Name: Produkcja hydrożelowych fantomów naśladujących tkankę aorty brzusznej do walidacji elastografii ultrasonograficznej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-19T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 32 s
Description: Poznaj metodę produkcji hydrożelowych fantomów naśladujących tkankę aorty brzusznej z wykorzystaniem technik CAD i druku 3D do walidacji algorytmów elastografii ultrasonograficznej.

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

Ta praca została wsparta przez National Center for Advancing Translational Sciences of the National Institutes of Health poprzez przyznanie No. UL1 TR000042 oraz Narodowy Instytut Obrazowania Biomedycznego i Bioinżynierii Narodowych Instytutów Zdrowia poprzez przyznanie nagrody nr R21 EB018432.

<ol><li>Taylor, S. M. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8024454">The Juxtarenal Abdominal Aortic Aneurysm.</a> Archives of Surgery. 129 (7), 734-734 (1994).</li>
<li>Nevitt, M. P., Ballard, D. J., Hallett, J. W. <a target="_blank" href="https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJM198910123211504">Prognosis of Abdominal Aortic Aneurysms.</a> The New England Journal of Medicine. 321 (15), 1009-1014 (1989).</li>
<li>Crane, C. <a target="_blank" href="https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJM195512012532202">Arteriosclerotic Aneurysm of the Abdominal Aorta.</a> The New England Journal of Medicine. 253 (22), 954-958 (1955).</li>
<li>IMPROVE Trial Investigators. <a target="_blank" href="https://www.bmj.com/content/348/bmj.f7661">Endovascular or open repair strategy for ruptured abdominal aortic aneurysm: 30-day outcomes from IMPROVE randomised trial.</a> British Medical Journal. 348, 7661(2014).</li>
<li>Robinson, W. P., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26916581">Endovascular repair of ruptured abdominal aortic aneurysms does not reduce later mortality compared with open repair.</a> Journal of Vascular Surgery. 63 (3), 617-624 (2016).</li>
<li>Starnes, B. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Management+of+ruptured+abdominal+aortic+aneurysm+in+the+endovascular+era%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Management of ruptured abdominal aortic aneurysm in the endovascular era.</a> Journal of Vascular Surgery. 51 (1), 9-18 (2010).</li>
<li>Schermerhorn, M. L., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18234751">Endovascular vs. Open Repair of Abdominal Aortic Aneurysms in the Medicare Population.</a> The New England Journal of Medicine. 358 (5), 464-474 (2008).</li>
<li>Darling, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autopsy+study+of+unoperated+abdominal+aortic+aneurysms.+The+case+for+early%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Autopsy study of unoperated abdominal aortic aneurysms. The case for early.</a> Circulation. 56, 161-164 (1977).</li>
<li>Szilagyi, D. E., Smith, R. F., DeRusso, F. J., Elliott, J. P., Sherrin, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution+of+abdominal+aortic+aneurysmectomy+to+prolongation+of+life%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Surgery%22%5BJournal%5D)">Contribution of abdominal aortic aneurysmectomy to prolongation of life.</a> Annals of Surgery. 164 (4), 678-699 (1966).</li>
<li>Skibba, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reconsidering+gender+relative+to+risk+of+rupture+in+the+contemporary+management+of+abdominal+aortic+aneurysms%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Reconsidering gender relative to risk of rupture in the contemporary management of abdominal aortic aneurysms.</a> Journal of Vascular Surgery. 62 (6), 1429-1436 (2015).</li>
<li>Parkinson, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rupture+rates+of+untreated+large+abdominal+aortic+aneurysms+in+patients+unfit+for+elective+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Rupture rates of untreated large abdominal aortic aneurysms in patients unfit for elective repair.</a> Journal of Vascular Surgery. 61 (6), 1606-1612 (2015).</li>
<li>Grant, S. W. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calculating+when+elective+abdominal+aortic+aneurysm+repair+improves+survival+for+individual+patients%3A+development+of+the+Aneurysm+Repair+Decision+Aid+and+economic+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Health+technology+assessment%22%5BJournal%5D)">Calculating when elective abdominal aortic aneurysm repair improves survival for individual patients: development of the Aneurysm Repair Decision Aid and economic evaluation.</a> Health technology assessment. 19 (32), Winchester, England. 1-154 (2015).</li>
<li>Lederle, F. a, et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12052126">Rupture rate of large abdominal aortic aneurysms in patients refusing or unfit for elective repair.</a> JAMA: the journal of the American Medical Association. 287 (22), 2968-2972 (2002).</li>
<li>Vorp, D. A., Raghavan, M. L. L., Webster, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+wall+stress+in+abdominal+aortic+aneurysm%3A+Influence+of+diameter+and+asymmetry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Mechanical wall stress in abdominal aortic aneurysm: Influence of diameter and asymmetry.</a> Journal of Vascular Surgery. 27 (4), 632-639 (1998).</li>
<li>Vande Geest, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+noninvasive+method+for+determination+of+patient-specific+wall+strength+distribution+in+abdominal+aortic+aneurysms%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Towards a noninvasive method for determination of patient-specific wall strength distribution in abdominal aortic aneurysms.</a> Annals of Biomedical Engineering. 34 (7), 1098-1106 (2006).</li>
<li>Stringfellow, M. M., Lawrence, P. F., Stringfellow, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+aorta-aneurysm+geometry+upon+stress+in+the+aneurysm+wall%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Surgical+Research%22%5BJournal%5D)">The influence of aorta-aneurysm geometry upon stress in the aneurysm wall.</a> Journal of Surgical Research. 42 (4), 425-433 (1987).</li>
<li>Maier, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+diameter%2C+wall+stress%2C+and+rupture+potential+index+for+abdominal+aortic+aneurysm+rupture+risk+prediction%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">A comparison of diameter, wall stress, and rupture potential index for abdominal aortic aneurysm rupture risk prediction.</a> Annals of Biomedical Engineering. 38 (10), 3124-3134 (2010).</li>
<li>Raghavan, M. L. L., Vorp, D. A., Federle, M. P., Makaroun, M. S., Webster, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wall+stress+distribution+on+three-dimensionally+reconstructed+models+of+human+abdominal+aortic+aneurysm%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Wall stress distribution on three-dimensionally reconstructed models of human abdominal aortic aneurysm.</a> Journal of Vascular Surgery. 31 (4), 760-769 (2000).</li>
<li>Di Martino, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanical+properties+of+ruptured+versus+electively+repaired+abdominal+aortic+aneurysm+wall+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Biomechanical properties of ruptured versus electively repaired abdominal aortic aneurysm wall tissue.</a> Journal of Vascular Surgery. 43 (3), 570-576 (2006).</li>
<li>Gasser, T. C., Ogden, R. W., Holzapfel, G. a <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperelastic+modelling+of+arterial+layers+with+distributed+collagen+fibre+orientations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Royal+Society%2C+Interface+%2F+the+Royal+Society%22%5BJournal%5D)">Hyperelastic modelling of arterial layers with distributed collagen fibre orientations.</a> Journal of the Royal Society, Interface / the Royal Society. 3 (6), 15-35 (2006).</li>
