Name: Opracowanie i ocena drukowanych w 3D fantomów sercowo-naczyniowych do planowania interwencyjnego i treningu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-18T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 57 s
Description: Poznaj metodę tworzenia spersonalizowanych fantomów sercowo-naczyniowych drukowanych w 3D na podstawie danych radiologicznych. Modele te służą do planowania interwencji, szkolenia lekarzy i badań in vitro, oferując realistyczną anatomię i właściwości biomechaniczne.

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 publikacja była wspierana przez Niemiecką Fundację Kardiologiczną/Niemiecką Fundację Badań nad Sercem.

<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>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Prezentowany przepływ pracy pozwala na ustalenie zindywidualizowanych modeli, a tym samym na przeprowadzenie planowania terapii przedinterwencyjnej, a także szkolenia lekarzy w zakresie zindywidualizowanych anatomii. Aby to osiągnąć, dane tomograficzne specyficzne dla pacjenta mogą być wykorzystywane do segmentacji i drukowania 3D elastycznych fantomów sercowo-naczyniowych. Wdrażając te wydrukowane w 3D modele w symulowanym obiegu, można realistycznie symulować różne sytuacje kliniczne.
Obecni...

Zindywidualizowane terapie zyskują coraz większe znaczenie w nowoczesnej praktyce klinicznej. Zasadniczo można je podzielić na dwie grupy: podejście genetyczne i morfologiczne. W przypadku zindywidualizowanych terapii opartych na unikalnym osobistym DNA konieczne jest albo sekwencjonowanie genomu, albo kwantyfikacja poziomów ekspresji genów1. Metody te można znaleźć na przykład w onkologii lub w leczeniu zaburzeń metabolicznych2. Unikalna morfologia (tj. anatomia) każdej osoby odgrywa ważną rolę w medycynie interwencyjnej, chirurgicznej i protetycznej. Rozwój zindywidualizowanych protez i planowanie terapii przedinterwencyjnej/operacyjnej stanowią obecnie główne obszary zainteresowań grup badawczych3,4,5.
Druk 3D, wywodzący się z przemysłowej produkcji prototypów, jest idealny dla tej dziedziny medycyny spersonalizowanej6. 3D-printing jest klasyfikowany jako metoda wytwarzania przyrostowego i zwykle opiera się na osadzaniu materiału warstwa po warstwie. Obecnie dostępna jest szeroka gama drukarek 3D o różnych technikach drukowania, umożliwiających przetwarzanie materiałów polimerowych, biologicznych lub metalicznych. Ze względu na rosnące prędkości drukowania, a także ciągłą powszechną dostępność drukarek 3D, koszty produkcji stają się coraz niższe. W związku z tym wykorzystanie druku 3D do planowania przedinterwencyjnego w codziennych czynnościach stało się ekonomicznie wykonalne7.
Celem tego badania było opracowanie metody generowania fantomów specyficznych dla pacjenta lub choroby, które można by wykorzystać w indywidualnym planowaniu terapii w medycynie sercowo-naczyniowej. Fantomy te powinny być kompatybilne z powszechnie stosowanymi metodami obrazowania, a także z różnymi podejściami terapeutycznymi. Kolejnym celem było wykorzystanie zindywidualizowanych anatomii jako modeli treningowych dla lekarzy.

