoeveelheid ultrasone gel bovenop het agarblok om artefacten te verminderen. Start de pomp en gebruik de ultrasone kop om de anatomische structuur van belang te lokaliseren.Gebruik de 2D-echomodus om de beweging van de folder en het openings- en sluitgedrag van de klep te evalueren. Gebruik kleurendyppler om de bloedstroom over de klep te evalueren en spectrale Doppler om de stroomsnelheid na de hartklep te kwantificeren. Plaats een toegangspoort in de PVC-buis direct onder het 3D-model om een gemakkelijkere toegang tot de anatomie mogelijk te maken met een hartkatheter of geleidingsdraad.Controleer na het starten van de stromingslus op lekkage bij het poortingangspunt. Gebruik indien nodig een tweecomponentenlijm om de opening af te dichten. Plaats het 3D-model op de patiëntentafel onder de C-armen van het röntgenapparaat.Gebruik röntgenbeeldvorming om de katheter en geleidingsdraden door de anatomische structuur te leiden. Gebruik voor 4D MRI een 1,5 Tesla scanner en zorg ervoor dat het acquisitieprotocol bestaat uit een niet-contrast verbeterde MRA in de 4D flow sequence. Verkrijg een isotrope dataset met 25 fasen in een plakdikte van 1,2 millimeter.Stel de snelheidscodering in op 100 centimeter per seconde. Voer de 4D-stroombeeldanalyse uit met een in de handel verkrijgbare software. Importeer eerst de 4D MRI-gegevensset door deze te selecteren op het flashstation en voer vervolgens semi-geautomatiseerde offsetcorrectie en correctie van aliasing uit om de beeldkwaliteit te verbeteren.De middellijn van het schip wordt automatisch getraceerd en de software extraheert het 3D-volume. Voer ten slotte een kwantitatieve analyse van stroomparameters uit door op de afzonderlijke tabbladen in het analysevenster te klikken. Flowvisualisatie, padlijnvisualisatie en flowvector kunnen zonder verdere invoer worden gevisualiseerd.Voor kwantificering van druk en wandschuifspanning in het representatieve tabblad plaatst u twee vlakken door op de knop Vlak toevoegen te klikken. Verplaats de vlakken naar de ROI door ze langs de middellijn te slepen, zodat één vlak aan het begin van de ROI en één aan het einde wordt geplaatst. De drukval over de ROI en wall shear stress wordt gevisualiseerd en gekwantificeerd in het diagram naast het 3D-model.De gepresenteerde 3D-geprinte modellen bieden een breed scala aan mogelijkheden in CT-beeldvorming. Het geprinte materiaal is goed te onderscheiden van de omringende agar en eventuele metalen implantaten. Daarom is het gebruik van een contrastmiddel normaal gesproken niet vereist, behalve voor het genereren van dynamische beeldvormingssequenties.Bij het gebruik van ultrasone beeldvorming is het mogelijk om onderscheid te maken tussen de wand van het model, de omringende agar en dunne dynamische objecten zoals hartklepblaadjes. De agarlaag bovenop het model zorgt voor realistische haptische feedback tijdens het scanproces. Flowanalyse binnen de flow loop biedt een breed scala aan mogelijke toepassingen en pre-interventionele beeldvorming.4D MRI-sequentie maakt visualisatie van vloeistofstroom, turbulenties en wandschuifspanning mogelijk binnen het 3D-geprinte model, waardoor het mogelijk is om stroompatronen na kunstmatige hartkleppen te analyseren. Deze workflow kan worden overgebracht naar verschillende interventionele medische procedures voor trainings- of planningsdoeleinden. De techniek maakt een nader in vitro onderzoek van het stroomgedrag in grote cardiovasculaire vaten mogelijk en biedt een groot potentieel voor geïndividualiseerde therapieplanning.

development-evaluation-3d-printed-cardiovascular-phantoms-for

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

Optische weefsel phantoms zijn essentiële instrumenten voor het kalibreren en karakterisatie van optische beeldvormingssystemen en validatie van theoretische modellen. In dit artikel een overzicht van een methode voor phantom fabrikatie waarin replicatie van weefsel optische eigenschappen en structuur van de drie-dimensionale weefsel.