<li>Ruddy, J. M., Jones, J. A., Spinale, F. G., Ikonomidis, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+heterogeneity+within+the+aorta%3A+Relevance+to+aneurysm+disease%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Regional heterogeneity within the aorta: Relevance to aneurysm disease.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 136 (5), 1123-1130 (2008).</li>
<li>Raut, S. S., Chandra, S., Shum, J., Finol, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+geometric+and+biomechanical+factors+in+abdominal+aortic+aneurysm+rupture+risk+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">The role of geometric and biomechanical factors in abdominal aortic aneurysm rupture risk assessment.</a> Annals of Biomedical Engineering. 41 (7), 1459-1477 (2013).</li>
<li>Tavares Monteiro, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histologic%2C+histochemical%2C+and+biomechanical+properties+of+fragments+isolated+from+the+anterior+wall+of+abdominal+aortic+aneurysms%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Histologic, histochemical, and biomechanical properties of fragments isolated from the anterior wall of abdominal aortic aneurysms.</a> Journal of Vascular Surgery. 59 (5), (2014).</li>
<li>Vallabhaneni, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterogeneity+of+tensile+strength+and+matrix+metalloproteinase+activity+in+the+wall+of+abdominal+aortic+aneurysms%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+endovascular+therapy%3A+an+official+journal+of+the+International+Society+of+Endovascular+Specialists%22%5BJournal%5D)">Heterogeneity of tensile strength and matrix metalloproteinase activity in the wall of abdominal aortic aneurysms.</a> Journal of endovascular therapy: an official journal of the International Society of Endovascular Specialists. 11 (4), 494-502 (2004).</li>
<li>Zou, Y., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+evaluation+of+decellularized+porcine+thoracic+aorta%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Surgical+Research%22%5BJournal%5D)">Mechanical evaluation of decellularized porcine thoracic aorta.</a> The Journal of Surgical Research. 175 (2), 359-368 (2012).</li>
<li>Ophir, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastography%3A+Imaging+the+elastic+properties+of+soft+tissues+with+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medical+Ultrasonics%22%5BJournal%5D)">Elastography: Imaging the elastic properties of soft tissues with ultrasound.</a> Journal of Medical Ultrasonics. 29 (4), 155-171 (2002).</li>
<li>Lopata, R. G. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+evaluation+of+methods+for+two-dimensional+displacement+and+strain+estimation+using+ultrasound+radio+frequency+data%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Performance evaluation of methods for two-dimensional displacement and strain estimation using ultrasound radio frequency data.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 35 (5), 796-812 (2009).</li>
<li>Fromageau, J., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFromageau%2C+J+%22Ultrasonics+Symposium%2C+2005+IEEE%22">Ultrasonics Symposium, 2005 IEEE</a>. , 257-260 (2005).</li>
<li>Lopata, R. G. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vascular+elastography%3A+A+validation+study%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Vascular elastography: A validation study.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 40 (8), 1882-1895 (2014).</li>
<li>Mascarenhas, E. J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+mechanical+properties+of+porcine+aortas+under+physiological+loading+conditions+using+vascular+elastography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Mechanical+Behavior+of+Biomedical+Materials%22%5BJournal%5D)">Assessment of mechanical properties of porcine aortas under physiological loading conditions using vascular elastography.</a> Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 59, 185-196 (2016).</li>
<li>Brekken, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+estimation+in+abdominal+aortic+aneurysms+from+2-D+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Strain estimation in abdominal aortic aneurysms from 2-D ultrasound.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 32 (1), 33-42 (2006).</li>
<li>Vonk, T., Nguyen, V., Schurink, G., van de Vosse, F., Lopata, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVonk%2C+T+%22Ultrasonics+Symposium+%28IUS%29%2C+2014+IEEE+International%22">Ultrasonics Symposium (IUS), 2014 IEEE International</a>. , 9-12 (2014).</li>
<li>Cloonan, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D-Printed+Tissue-Mimicking+Phantoms+for+Medical+Imaging+and+Computational+Validation+Applications%5BTitle%5D)+AND+%223D+Printing+and+Additive+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">3D-Printed Tissue-Mimicking Phantoms for Medical Imaging and Computational Validation Applications.</a> 3D Printing and Additive Manufacturing. 1 (1), 14-23 (2014).</li>
<li>Doyle, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+modelling+of+aortic+aneurysms%3A+novel+applications+of+silicone+rubbers%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Engineering+and+Physics%22%5BJournal%5D)">Experimental modelling of aortic aneurysms: novel applications of silicone rubbers.</a> Medical Engineering and Physics. 31 (8), 1002-1012 (2009).</li>
<li>Zell, K., Sperl, J., Vogel, M., Niessner, R., Haisch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustical+properties+of+selected+tissue+phantom+materials+for+ultrasound+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Acoustical properties of selected tissue phantom materials for ultrasound imaging.</a> Physics in Medicine and Biology. 52 (20), 475(2007).</li>
<li>Surry, K., Austin, H., Fenster, A., Peters, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly+%28vinyl+alcohol%29+cryogel+phantoms+for+use+in+ultrasound+and+MR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Poly (vinyl alcohol) cryogel phantoms for use in ultrasound and MR imaging.</a> Physics in Medicine and Biology. 49 (24), 5529(2004).</li>
<li>Chu, K. C., Rutt, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyvinyl+alcohol+cryogel%3A+An+ideal+phantom+material+for+MR+studies+of+arterial+flow+and+elasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Polyvinyl alcohol cryogel: An ideal phantom material for MR studies of arterial flow and elasticity.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 37 (2), 314-319 (1997).</li>
<li>Richards, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+the+impact+of+spatial+priors+on+the+performance+of+model-based+IVUS+elastography%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Investigating the impact of spatial priors on the performance of model-based IVUS elastography.</a> Physics in Medicine and Biology. 56 (22), 7223-7246 (2011).</li>
<li>Raghavan, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+distribution+of+wall+thickness+and+failure+properties+of+human+abdominal+aortic+aneurysm%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Regional distribution of wall thickness and failure properties of human abdominal aortic aneurysm.</a> Journal of Biomechanics. 39 (16), 3010-3016 (2006).</li>