<table><tbody><tr><td>3-matic</td><td>Materialise AB</td><td></td><td>Software Version 15.0 - Komercyjne oprogramowanie do modelowania 3D</td></tr><tr><td>Affiniti 50</td><td>Philips Medical Systems GmbH</td><td></td><td>Ultradźwiękowy system obrazowania</td></tr><tr><td>Agilista W3200</td><td>Keyence Co.</td><td></td><td>Drukarka 3D Polyjet o rozdzielczości przestrzennej 30&micro; m</td></tr><tr><td>AR-G1L</td><td>Keyence Co.</td><td></td><td>elastyczny materiał do druku 3D</td></tr><tr><td>Artis Zee</td><td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td><td>Angiograficzny skaner rentgenowski</td></tr><tr><td>cvi42</td><td>CCI Inc.</td><td></td><td>Wersja oprogramowania 5.12 - Cewnik diagnostyczny do oprogramowania do analizy przepływu 4D</td></tr><tr><td>, uniwersalny MPA 2</td><td>Cordis, firma</td><td></td> A Cardinal Health <td>Cewnik do modeli treningowych dla dzieci, rozmiary 4F dla niemowląt i 5F dla dzieci, młodych dorosłych</td></tr><tr><td>Urządzenie wspomagające komorę Excor</td><td>Berlin Heart GmbH</td><td></td><td>80 -100 ml</td></tr><tr><td>Środek kontrastowy Imeron 400 Obrazowanie</td><td>Bracco CT</td><td></td><td>- Środek kontrastowy</td></tr><tr><td>IntroGuide F</td><td>Angiokard Medizintechnik GmbH</td><td></td><td>Drut prowadnikowy z końcówką J; średnica: 0,035" długość: 220cm</td></tr><tr><td>Lunderquist Guidewire</td><td>Cook Medical Inc.</td><td></td><td>(T)EVAR interwencyjny prowadnik</td></tr><tr><td>MAGNETOM Aera</td><td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td><td>Skaner MRI</td></tr><tr><td>Magnevist Środek kontrastowy</td><td>Bayer Vital GmbH</td><td></td><td>MRI - Środek kontrastowy</td></tr><tr><td>naśladuje</td><td>Materialise AB</td><td></td><td>Oprogramowanie Version 23.0 - Komercyjne oprogramowanie do segmentacji</td></tr><tr><td>Studio modelowania</td><td>Keyence Co.</td><td></td><td>Oprogramowanie do krojenia drukarki 3D</td></tr><tr><td>Rurki</td><td></td><td></td><td></td>PVC</tr><tr><td>Drut prowadzący Radifocus M</td><td>Terumo Europe NV</td><td></td><td>Prowadnica prosta; średnica: 0,035" długość: 260cm</td></tr><tr><td>Naprawdę przydatne pudełko 9L</td><td>Naprawdę przydatne produkty 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>Wersja oprogramowania 2019-2020; Oprogramowanie do projektowania CAD</td></tr><tr><td>SOMATOM Force</td><td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td><td>Skaner tomografii komputerowej</td></tr><tr><td>syngo za pośrednictwem</td><td>oprogramowania do obrazowania radiologicznego</td> <td>Siemens Healthcare GmbH</td><td></td></tr></tbody></table>

opracowanie i ocena drukowanych w 3d fantomów sercowo-naczyniowych do planowania interwencyjnego i treningu

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

Interwencje oparte na cewnikach są standardowymi opcjami leczenia patologii sercowo-naczyniowych. W związku z tym modele dostosowane do potrzeb pacjenta mogą pomóc w szkoleniu umiejętności lekarzy w zakresie przewodów, a także w usprawnieniu planowania procedur interwencyjnych. Celem tego badania było opracowanie procesu produkcyjnego specyficznych dla pacjenta modeli drukowanych w 3D do interwencji sercowo-naczyniowych.
Aby stworzyć elastyczny fantom wydrukowany w 3D, różne materiały do druku 3D zostały porównane z tkankami biologicznymi świń (tj. tkanką aorty) pod względem właściwości mechanicznych. Na podstawie porównawczych prób rozciągania wybrano materiał montażowy i określono konkretne grubości materiału. Zanonimizowane zestawy danych CT ze wzmocnieniem kontrastowym zostały zebrane retrospektywnie. Z tych zestawów danych wyodrębniono modele wolumetryczne specyficzne dla pacjenta, a następnie wydrukowano je w 3D. Skonstruowano pętlę przepływu pulsacyjnego w celu symulacji przepływu krwi w świetle podczas interwencji. Przydatność modeli do obrazowania klinicznego oceniano za pomocą obrazowania rentgenowskiego, tomografii komputerowej, rezonansu magnetycznego 4D-MRI i ultrasonografii (dopplerowskiej). Środek kontrastowy został użyty w celu poprawy widoczności w obrazowaniu rentgenowskim. Zastosowano różne techniki cewnikowania do oceny fantomów wydrukowanych w 3D podczas szkolenia lekarzy, a także do planowania terapii przedinterwencyjnej.
Wydrukowane modele wykazały wysoką rozdzielczość druku (~30 μm), a właściwości mechaniczne wybranego materiału były porównywalne z fizjologiczną biomechaniką. Modele fizyczne i cyfrowe wykazały wysoką dokładność anatomiczną w porównaniu z bazowym zestawem danych radiologicznych. Wydrukowane modele nadawały się zarówno do obrazowania ultradźwiękowego, jak i do standardowych promieni rentgenowskich. Ultrasonografia dopplerowska i rezonans magnetyczny 4D, wyświetlały wzorce przepływu i charakterystyki punktów orientacyjnych (tj. turbulencje, naprężenia ścinające ściany) zgodne z danymi natywnymi. W warunkach laboratoryjnych opartych na cewniku fantomy specyficzne dla pacjenta były łatwe do ceteterizowania. Możliwe było zaplanowanie terapii i przeszkolenie procedur interwencyjnych w trudnych warunkach anatomicznych (np. wrodzonej wadze serca (CHD)).
Elastyczne fantomy sercowo-naczyniowe specyficzne dla pacjenta zostały wydrukowane w 3D, a zastosowanie powszechnych technik obrazowania klinicznego było możliwe. Ten nowy proces idealnie nadaje się jako narzędzie szkoleniowe do interwencji cewnikowych (elektrofizjologicznych) i może być wykorzystany w planowaniu terapii dostosowanej do potrzeb pacjenta.