Fabricage en karakterisatie van optische weefsel Phantoms met macrostructuur

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.

Drie-dimensionale afdrukken van een complexe aorta anomalie

Spin coating, polyjet Printing, en gesmolten afzetting Modeling zijn geïntegreerd om gelaagde heterogene Phantoms te produceren die structurele en functionele eigenschappen van biologisch weefsel simuleren.

Multimodale 3D-printen van Phantoms om biologisch weefsel te simuleren

We beschrijven een nieuwe, kosteneffectieve en efficiënte techniek voor percutane levering van driedimensionale geprinte coronaire implantaten om varkensmodellen met gesloten borst van ischemische hartziekten te creëren. De implantaten werden op hun plaats bevestigd met behulp van een moeder-en-kind extensie katheter met een hoog slagingspercentage.

Nieuwe percutane benadering voor de inzet van 3D-geprinte coronaire stenose implantaten in varkensmodellen van ischemische hart-en vaatziekten

Dit protocol beschrijft de fabricage van een patiënt specifieke schedel, hersenen en tumor fantoom. Het maakt gebruik van 3D-printen om mallen te maken, en polyvinyl alcohol (PVA-c) wordt gebruikt als het weefsel nabootsen materiaal.

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

We beschrijven een procedure om computertomografie (CT) -scans te verwerken tot high-fidelity, reclaimable en goedkope procedurele taaktrainers. De CT-scanidentificatieprocessen, export, segmentatie, modellering en 3D-printen worden allemaal beschreven, samen met de problemen en lessen die in het proces zijn geleerd.

Creatie van een High-Fidelity, Low-Cost, Intraosseous Line Placement Task Trainer via 3D Printing

Patiëntspecifieke modellen verbeteren het vertrouwen van de chirurg en collega bij het ontwikkelen of leren van chirurgische plannen. Driedimensionale (3D) printers genereren voldoende details voor chirurgische voorbereiding, maar slagen er niet in om de haptische getrouwheid van weefsel te repliceren. Er wordt een protocol gepresenteerd met details over de creatie van patiëntspecifieke, siliconen cardiale modellen, waarbij 3D-printprecisie wordt gecombineerd met gesimuleerd siliconenweefsel.

Creatie van patiëntspecifieke siliconen cardiale modellen met toepassingen in pre-chirurgische plannen en hands-on training

Deze methode demonstreert een voxel-gebaseerde 3D-printworkflow, die rechtstreeks vanuit medische beelden afdrukt met exacte ruimtelijke getrouwheid en ruimtelijke / contrastresolutie. Dit maakt de precieze, gegradueerde controle van materiaalverdelingen mogelijk door morfologisch complexe, gegradueerde materialen gecorreleerd aan radiodensiteit zonder verlies of wijziging van gegevens.

Voxel Printing Anatomy: Ontwerp en fabricage van realistische, prechirurgische planningsmodellen door bitmapafdrukken

Hier wordt een nieuwe methode voorgesteld om een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie van schildklierchirurgie op te stellen. Het is bevorderlijk voor preoperatieve discussie, waardoor de moeilijkheid van schildklierchirurgie wordt verminderd.

Een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie bij schildklierchirurgie

Dit protocol presenteert een uitgebreide pijplijn voor het analyseren van monsters die zijn verkregen uit menselijke harten die de microscopische en macroscopische schaal overspannen.

Pijplijn voor driedimensionale anatomische studie op meerdere schaal van het menselijk hart

Hier beschrijven we een protocol voor het helemaal opnieuw construeren van een hartmodel op basis van computertomografie en presenteren we dit aan medische studenten met behulp van driedimensionaal (3D) printen en mixed reality-technologie om anatomie te leren.

Mixed reality-technologie en driedimensionaal printen in het onderwijs: hartanatomie als voorbeeld

Ontdek een gestandaardiseerde workflow voor het maken van patiëntspecifieke 3D-geprinte cardiovasculaire modellen uit radiologische datasets. Deze elastische phantoms zijn geschikt voor in vitro testen, artsentraining en pre-interventionele planning.

Ontwikkeling en evaluatie van 3D-geprinte cardiovasculaire phantoms voor interventionele planning en training

Meer video's verkennen