<li>Farsad, M., Zeinali-Davarani, S., Choi, J., Baek, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computational+Growth+and+Remodeling+of+Abdominal+Aortic+Aneurysms+Constrained+by+the+Spine%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Computational Growth and Remodeling of Abdominal Aortic Aneurysms Constrained by the Spine.</a> Journal of Biomechanical Engineering. , (2015).</li>
<li>Kim, J., Peruski, B., Hunley, C., Kwon, S., Baek, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+surrounding+tissues+on+biomechanics+of+aortic+wall%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Experimental+and+Computational+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Influence of surrounding tissues on biomechanics of aortic wall.</a> International Journal of Experimental and Computational Biomechanics. 2 (2), 105-117 (2013).</li>
<li>Lillie, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulse+Wave+Velocity+Prediction+and+Compliance+Assessment+in+Elastic+Arterial+Segments%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Engineering+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Pulse Wave Velocity Prediction and Compliance Assessment in Elastic Arterial Segments.</a> Cardiovascular Engineering and Technology. 6 (1), 49-58 (2015).</li>
<li>Varble, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+hemodynamic+model+of+the+arm+arteriovenous+circulation+to+study+hemodynamics+of+native+arteriovenous+fistula+and+the+distal+revascularization+and+interval+ligation+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">In vitro hemodynamic model of the arm arteriovenous circulation to study hemodynamics of native arteriovenous fistula and the distal revascularization and interval ligation procedure.</a> Journal of Vascular Surgery. 59 (5), 1410-1417 (2014).</li>
<li>Mix, D. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+Regional+Stiffness+Changes+in+Aortic+Aneurysmal+Geometries+Using+Pressure-Normalized+Strain%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Detecting Regional Stiffness Changes in Aortic Aneurysmal Geometries Using Pressure-Normalized Strain.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (10), 2372-2394 (2017).</li>
<li>Browne, J., Ramnarine, K., Watson, A., Hoskins, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+acoustic+properties+of+common+tissue-mimicking+test+phantoms%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Assessment of the acoustic properties of common tissue-mimicking test phantoms.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 29 (7), 1053-1060 (2003).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W artykule przedstawiono technikę wytwarzania fantomów naśladujących tkanki do wykorzystania w testowaniu algorytmów elastografii lub obrazowania elastyczności. Połączone wykorzystanie CAD i druku 3D pozwala na efektywne projektowanie fantomów naśladujących aortę o złożonej geometrii, poza fantomami rurkowymi, w tym wybrzuszeniami tętniaków. Tworzenie fantomu odbywa się w 4 krokach; 1) projektowanie geometrii fantomu, 2) drukowanie części formy fantomowej, 3) mieszanie roztworów kriożelu, które ostatecznie naśladować charakterystyki ultradźwiękowe i właściwości mechaniczne naczyń fantomowych oraz 4) wlewanie/wstrzykiwanie roztworu kriożelu do formy, ustawienie PVA-c z cyklami zamrażania i rozmrażania oraz usuwanie fantomu z formy. Wykorzystanie CAD w projektowaniu form uzyskanych w Kroku 1 pozwala w prosty sposób na precyzyjną modyfikację geometrii fantomów. Drukowanie części formy trwa obecnie około 5-8 godzin w zależności od wielkości wydruku, dzięki czemu można je łatwo wykonać w celu wielokrotnych modyfikacji form.
W Kroku 3 tworzone są roztwory kriożelu, które naśladują naczynie, tętniaka i tkankę tła z cząstkami węglanu wapnia naśladującymi rozproszenie tkanki w USA. Roztwory kriożelu należy wymieszać przed użyciem, jeśli cząstki wapnia osiadły w mieszaninie. Dokładne stężenie mieszaniny kriożelu określi ostateczne właściwości mechaniczne fantomów. Dlatego ważne jest, aby stworzyć niezależne próbki każdego z roztworów zastosowanych w naczyniu fantomowym i tle. Chociaż nie jest to częścią niniejszego protokołu, niezależne pomiary modułu sprężystości próbki należy uzyskać za pomocą jednoosiowych prób rozciągania. Niezależne badania mechaniczne próbek PVA-c dla fantomów 10%, 15%, 20% i 25% utworzonych w reprezentatywnych wynikach wykazały moduł ścinania odpowiednio 17,4 ± 1,0 kPa, 48,3 ± 5,7 kPa, 95,1 ± 0,4 kPa i 170,0 ± 4,1 kPa.
Krok 4 jest najbardziej krytycznym krokiem w tworzeniu tych fantomów. Chociaż kołki rejestracyjne są na miejscu, aby utrzymać części formy we właściwych pozycjach względem pozostałych, ważne jest, aby upewnić się, że części formy nie rozdzielają się podczas procesu formowania. W ten sposób użycie zacisków do przytrzymania formy. Najważniejszą kwestią w kroku 4 jest zminimalizowanie pęcherzyków powietrza uwięzionych w formie przed pierwszym cyklem zamrażania i rozmrażania. Często przydatne jest zdemontowanie jednej strony formy zewnętrznej i sprawdzenie fantomu po pierwszym cyklu zamrażania i rozmrażania, aby upewnić się, że uformował się prawidłowo. Może to zaoszczędzić czas stracony na poddawanie "złego" fantomu dodatkowym cyklom. Po całkowitym wyjęciu fantomu z formy można go przechowywać w wodzie przez kilka tygodni przy dalszym użytkowaniu.
Fantomy PVA-c opracowane w tej pracy zostały stworzone w celu specyficznego naśladowania ultradźwiękowej i sztywności materiału tkanki aorty. Zastosowanie kriożelu z polialkoholu winylowego pozwala na uzyskanie szerszego zakresu możliwej sztywności mechanicznej, aby lepiej naśladować zmieniające się właściwości materiału tkanki aortalnej w porównaniu z większą ilością materiałów gumopodobnych33,34. Ponadto zastosowanie hydrożelu i odlewania metodą traconego wosku lepiej oddaje właściwości akustyczne odlewanych gum lub bezpośrednio drukowanych materiałów3D 33,45. Niektóre pęcherzyki powietrza mogą zostać uwięzione w naszych formach przed pierwszym cyklem zamrażania i rozmrażania. Może to spowodować luki w fantomie i prowadzić do osłabienia materiału lub artefaktów akustycznych. Dlatego zaleca się sprawdzenie fantomów po wyjęciu z formy po pierwszym zamrożeniu i rozmrożeniu, aby ustalić, czy proces powinien zostać wznowiony. Ponadto autorzy odkryli, że wewnętrzna pleśń może czasami przesuwać się podczas zamrażania tętniakowej części fantomów. Jeśli tak się stanie, jedną z modyfikacji powyższego protokołu byłoby stworzenie wydrukowanej w 3D lub w inny sposób zaprojektowanej części, która mocno przytrzymałaby wewnętrzną formę światła do przedniej zewnętrznej formy podczas zamrażania tej sekcji. Autorzy odkryli, że dobrze sprawdza się w tym celu użycie tylnej strony zewnętrznej formy i 5-milimetrowej przekładki między tylną zewnętrzną formą a wewnętrzną formą.
Opracowany tutaj fantom idealnie nadaje się do badania wpływu zmian średnicy tętniaka i grubości światła lub potencjalnie obecności skrzepliny w tkance poprzez edycję oryginalnych plików CAD. Jednak wcześniejsze prace wykazały również, że ta technika produkcji może być modyfikowana w celu wytworzenia specyficznych dla pacjenta geometrii fantomowych przy użyciu obrazów tomografii komputerowej i oprogramowania do segmentacji, a nie projektowania CAD, w celu stworzenia drukowanych w 3D form fantomowych44. Przedstawione tutaj wyniki pokazują, że algorytm był w stanie zwizualizować wytworzone zmiany właściwości mechanicznych sekcji fantomowych. Należy zauważyć, że chociaż fantomy te były używane do testowania technik obrazowania opartych na Stanach Zjednoczonych, są one również kompatybilne z systemami obrazowania rezonansu magnetycznego i tomografii komputerowej oraz że mogą być również wykorzystywane poza celem obrazowania elastyczności, w szerokim zakresie nowatorskich technik i modalności obrazowania.