Opisane reprezentatywne wyniki koncentrują się na kilku strukturach naczyniowo-sercowych powszechnie stosowanych w planowaniu, szkoleniach lub testach. Zostały one stworzone przy użyciu izotropowych zbiorów danych CT z grubością przekroju (ST) 1,0 mm i rozmiarem woksela 1,0 mm³. Grubość ścianek modeli tętniaka aorty ustalono na 2,5 mm, zgodnie z porównawczymi wynikami testów rozciągania materiału drukarskiego (wytrzymałość na rozciąganie: 0,62 ± 0,01 N/mm2; Fmax: 1,5...

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

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

Przedstawiona metoda pozwala na tworzenie specyficznych dla pacjenta anatomicznych modeli sercowo-naczyniowych do badań in vitro, nauczania i planowania zabiegów. Metoda ta oferuje ustandaryzowane podejście do tworzenia zindywidualizowanych modeli anatomicznych do druku 3D na podstawie zestawów danych radiologicznych, które można łatwo włączyć do pętli przepływu lub konfiguracji treningowych. Chociaż to podejście do modelowania koncentruje się na układzie sercowo-naczyniowym, można je przenieść na inne struktury anatomiczne.Jakość zbioru danych radiologicznych ma duży wpływ na trudności napotykane podczas modelowania. W przypadku pierwszych modeli użyj zestawu danych z minimalnymi artefaktami ruchu i wysoką rozdzielczością przestrzenną. Aby rozpocząć, zdefiniuj zakres wartości jednostek Hounsfielda, otwierając narzędzie do progowania, co skutkuje połączoną maską kontrastu zwiększającego objętość krwi i struktury kostne.Usuń wszystkie części kości, które są niepożądane w końcowym modelu 3D, za pomocą narzędzia Podziel maskę, które umożliwia oznaczanie i rozdzielanie wielu obszarów w ogólnych przekrojach na podstawie wartości i położenia Hounsfielda. Po tym oddzieleniu upewnij się, że pozostała maska zawierająca objętość krwi o zwiększonym kontraście. Można to zrobić, przewijając płaszczyznę koronalną i osiową i dopasowując utworzoną maskę do bazowego zestawu danych.Na podstawie tej maski oblicz renderowany model powierzchni wielokąta 3D. Kliknij narzędzie Wygładzanie lokalne, aby ręcznie i lokalnie dostosować powierzchnię segmentowanego modelu. Skoncentruj się na usuwaniu szorstkich kształtów wielokątów, pojedynczych szczytów i ostrych krawędzi utworzonych przez poprzednie operacje przycinania.Aby umożliwić późniejsze podłączenie modelu do pętli przepływu, należy dołączyć części rurowe o zdefiniowanych średnicach dostosowanych do dostępnych złączy węży i średnic rur. Aby umieścić płaszczyznę odniesienia równolegle do otworu w przekroju poprzecznym naczyń, wybierz narzędzie Utwórz płaszczyznę odniesienia i użyj wstępnie ustawionej płaszczyzny 3-punktowej. Następnie kliknij trzy równomiernie rozmieszczone punkty na przekroju naczynia, aby utworzyć płaszczyznę.Wprowadź przesunięcie o 10 milimetrów w oknie poleceń i potwierdź operację. Wybierz z menu narzędzie Rysuj szkic i wybierz poprzednio utworzoną płaszczyznę odniesienia jako położenie szkicu. Na szkicu umieść okrąg mniej więcej na linii środkowej naczynia i ustaw ograniczenie promienia tak, aby odpowiadało zewnętrznej średnicy złącza węża.Z utworzonego szkicu użyj narzędzia Wyciągnięcie, aby utworzyć walec o długości 10 milimetrów. Ustaw profil tak, aby odsunął się od otworu naczynia, aby utworzyć odległość między cylindrem a naczyniem o