Tętniaki aorty brzusznej (AAA) to ogniskowe powiększenia aorty, które występują preferencyjnie w pobliżu rozwidlenia aorty1. Dokładna przyczyna powstawania AAA nie jest znana, chociaż wiele teorii sugeruje, że patogeneza jest wieloczynnikowa, a przyczyniają się do tego czynniki genetyczne, behawioralne, hemodynamiczne i środowiskowe2,3. Podczas gdy diagnozę tętniaka aorty brzusznej można uzyskać za pomocą nieinwazyjnych technik obrazowania, przewidywanie ryzyka pęknięcia specyficznego dla pacjenta nie jest tak precyzyjne4,5,6. Naprawa chirurgiczna może zmniejszyć ryzyko pęknięcia aorty, ale operacyjna naprawa aorty wiąże się z wysokim wskaźnikiem zachorowalności i śmiertelności7. Obecne praktyki chirurgiczne wykorzystują "kryteria maksymalnej wielkości", czyli maksymalnej bezwzględnej średnicy tętniaka, aby przewidzieć ryzyko pęknięcia u pacjenta. Niestety, ustalono, że tętniak nadal pęka poniżej rozmiarów klinicznie akceptowalnych do naprawy chirurgicznej, co oznacza, że pacjenci z tętniakiem dowolnej wielkości niosą ze sobą pewne ryzyko pęknięcia8,9,10,11,12,13. Ponadto wiadomo, że historyczne doniesienia o ryzyku pęknięcia są prawdopodobnie zawyżone w stosunku do rzeczywistego ryzyka pęknięcia, co oznacza, że wielu pacjentów jest narażonych na ryzyko chirurgiczne bez korzyści13. Potrzebna jest dokładniejsza ocena ryzyka pęknięcia specyficznego dla pacjenta, aby pomóc w stratyfikacji stosunku korzyści do ryzyka pacjenta poddanego chirurgicznej naprawie tętniaka.
Wykazano, że przestrzenny rozkład naprężeń w AAA ma kluczowe znaczenie w określaniu potencjału pęknięcia i może być lepszym wskaźnikiem niż maksymalna średnica14,15,16,17,18. Większość najnowszych badań, które badają mechanikę pęknięcia AAA, wykorzystuje segmentowe geometrie z obrazów rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) oraz uśrednione populacyjne właściwości mechaniczne tkanki aorty mierzone ex vivo. Modele elementów skończonych (FE) są następnie wykorzystywane do przewidywania naprężeń ścian zbiornika14,15,16,17,18. Ponieważ jednak właściwości mechaniczne są określane po wycięciu tkanki, nie jest jasne, czy uzyskane modele dokładnie odwzorowują wynikające z tego naprężenia specyficzne dla pacjenta in vivo. Badania te zazwyczaj zakładają jednorodne właściwości materiału ściany naczynia i nie uwzględniają wysoce niejednorodnej struktury ściany aorty i skrzepliny19,20,21,22,23,24,25.
Obrazowanie elastyczności oparte na ultradźwiękach jest używane klinicznie do diagnozowania i monitorowania różnych patologii chorobowych26. Technologia ta zapewnia nieinwazyjny sposób badania fizycznych interakcji tkanek miękkich. Obrazowanie elastyczności naczyń krwionośnych w skali USA jest stosowane jako metoda obrazowania wspomagającego do klinicznej oceny USG w badaniach przesiewowych i monitorowaniu AAA. Połączenie tych technik dostarcza zarówno informacji geometrycznych, takich jak średnica i długość, jak i danych mechanicznych, takich jak względna sztywność i zmienność sztywności. Podczas gdy wiele technik obrazowania elastyczności wymaga obciążenia zewnętrznego w celu wywołania mierzalnej deformacji tkanki, ruch tkanki, który ma być tutaj mierzony, jest indukowany przez zmiany ciśnienia w aorcie spowodowane bijącym sercem. Opublikowano wiele metod przestrzennego rozdzielania pól odkształceń w odkształcających się naczyniach, jednak badania walidacyjne tych metod były ograniczone do pacjentów, modeli zwierzęcych lub próbek tkanek ex vivo27,28,29,30,31,32. Do tej pory niewiele metod pozwala na tworzenie niestandardowych geometrii o przestrzennie zróżnicowanych właściwościach materiału27,29.
Tutaj prezentujemy metodę produkcji kompatybilnych z USA, naśladujących tkanki fantomów, które można dostosować do różnych istotnych geometrii aorty i właściwości materiału w celu walidacji amerykańskich technik elastografii. Chociaż poprzednie grupy były w stanie zaprojektować złożone fantomy geometryczne, aby naśladować geometrie AAA przy użyciu technologii druku 3D33,34, gumy do druku są znane z tego, że mają wysokie tłumienie do US i nie mają środków do późniejszego ich właściwości materiałowych. Fantomy są wykonane z kriożelu z polialkoholu winylowego (PVA-c), który wcześniej okazał się idealny do naśladowania właściwości tkanki naczyniowej35. Te fantomy mogą być używane w USG, rezonansie magnetycznym i obrazowaniu elastograficznym36,37,38. Geometria tętniaka aorty została zaprojektowana podobnie do modelu symulacyjnego stworzonego przez Vorpa i wsp.14. Naczynie ma średnicę nominalną 22,5 mm i ma wybrzuszenie tętniakowe o długości 64 mm, średnicy 47 mm i mimośrodowe (β = 0,6)14 do przedniej strony fantomu. Ostatnia sekcja naśladuje rozwidlenie bioder o średnicy dystalnej 15 mm. Fantom został wybrany tak, aby miał stałą grubość około 5 mm. Raghavan i in. poinformowali w małym badaniu, że grubość naczynia AAA waha się od 0,23 do 4,26 mm, przy medianie wartości 1,48 mm39. Nominalna grubość naczynia na większym końcu tego spektrum została tutaj wybrana ze względu na problemy produkcyjne z oczekiwaniem, że ulepszone techniki druku 3D poprawią minimalną grubość fantomu, którą można formować. Formy fantomowe zostały zaprojektowane w CAD i są drukowane w 3D przy użyciu dostępnych na rynku drukarek i filamentu.
Formy są napełniane wtryskowo roztworem PVA-c i poddawane serii cykli zamrażania/rozmrażania (-20 °C i +20°C) w celu usieciowania polimeru PVA-c i polimeryzacji żelu. Moduł sprężystości PVA-c jest kontrolowany poprzez zmianę stężenia żelu PVA-c lub liczby cykli zamrażania i rozmrażania. Odcinek tętniakowy fantomu wymagał usunięcia formy ubytkowej z wewnętrznego światła naczynia. Osiągnięto to dzięki zastosowaniu polialkoholu winylowego, filamentu do drukarki 3D (PVA). Chociaż chemicznie podobny do proszku PVA-c, filament PVA nie polimeryzuje po zamrożeniu i jako taki może zostać rozpuszczony w wodzie po związaniu PVA-c. Drukowane są dodatkowe formy do próbek w celu stworzenia próbek do prób rozciągania, w konfiguracji "psiej kości", o tym samym stężeniu PVA-c. Formy te przechodzą te same cykle zamrażania/rozmrażania i są używane do prób rozciągania w celu niezależnego pomiaru modułu sprężystości sekcji fantomowych. Materiał tła został wyprodukowany z bardziej miękkiego PVA-c, stworzonego w celu symulacji tkanek zaotrzewnowej < klasy sup = "xref" > 40,< klasy sup = "xref">41. Ten fantom tła został wyprodukowany jako jednorodna osiowosymetryczna cylindryczna rura o średnicy wewnętrznej 4 cm, średnicy zewnętrznej 16,5 cm i długości 16,5 cm. Został wykonany z 5% roztworu PVA i poddany łącznie dwóm cyklom zamrażania i rozmrażania.
Ostatnie fantomy AAA zostały umieszczone w tle fantomu i podłączone, za pomocą łączników rurowych i zacisków, do hemodynamicznej pompy wodnej zaprojektowanej do deformowania fantomów za pomocą fizjologicznych cyklicznych przepływów i ciśnień. Prędkość pompy została ustawiona tak, aby dostarczała impuls ciśnienia o wartości około 6-7 kPa z częstotliwością około 1 Hz. Zebrano sekwencje obrazów ultradźwiękowych deformujących się fantomów, a odkształcenie znormalizowane ciśnieniem obliczono w celu zidentyfikowania różnic w przestrzennie zróżnicowanych właściwościach mechanicznych. Przedstawiono reprezentatywne wyniki obrazów odkształceń znormalizowanych ciśnieniowo w obszarze naczynia. Rosnące różnice regionalne w znormalizowanym odkształceniu sztywniejszych heterogenicznych fantomów w stosunku do fantomu jednorodnego pokazują różnice w sztywności naczynia i naszej zdolności do jej pomiaru.