przekroju 10 milimetrów. Następnie użyj narzędzia Wyciągnięcie złożone, aby utworzyć połączenie między zakończeniem naczynia a geometrycznie zdefiniowanym walcem.Zapewnij płynne przejście między dwoma przekrojami, unikając w ten sposób turbulencji i obszarów o niskim przepływie w końcowym modelu przepływu 3D. Na koniec użyj narzędzia Hollow, aby utworzyć pustą przestrzeń krwi w oknie poleceń, a następnie ustaw wymaganą grubość ścianki i ustaw kierunek procesu drążenia, aby przesunąć się na zewnątrz. Potwierdź wybór, aby wykonać proces drążenia.Po przesłaniu pliku do drukowania z oprogramowania do krojenia na plasterki do drukarki 3D upewnij się, że ilość materiału do drukowania i materiału pomocniczego we wkładach drukarki jest wystarczająca dla modelu 3D i rozpocznij drukowanie. Po zakończeniu procesu drukowania usuń materiał podporowy z gotowego modelu. Najpierw usuń materiał podporowy ręcznie, delikatnie ściskając model.Umieść model na zlewie, a następnie zanurz go w wodzie lub odpowiednim rozpuszczalniku po zdjęciu pokrywy. Wysuszyć model w inkubatorze ustawionym na 40 stopni Celsjusza przez noc. Następnego dnia osadź model w 1%agarze .Użyj plastikowego pudełka z co najmniej dwucentymetrowymi marginesami bocznymi wokół modelu i wywierć otwory w ściankach, aby umożliwić podłączenie rurek z naczyń do pompy i zbiornika. Dodaj agar do wody i doprowadź do wrzenia. Po wymieszaniu mieszaniny pozwól jej ostygnąć przez pięć minut i wlej ją do pudełka, aby utworzyć łóżko o wysokości co najmniej dwóch centymetrów.Podczas gdy złoże agarowe się ustawia, podłącz model do niezgodnej rurki PVC za pomocą komercyjnych złączy do węży przy każdym otworze. Użyj opasek zaciskowych, aby zamocować połączenie między złączami węży a modelem 3D i upewnij się, że nie ma wycieku płynu. Przeprowadź rurki PCV przez wywiercone otwory do pudełka, a następnie umieść model na ustawionym łożu agarowym.Aby zapobiec wyciekaniu agaru z tych otworów, użyj żaroodpornej plasteliny, aby go uszczelnić. Następnie wypełnij pudełko agarem i przykryj model, dodając dwucentymetrową warstwę na wierzchu. Pozostaw agar do całkowitego ostygnięcia i ustaw na godzinę w temperaturze pokojowej.Mieszaj komorę za pomocą pompy tłokowej o objętości wyrzutowej od 120 do 150 mililitrów. W przypadku obrazowania CT należy umieścić całą pętlę przepływu w tomografie komputerowym z jednostką napędową stojącą w pobliżu. Pompę środka kontrastowego należy podłączyć bezpośrednio do zbiornika pętli przepływowej, aby podczas skanowania można było symulować zalanie modelu środkiem kontrastowym.Jest to szczególnie przydatne do wizualizacji patologii naczyniowych. Wykonaj tomografię komputerową jako skan dynamiczny na całym modelu, aby zobrazować napływ środka kontrastowego. Wstrzyknij 100 mililitrów od jednego do 10 rozcieńczonych jodowego środka kontrastowego do zbiornika modelu z prędkością czterech mililitrów na sekundę.Rozpocznij skanowanie za pomocą wyzwalania bolusa w probówce prowadzącej z progiem 100 jednostek Hounsfielda z czterosekundowym opóźnieniem. Aby wykonać ultrasonografię, nałóż niewielką ilość żelu ultradźwiękowego na blok agaru, aby zredukować artefakty. Uruchom pompę i użyj głowicy ultradźwiękowej, aby zlokalizować interesującą Cię strukturę anatomiczną.Użyj trybu echa 2D, aby ocenić ruch ulotki, a także zachowanie