<table><tbody><tr><td>Filament PLA</td><td>MatterHackers, MatterHackers.com</td><td>MEEDKTKU</td><td></td></tr><tr><td>Filament PVA</td><td>MatterHackers, MatterHackers.com</td><td>M4MJTECR</td><td></td></tr><tr><td>LeakSeal</td><td>RPM International Inc., Rustoleum.com</td><td>265495</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol poliwinylowy w proszku (Elvanol 71-30)</td><td>DowDuPont Inc., ChemistryStore.com</td><td>SKU: 81015</td><td></td></tr><tr><td>Węglan wapnia w proszku</td><td>greenwaybiotech.com przez amazon.com</td><td>Amazon: B00HFFCBYQ</td><td></td></tr><tr><td>Tacky Wax</td><td>bards.com przez amazon.com</td><td>Bards: BB759 Amazon: B016KBDYRS</td><td></td></tr><tr><td>Rostock max Drukarka 3D</td><td>SeeMeCNC, seemecnc.com</td><td>SKU: 84459</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie CAD</td><td>Onshape OnShape, oprogramowanie drukarki onshape.com</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mattercontrol</td><td>MatterHackers, </td><td></td><td></td>MatterHackers.com</tr><tr><td>Cewnik i urządzenie ciśnieniowe Mikro-Cath</td><td>Millar, Inc., millar.com</td><td>4501016/B</td><td></td></tr><tr><td>BNC cyfrowe przejęcie</td><td>National Instruments Corporation, ni.com</td><td>NI USB-6251 BNC</td><td></td></tr><tr><td>przezroczysty odlew akrylowy</td> arkusz <td>mcmaster-carr Supply Company, mcmaster.com</td><td>8560K274</td><td></td></tr><tr><td>Zawory odcinające Cole-Parmer ze złączami Luer; 3-drożny; zamek męski, Niesterylne</td> strzykawki <td>jednorazowe Cole-Parmer, coleparmer.com</td><td>EW-30600-02</td><td></td></tr><tr><td>BD (60 ml, Luer lock)</td><td>Cole-Parmer, coleparmer.com</td><td>EW-07945-28</td><td></td></tr><tr><td>6-calowy zacisk zapadkowy / 12-calowy rozsiewacz</td><td>Tekton, Inc., www.tekton.com</td><td>39181</td><td></td></tr><tr><td>Przezroczysta rurka PVC Tygon</td><td>mcmaster-carr Supply Company, mcmaster.com</td><td>6516T53</td><td></td></tr><tr><td>MTS Qtest Q/5</td><td>MTS Systems Corperation, www.mts.com</td><td>4501016</td><td></td></tr><tr><td>Ogniwo obciążnikowe MTS 5N</td><td>Systemy MTS Corperation, www.mts.com</td><td>4501016/B</td><td></td></tr><tr><td>Abaqus</td><td>FEA Dassault Syst&egrave; mes, 3ds.com</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

produkcja hydrożelowych fantomów naśladujących tkankę aorty brzusznej do walidacji elastografii ultrasonograficznej

Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation

Elastografia ultrasonograficzna (US), czyli obrazowanie elastyczności, to technika obrazowania wspomagającego, która wykorzystuje sekwencyjne obrazy tkanek miękkich w USA do pomiaru ruchu tkanek i wnioskowania lub ilościowego określenia podstawowych cech biomechanicznych. W przypadku tętniaków aorty brzusznej (AAA) właściwości biomechaniczne, takie jak zmiany modułu sprężystości tkanki i oszacowanie naprężenia tkanki, mogą mieć zasadnicze znaczenie dla oceny potrzeby interwencji chirurgicznej. Tętniaki aorty brzusznej Elastografia amerykańska może być użytecznym narzędziem do monitorowania progresji AAA i identyfikowania zmian we właściwościach biomechanicznych charakterystycznych dla pacjentów wysokiego ryzyka.
Wstępnym celem w rozwoju techniki elastografii AAA US jest walidacja metody przy użyciu fizycznie istotnego modelu o znanych właściwościach materiału. W tym miejscu przedstawiamy proces produkcji fantomów naśladujących tkanki AAA o fizycznie istotnych geometriach i przestrzennie modulowanych właściwościach materiału. Te fantomy tkankowe mają na celu naśladowanie właściwości USG, modułu materiałowego i geometrii tętniaków aorty brzusznej. Fantomy tkankowe są wytwarzane przy użyciu kriożelu z polialkoholu winylowego (PVA-c) i formowane przy użyciu części drukowanych 3D stworzonych przy użyciu oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD). Moduł fantomów jest kontrolowany przez zmianę stężenia PVA-c oraz przez zmianę liczby cykli zamrażania-rozmrażania stosowanych do polimeryzacji kriożelu. Fantomy AAA są podłączone do pompy hemodynamicznej, zaprojektowanej tak, aby deformować fantomy pod wpływem fizjologicznego cyklicznego ciśnienia i przepływów. Ultradźwiękowe sekwencje obrazów odkształcających się fantomów pozwoliły na przestrzenne obliczenie odkształcenia znormalizowanego ciśnieniem oraz identyfikację właściwości mechanicznych ścianki naczynia. Przedstawiono reprezentatywne wyniki odkształcenia znormalizowanego ciśnieniem.

Reprezentatywne obrazy w trybie B naczynia naśladujące fantomy są pokazane dla minimalnego i maksymalnego ciśnienia mierzonego przez cewnik (<silna klasa="xfig">Rysunek 4b i 4c, odpowiednio). Odkształcenie znormalizowane ciśnieniem (εp / PP) w %/kPa jest pokazane dla czterech różnych wyprodukowanych fantomów (<silna klasa="xfig">Rysunek 5). <silna klasa="xfig">Rysunek 5a pokazuje zmierzone odkształcenie znormalizowane ciśnieniowo w jednorodnym fantomie wyprodukowanym z 10% masowego roztworu PVA-c. Stosunek średniego odkształcenia zmierzonego w tylnej ćwiartce (zdjęcie na dole) do średniego odkształcenia w przedniej ćwiartce (zdjęcie u góry) wynosił 0,92. <silna klasa="xfig">Rysunek 5b pokazuje εp/PP dla fantomu, w którym przekrój tętniaka fantomu został wykonany z 15% masowego roztworu PVA-c, a pozostała część fantomu została wykonana przy użyciu 10% masy PVA-c. Stwierdzono, że stosunek odkształcenia tylnego do przedniego dla tego fantomu wynosi 1,87. <silna klasa="xfig">Rysunek 5c pokazuje εp/PP dla heterogenicznego fantomu o masie 20% PVA-c, ze stosunkiem odkształceń tylnych do przednich wynoszącym 4,23. <silna klasa="xfig">Rysunek 5d pokazuje εp/PP dla heterogenicznego fantomu o masie 25% PVA-c, ze stosunkiem odkształceń tylnych do przednich wynoszącym 7,37.
Przedstawione tutaj wyniki pokazują, że fantomy aorty brzusznej zostały stworzone o skomplikowanej geometrii i przestrzennie zróżnicowanych właściwościach materiału. Projektowanie geometrii fantomowych było, a dokładniej form fantomowych, wykonywano za pomocą oprogramowania komputerowego, które ułatwia zmiany geometrii fantomowej (<silna klasa="xfig">Rysunek 1a i 1b). Formy można łatwo drukować i montować w 3D, a złożone geometrie form można drukować za pomocą filamentu PVA i usuwać, podobne techniki odlewania woskiem traconym. Końcowe fantomy statku mogą być dynamicznie zwiększane pod ciśnieniem i są stabilne przy dużych obciążeniach (<silna klasa="xfig">Rysunek 4a). Fantomy są kompatybilne z obrazowaniem ultrasonograficznym (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 4b i 4c) i mają właściwości materiału naśladujące sztywność aorty brzusznej. Różnice w proporcjach odkształceń w przednich i tylnych obszarach obrazów odkształceń pokazują, że obszary mają różne właściwości materiału (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 5), a niezależne testy mechaniczne na próbkach określają ilościowo dokładne wartości ich odpowiednich modułów ścinania.

Tutaj opisujemy metodę wytwarzania fantomów tętniaków, naśladujących tkankę aorty do wykorzystania w testowaniu elastografii ultradźwiękowej. Połączone zastosowanie technik projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) i druku trójwymiarowego (3D) tworzy fantomy aorty o przewidywalnej, złożonej geometrii, które umożliwiają walidację algorytmów obrazowania elastograficznego za pomocą kontrolowanych eksperymentów.

Produkcja hydrożelowych fantomów naśladujących tkankę aorty brzusznej do walidacji elastografii ultrasonograficznej

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the ...