zaworu podczas otwierania i zamykania. Użyj kolorowego Dopplera do oceny przepływu krwi przez zastawkę i Dopplera spektralnego, aby określić ilościowo prędkość przepływu wzdłuż zastawki serca. Włóż port dostępowy do rurki PVC bezpośrednio pod modelem 3D, aby umożliwić łatwiejszy dostęp do anatomii za pomocą cewnika sercowego lub przewodu prowadzącego.Po uruchomieniu pętli przepływu sprawdź, czy nie ma wycieków w punkcie wejścia do portu. W razie potrzeby użyj dwuskładnikowego kleju, aby uszczelnić otwór. Umieść model 3D na stole pacjenta pod ramionami C aparatu rentgenowskiego.Użyj obrazowania rentgenowskiego, aby poprowadzić cewnik i poprowadzić przewody przez strukturę anatomiczną. W przypadku rezonansu magnetycznego 4D należy użyć skanera o napięciu 1,5 Tesli i upewnić się, że protokół akwizycji składa się z rezonansu magnetycznego bez wzmocnienia kontrastowego w sekwencji przepływu 4D. Uzyskaj izotropowy zestaw danych z 25 fazami o grubości warstwy 1,2 milimetra.Ustaw kodowanie prędkości na 100 centymetrów na sekundę. Wykonaj analizę obrazu przepływu 4D za pomocą dostępnego na rynku oprogramowania. Najpierw zaimportuj zestaw danych 4D MRI, wybierając go z dysku flash, a następnie wykonaj półautomatyczną korekcję offsetu i korekcję aliasingu, aby poprawić jakość obrazu.Linia środkowa naczynia zostanie automatycznie prześledzona, a oprogramowanie wyodrębni objętość 3D. Na koniec należy przeprowadzić analizę ilościową parametrów przepływu, klikając w poszczególne zakładki w oknie analizy. Wizualizacja przepływu, wizualizacja linii ścieżki i wektor przepływu mogą być wizualizowane bez dalszych danych wejściowych.Aby określić ilościowo nacisk i naprężenie ścinające ściany, w zakładce reprezentatywności umieść dwie płaszczyzny, klikając przycisk Dodaj płaszczyznę. Przesuń płaszczyzny do ROI, przeciągając je wzdłuż linii środkowej, tak aby jedna płaszczyzna została umieszczona na początku ROI, a druga na końcu. Spadek ciśnienia na ROI i naprężeniu ścinającym ścianę zostanie zwizualizowany i określony ilościowo na diagramie obok modelu 3D.Prezentowane modele drukowane w 3D oferują szeroki wachlarz możliwości w obrazowaniu CT. Wydrukowany materiał można łatwo odróżnić od otaczającego go agaru i ewentualnych metalowych implantów. W związku z tym stosowanie środka kontrastowego zwykle nie jest wymagane, z wyjątkiem generowania dynamicznych sekwencji obrazowania.Podczas korzystania z obrazowania ultradźwiękowego możliwe jest rozróżnienie ścianki modelu, otaczającego agaru i cienkich dynamicznych obiektów, takich jak płatki zastawki serca. Warstwa agaru na wierzchu modelu zapewnia realistyczne dotykowe sprzężenie zwrotne podczas procesu skanowania. Analiza przepływu w pętli przepływu oferuje szeroki zakres możliwych zastosowań i obrazowania przedinterwencyjnego.Sekwencja MRI 4D umożliwia wizualizację przepływu płynu, turbulencji i naprężeń ścinających ścianki w wydrukowanym modelu 3D, umożliwiając analizę wzorców przepływu po sztucznych zastawkach serca. Ten przepływ pracy można przenieść do różnych interwencyjnych procedur medycznych w celach szkoleniowych lub planistycznych. Technika ta pozwala na dokładniejsze badanie in vitro zachowania przepływu w dużych naczyniach sercowo-naczyniowych i oferuje ogromny potencjał w zakresie zindywidualizowanego planowania terapii.