Metoda ta może pomóc w ocenie algorytmów nieodłącznie związanych z dziedziną obrazowania elastyczności ultradźwiękowej naczyń krwionośnych, poprzez nieinwazyjne naśladowanie klinicznie istotnych naczyń o złożonej geometrii i przestrzennie różniących się właściwościach materiału. Główną zaletą tej techniki jest to, że ustanawia ona metodologię łatwego wytwarzania fantomów naśladujących tkanki o regulowanych parametrach geometrycznych, a także przestrzennie zmieniających się właściwościach mechanicznych. Ta technika wytwarzania może zwiększyć naszą zdolność do diagnozowania tętniaków aorty brzusznej poprzez walidację metody pomiaru zmieniających się właściwości mechanicznych nieodłącznie związanych z chorobą.Procedurę zademonstruje Łukasz Cybulski, technik z mojego laboratorium. Aby przygotować hydrożele, wymieszaj 22,2 grama proszku PVA-c w 200 mililitrach wody z kranu w szklanej zlewce i podgrzej roztwór w kuchence mikrofalowej do wrzenia. Następnie ponownie wymieszaj i zagotuj roztwór, aż całe PVA się rozpuści.Następnie zawiesić 0,4 grama węglanu wapnia w proszku w 10 mililitrach wody i dokładnie wymieszać zawiesinę węglanu wapnia z roztworem PVA jako rozpraszacze ultradźwiękowe. Następnie przykryj roztwór do schłodzenia do temperatury pokojowej. Przygotuj kolejny roztwór PVA-c z 17,6 grama proszku PVA-c w 100 mililitrach wody z kranu w innej szklanej zlewce, gotując i mieszając, aż roztwór będzie klarowny.Następnie dodaj 0,4 grama proszku węglanu wapnia w pięciu mililitrach zawiesiny rozpraszacza ultradźwiękowego wody do drugiego roztworu PVA-c. Wymieszaj końcowy roztwór PVA-c ze 193,7 gramami proszku PVA-c i 3,5 litra wody z kranu w dużym garnku i doprowadź roztwór do wrzenia, zdejmując garnek z ognia, gdy PVA zostanie całkowicie zawieszony w roztworze. Następnie dodaj 7,4 grama węglanu wapnia w proszku w 10 mililitrach zawiesiny wodnej do garnka i pozwól roztworowi ostygnąć do temperatury pokojowej.Aby zmontować formy, przymocuj jeden koniec około 100-milimetrowego kawałka elastycznej rurki do portu wtryskowego zewnętrznej formy świetlnej i przymocuj kurek odcinający z przyłączami strzykawkowymi do drugiego końca. Używając odkształcalnego wosku, wyrównaj kołki rejestracyjne wewnętrznej formy światła i przyklej wybrzuszoną część naczynia wewnętrznej formy światła do prostej części naczynia wewnętrznej formy prześwitu. W dobrze wentylowanym miejscu nałóż spray na elastyczną gumę pokrywającą tętniakowy koniec wewnętrznej formy świetlnej, aby zapobiec rozpuszczeniu się hydrożelu w części formy PVA podczas procesu formowania.Z większą stroną tętniaka zewnętrznej formy skierowaną w dół, wypełnij wybrzuszenie 15 mililitrami 17,6 grama roztworu PVA-c i umieść zmontowane wewnętrzne części formy w przedniej zewnętrznej części formy za pomocą gumek, aby utrzymać wewnętrzną część światła na miejscu. Następnie umieść zespół formy w zamrażarce o temperaturze minus 20 stopni Celsjusza na 12 godzin. W międzyczasie nałóż dużą ilość odkształcalnego wosku na tylną powierzchnię wydrukowanej formy do próbki i zaciśnij formę próbki do płaskiego arkusza z tworzywa sztucznego przyciętego do minimalnego rozmiaru około 100 na 60 na 10 milimetrów.Następnie wypełnij przestrzeń między formą a plastikowym arkuszem 17,6 grama roztworu PVA i umieść formę w zamrażarce o temperaturze minus 20 stopni Celsjusza. Nie dopuszczając do rozmrożenia roztworu w pierwszym zespole formy, zmontuj i zaciśnij razem całą formę naczynia, wyściełając szwy zewnętrznej formy świetlnej odkształcalnym woskiem, aby upewnić się, że hydrożel nie wycieka podczas wtrysku. Napełnij 60-mililitrową strzykawkę 22,2 gramowym roztworem PVC i trzymając rozwidlony koniec formy do góry, wstrzyknij roztwór PVA-c do zespołu formy.Pozwól nowo skonstruowanej formie zastygnąć przez 30 minut, delikatnie stukając co 10 minut, aby pęcherzyki powietrza mogły unieść się na szczyt formy. Następnie zamroź cały zespół formy na 12 godzin. W międzyczasie zmontuj i zaciśnij kolejną próbną formę i płaski arkusz z tworzywa sztucznego wycięty zgodnie z ilustracją, wypełnij przestrzeń między formą a plastikowym arkuszem 22,2 grama roztworu PVA i zamroź formę na 12 godzin.Pod koniec inkubacji zamrażania rozmrażaj obie formy przez 12 godzin w temperaturze pokojowej, a następnie cztery kolejne 24-godzinne cykle zamrażania i rozmrażania. Po piątym cyklu zamrażania i rozmrażania wyjmij próbki testowe PVA-c z ich form i odetnij nadmiar kriożelu od próbek do przechowywania w szczelnie zamkniętym pojemniku z pięcioprocentowym objętościowo roztworem wody wybielającej w temperaturze pokojowej. Następnie wyjmij naczynie PVA-c z zewnętrznej formy światła, ostrożnie oddzielając prostą część naczynia wewnętrznej formy światła od części tętniakowej.Następnie odetnij przekładki rejestracyjne od rozwidlonego końca tętniakowej części wewnętrznej formy świetlnej, aby odsłonić wydrukowane włókno PVA i umieść wydrukowaną część PVA w łaźni wodnej w temperaturze pokojowej, aby rozpuścić część tętniakową. Po rozpuszczeniu i wyjęciu części drukowanej z PVA z wnętrza naczynia, fantom należy przechowywać fantom w szczelnie zamkniętym pojemniku z pięcioprocentowym objętościowo roztworem wody wybielającej o temperaturze pokojowej. Napełnij formę tła około 3.3 litra 183.7 grama roztworu PVA-c i napełnij formę próbki 183.7 gramowym roztworem PVA-c, a następnie zamroź i rozmroź tło i formy próbki przez dwa 24-godzinne cykle.Po drugim rozmrożeniu usuń próbkę tła i fantom tła z ich form i przechowuj je w szczelnie zamkniętym pojemniku ze świeżym, pięcioprocentowym objętościowo roztworem wody wybielającej o temperaturze pokojowej. W celu przetestowania fantomów i próbek, umieść naczynie i fantomy tła w dużej łaźni wodnej i użyj zacisków rurowych, aby przymocować większy koniec naczynia do wyjścia hemodynamicznej pompy wodnej. Umieść fantom naczynia w fantomie tła i użyj zacisków rurowych, aby przymocować rozwidlone końce fantomu do wlotu pompy hemodynamicznej.Umieścić półprzewodnikowy cewnik czujnika ciśnienia w układzie pompy końcowej naczynia w pobliżu wlotu pompy hemodynamicznej i uruchomić pompę hemodynamiczną w taki sposób, aby ciśnienie formacji Walde mieściło się w zakresie od minimum zero kilopaskali do maksimum 7,5 kilopaskala. Następnie użyj systemu ultradźwiękowego i wypukłego przetwornika o częstotliwości środkowej około pięciu megaherców, aby zebrać obrazy ultradźwiękowe tła i fantomów naczyń w przekroju poprzecznym w miejscu maksymalnej średnicy naczynia, rejestrując dane dotyczące ciśnienia za pomocą cyfrowego systemu akwizycji. Tutaj pokazano obrazy w trybie B naczynia naśladujące fantomy dla minimalnego i maksymalnego ciśnienia mierzonego przez cewnik.W tym wytworzonym fantomie stosunek średniego odkształcenia znormalizowanego ciśnieniem mierzonego w tylnej ćwiartce fantomu do średniego odkształcenia w przedniej ćwiartce wynosił 0,92. W tym wyprodukowanym fantomie przekrój tętniaka fantomu został wykonany z 15-procentowego roztworu PVA-c, a pozostała część fantomu została wykonana przy użyciu 10-procentowego masowego PVA-c, a stosunek tylnego i przedniego odkształcenia określono na 1,87. W tym przypadku heterogeniczny fantom został wygenerowany z 20-procentowym udziałem masy PVA-c ze stosunkiem odkształcenia tylnego do przedniego wynoszącym 4,23, a ten 25-procentowy gradientowy fantom PVA-c wykazał odkształcenie tylne do przedniego wynoszące 7,37.Jak wykazano, końcowe fantomy zbiornika mogą być dynamicznie ciśnione i są stabilne pod dużymi obciążeniami. Podczas próbowania tego procesu produkcyjnego ważne jest, aby zachować rejestrację wszystkich sekcji formy. Jeśli części formy nie są odpowiednio dopasowane, mogą powstać cienkie odcinki ścianki naczynia.Zastosowanie kriożelu z polialkoholem winylowym pozwala na uzyskanie szerokiego zakresu wartości sztywności, aby naśladować zmieniające się właściwości materiału naczyń krwionośnych. Zgodnie z techniką przedstawioną w tej procedurze, inne geometrie fantomowe mogą być tworzone i testowane przy użyciu podobnych form CAD lub form specyficznych dla pacjenta na podstawie kontrastowych obrazów CT naczyń. Opracowane tutaj fantomy kriożelu zostały specjalnie zaprojektowane do obrazowania ultrasonograficznego, jednak są one również kompatybilne z magnetycznymi systemami obrazowania rezydencji i tomogrofii komputerowej i mogą być wykorzystywane do walidacji szerokiego zakresu technik obrazowania.

manufacturing-abdominal-aorta-hydrogel-tissue-mimicking-phantoms-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Ten artykuł opisuje wewnętrzne procedury konstruowania przedklinicznego fantomu multimodalnego wykonanego z materiałów naśladujących tkanki (TM) do zapewnienia jakości (QA) pomiaru wielkości guza w metodach obrazowania zwierząt, takich jak ultrasonografia (US), tomografia komputerowa (CT) i rezonans magnetyczny (MRI).

Budowa przedklinicznego fantomu multimodalnego z wykorzystaniem materiałów naśladujących tkanki w celu zapewnienia jakości w pomiarze wielkości guza

Ten manuskrypt opisuje szczegółowy protokół korzystania z obrazowania ultradźwiękowego o wysokiej częstotliwości do pomiaru średnicy światła, prędkości propagacji impulsów, rozciągliwości i odkształcenia promieniowego na mysim modelu tętniaka aorty brzusznej.

Pomiar prędkości, rozciągliwości i odkształcenia impulsu w mysim modelu tętniaka aorty brzusznej

Ten protokół opisuje wytwarzanie czaszki, mózgu i fantomu guza specyficznego dla pacjenta. Wykorzystuje druk 3D do tworzenia form, a alkohol poliwinylowy (PVA-c) jest używany jako materiał naśladujący tkankę.

Specyficzne dla pacjenta wytwarzanie fantomów z alkoholu poliwinylowego z kontrastem ultradźwiękowym i rentgenowskim w celu planowania operacji guza mózgu

Tutaj prezentujemy rozwój symulowanej konfiguracji krążenia do oceny terapii multimodalnej, planowania przedinterwencyjnego i szkolenia lekarzy w zakresie anatomii układu sercowo-naczyniowego. Dzięki zastosowaniu skanów tomograficznych specyficznych dla pacjenta, ta konfiguracja jest idealna do podejść terapeutycznych, szkoleń i edukacji w zakresie medycyny zindywidualizowanej.

Opracowanie i ocena drukowanych w 3D fantomów sercowo-naczyniowych do planowania interwencyjnego i treningu

Ten artykuł przedstawia demonstrację i podsumowanie protokołów tworzenia fantomów żelatynowych, które naśladują tkanki miękkie, oraz odpowiadającą im charakterystykę lepkosprężystą za pomocą elastografii wgłębień i rezonansu magnetycznego.

Lepkosprężysta charakterystyka fantomów żelatynowych naśladujących tkanki miękkie przy użyciu elastografii wgłębień i rezonansu magnetycznego

Ten protokół opisuje wytwarzanie stabilnego, biologicznie istotnego materiału fantomowego do zastosowań optycznego i akustycznego obrazowania biomedycznego, o niezależnych właściwościach akustycznych i optycznych.

Stabilny materiał fantomowy do obrazowania optycznego i akustycznego

Tutaj demonstrujemy projekt i tworzenie czterech niestandardowych fantomów ultrasonograficznych z żelatyny balistycznej do treningu znieczulenia regionalnego pod kontrolą USG. Zaprojektowaliśmy fantomy za pomocą oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo, użyliśmy modeli wydrukowanych w 3D do stworzenia form silikonowych, a następnie wlaliśmy do nich stopiony żel balistyczny, aby stworzyć niestandardowe warstwy tkanki.

Budowanie niedrogich, trwałych, średniej wierności fantomów z żelu balistycznego do treningu blokady nerwów pod kontrolą USG

Protokół ten opisuje solidną, powtarzalną metodę wytwarzania anizotropowych fantomów poliwinylowych (PVA) — niezbędnych narzędzi do weryfikacji technik elastografii ultradźwiękowej skierowanej do mechanicznie anizotropowych tkanek miękkich (np. mięśni szkieletowych).

Anizotropowa falogramowa produkcja poliwinylalkoholowa do elastografii ultradźwiękowej: procedura i kontrola jakości

Ten protokół zapewnia powtarzalną i niezawodną metodę wywoływania tętniaków tętnicy brzusznej (TTB) u myszy C57BL/6 przy użyciu uczulenia elastyny i przynaczynowego stosowania elastazy, jako model TTB, który obejmuje komponent uczulenia immunologicznego.

Wiarygodne stworzenie modelu tętniaka tętnicy brzusznej u myszy przy użyciu uczulenia na elastynę i peryvaskularnej elastazy

Procedura demonstruje metodologię elastografii rezonansu magnetycznego w celu monitorowania wyników inżynierii tkankowej konstruktów adypogennych i osteogennych poprzez nieinwazyjną lokalną ocenę właściwości mechanicznych z wykorzystaniem mikroskopowej elastografii rezonansu magnetycznego (μMRE).

Metodologia elastografii rezonansu magnetycznego w ocenie wzrostu konstruktów inżynierii tkankowej

Poznaj metodę produkcji hydrożelowych fantomów naśladujących tkankę aorty brzusznej z wykorzystaniem technik CAD i druku 3D do walidacji algorytmów elastografii ultrasonograficznej.

Produkcja hydrożelowych fantomów naśladujących tkankę aorty brzusznej do walidacji elastografii ultrasonograficznej

Przeglądaj więcej filmów