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

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Optyczne fantomy tkanek są niezbędnymi narzędziami do kalibracji i charakterystyki systemów obrazowania optycznego oraz walidacji modeli teoretycznych. W tym artykule szczegółowo opisano metodę wytwarzania fantomów, która obejmuje replikację właściwości optycznych tkanek i trójwymiarowej struktury tkanki.

Wytwarzanie i charakterystyka fantomów tkanek optycznych zawierających makrostrukturę

Tutaj prezentujemy protokół korzystania z trójwymiarowych drukowanych modeli do planowania przedoperacyjnego i śródoperacyjnej reorganizacji skomplikowanych lokalizacji naczyniowych podczas obsługi wrodzonej anomalii aorty.

Trójwymiarowy wydruk złożonej anomalii aorty

Powlekanie wirowe, druk polyjet i modelowanie osadzania topionego są zintegrowane w celu wytworzenia wielowarstwowych heterogenicznych fantomów, które symulują strukturalne i funkcjonalne właściwości tkanki biologicznej.

Multimodalny druk 3D fantomów symulujący tkankę biologiczną

Opisujemy nowatorską, opłacalną i efektywną technikę przezskórnego dostarczania trójwymiarowo drukowanych implantów wieńcowych do tworzenia modeli choroby niedokrwiennej serca u świń z zamkniętą klatką piersiową. Implanty zostały zamocowane za pomocą cewnika przedłużającego matkę i dziecko z wysokim wskaźnikiem skuteczności.

Nowatorskie przezskórne podejście do wdrażania drukowanych w 3D implantów zwężenia choroby wieńcowej w modelach choroby niedokrwiennej serca u świń

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

Opisujemy procedurę przetwarzania skanów tomografii komputerowej (CT) na wysokiej wierności, odzyskiwalne i tanie trenażery zadań proceduralnych. Opisano procesy identyfikacji tomografii komputerowej, eksportu, segmentacji, modelowania i drukowania 3D, wraz z problemami i wnioskami wyciągniętymi w tym procesie.

Stworzenie wysokiej jakości, taniego trenera zadań do umieszczania linii doszpikowej za pomocą druku 3D

Modele dostosowane do potrzeb pacjenta zwiększają pewność siebie chirurga i współpracowników podczas opracowywania lub uczenia się planów chirurgicznych. Drukarki trójwymiarowe (3D) generują odpowiednie szczegóły do przygotowania chirurgicznego, ale nie są w stanie odtworzyć wierności dotykowej tkanek. Przedstawiono protokół szczegółowo opisujący tworzenie specyficznych dla pacjenta, silikonowych modeli serca, łączących precyzję druku 3D z symulowaną tkanką silikonową.

Tworzenie specyficznych dla pacjenta silikonowych modeli serca z zastosowaniami w planach przedoperacyjnych i szkoleniach praktycznych

Ta metoda demonstruje przepływ pracy druku 3D oparty na wokselach, który drukuje bezpośrednio z obrazów medycznych z dokładną wiernością przestrzenną i rozdzielczością przestrzenną/kontrastową. Umożliwia to precyzyjną, stopniowaną kontrolę rozkładu materiałów za pomocą morfologicznie złożonych, stopniowanych materiałów skorelowanych z gęstością promieniotwórczą bez utraty lub zmiany danych.

Anatomia drukowania wokselowego: projektowanie i wytwarzanie realistycznych, przedchirurgicznych modeli planistycznych za pomocą drukowania bitmapowego

Tutaj zaproponowano nową metodę tworzenia spersonalizowanego modelu drukowanego w 3D do przedoperacyjnej oceny operacji tarczycy. Sprzyja to rozmowie przedoperacyjnej, zmniejszając trudność operacji tarczycy.

Spersonalizowany model wydrukowany w 3D do oceny przedoperacyjnej w chirurgii tarczycy

Ten protokół przedstawia kompleksowy potok do analizy próbek pobranych z ludzkich serc, które obejmują mikroskopijne i makroskopowe skale.

Rurociąg do wieloskalowych trójwymiarowych badań anatomicznych ludzkiego serca

W tym miejscu opisujemy protokół konstruowania modelu serca od podstaw w oparciu o tomografię komputerową i prezentujemy go studentom medycyny przy użyciu druku trójwymiarowego (3D) i technologii rzeczywistości mieszanej do nauki anatomii.

Technologia rzeczywistości mieszanej i druk trójwymiarowy w nauczaniu: anatomia serca jako przykład

Poznaj metodę tworzenia spersonalizowanych fantomów sercowo-naczyniowych drukowanych w 3D na podstawie danych radiologicznych. Modele te służą do planowania interwencji, szkolenia lekarzy i badań in vitro, oferując realistyczną anatomię i właściwości biomechaniczne.

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

Przeglądaj więcej filmów