Spersonalizowany model wydrukowany w 3D do oceny przedoperacyjnej w chirurgii tarczycy
17 lutego 2023
Tutaj zaproponowano nową metodę tworzenia spersonalizowanego modelu drukowanego w 3D do przedoperacyjnej oceny operacji tarczycy. Sprzyja to rozmowie przedoperacyjnej, zmniejszając trudność operacji tarczycy.
W tym badaniu mamy na celu poprawę oceny przedoperacyjnej, komunikacji z pacjentem i pewności chirurgicznej operacji tarczycy poprzez spersonalizowane modele 3D tarczycy. Ta technika może bardzo dzielnie przywrócić relację między tarczycą a otaczającymi ją strukturami przy użyciu mniej czasu i kosztów. Jeśli uda nam się uzyskać obrazy 3D o wysokiej precyzji lub spersonalizowany model 3D, można spotkać się.
Na przykład chirurgia wątroby. Aby rozpocząć, należy zeskanować tarczycę pacjenta za pomocą ulepszonej tomografii komputerowej w celu uzyskania danych obrazu w formacie DICOM. Zaimportuj zeskanowane dane obrazu do oprogramowania i ustaw odpowiedni próg zgodnie z różnicą wartości szarości między tarczycą a otaczającymi ją tkankami lub narządami.
Ponieważ różne wartości szarości odzwierciedlają różnice w intensywności różnych obszarów ludzkiego ciała, ustaw próg skali szarości na 226 do 1500, aby przedstawić obraz kości, ustaw próg na minus 200 do 226, aby pokazać obraz tarczycy. Pozwól oprogramowaniu automatycznie zidentyfikować obszar w ramce lub ręcznie nakreślić granicę obszaru docelowego, jeśli rozpoznanie nie jest zadowalające. Generuj pliki STL na podstawie zrekonstruowanego modelu danych.
Po uzyskaniu zgody lekarza na zrekonstruowany model 3D, przenieś dane pliku STL do drukarki 3D z kolorowym materiałem, aby ustawić ustawienia parametrów za pomocą pomocniczego oprogramowania do krojenia druku 3D. Wybierz model druku w zależności od rodzaju gotowych produktów. Modele drukowane w kolorze zwykle wykorzystują technologię białego strumienia.
Podczas gdy żywica światłoczuła wykorzystuje cyfrową procesję świetlną. Wybierz parametr grubości obrysu plastra zgodnie z grubością produktów. Tutaj od 23 do 36 mikrometrów.
Wybierz metodę podparcia w zależności od stopnia rozdrobnienia modelu druku: albo ogólne wsparcie dla lepszej ochrony i mniej uszkodzeń drobnych szczegółów, albo częściowe podparcie, które oszczędza materiały. Następnie wybierz kolorowanie modelu za pomocą funkcji palety kolorów w drukarce. Ujednolicić tętnice kolorem czerwonym 255 i żyły kolorem niebieskim 255.
Wypełnij żywicę utwardzaną twardym światłem w drukarce 3D. Debuguj platformę drukowania i drukuj przy użyciu technologii procesu białego strumienia. Po wydrukowaniu wyjmij wstępnie wydrukowany model tarczycy.
Odejmij konstrukcję nośną, rozbijając i owijając podpory wokół wstępnego modelu rękami w rękawiczkach i usuwając większość głównego korpusu konstrukcji nośnej. Umieść model w myjce ultradźwiękowej z alkalicznym roztworem wodorotlenku wapnia w celu 15-minutowego czyszczenia. Włóż model do mokrej piaskarki i spłucz go, aż reszta struktury nośnej na powierzchni zostanie zmyta.
Następnie zmiel model za pomocą elektrycznego pilnika szlifierskiego lub ściernicy. Po zmieleniu rozpyl lakier na duże bloki kolorystyczne na połowie powierzchni modelu. Następnie ręcznie pomaluj kolorowe bloki o małej powierzchni lakierem.
Następnie umieść model w maszynie do utwardzania UV na 30 sekund utwardzania. Następnie wyjmij model i wyczyść go 95% alkoholem. Zapakuj gotowy model tarczycy i zakończ dostawę do chirurgów przed operacją.
Zgodnie z tym podejściem, kompletny wydrukowany w 3D model obszaru tarczycy został skonstruowany za pomocą ulepszonej tomografii komputerowej przed operacją u pacjenta z rakiem tarczycy. Wysokiej jakości obrazy 3D to podstawa do druku. Technologia druku WGP jest kluczowym punktem dla wysokiej jakości modeli 3D.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia nowatorskie podejście do usprawnienia oceny przedoperacyjnej w chirurgii tarczycy z wykorzystaniem spersonalizowanych modeli drukowanych w technologii 3D. Metoda ta ma na celu poprawę komunikacji z pacjentem oraz zwiększenie pewności chirurgicznej przy jednoczesnej redukcji czasu i kosztów.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biologia
- Techniki chirurgiczne
Wstęp
- Chirurgia tarczycy może być skomplikowana ze względu na położenie gruczołu względem struktur sąsiednich.
- Ocena przedoperacyjna jest kluczowa dla sukcesu chirurgicznego.
- Technologie obrazowania 3D stają się coraz ważniejsze w planowaniu operacji.
- Spersonalizowane modele mogą pomóc w wizualizacji relacji anatomicznych.
Cel badania
- Udoskonalenie oceny przedoperacyjnej w chirurgii tarczycy.
- Poprawa komunikacji z pacjentem w zakresie procedur chirurgicznych.
- Zwiększenie pewności chirurgicznej dzięki lepszej wizualizacji.
Zastosowane metody
- Wzmocnione skany tomografii komputerowej tarczycy pacjenta.
- Dane obrazowe uzyskane w formacie DICOM.
- Oprogramowanie wykorzystane do importu i przetwarzania obrazów skanowanych.
- Ustawienia progu dostosowane na podstawie różnic w wartościach szarości między tkankami.
Główne wyniki
- Do planowania chirurgicznego można generować precyzyjne obrazy 3D o wysokiej rozdzielczości.
- Spersonalizowane modele 3D skutecznie obrazują położenie tarczycy w stosunku do struktur otaczających.
- Metoda ta skraca czas i obniża koszty związane z oceniającymi badaniami przedoperacyjnymi.
- Poprawa zrozumienia pacjenta oraz komunikacji w zakresie przebiegu operacji.
Wnioski
- Spersonalizowane modele drukowane w technologii 3D są pomocne w planowaniu operacji tarczycy.
- Podejście to poprawia wyniki chirurgiczne dzięki lepszej ocenie przedoperacyjnej.
- Przyszłe zastosowania mogą objąć inne rodzaje zabiegów chirurgicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Spersonalizowane anatomiczne modele drukowane w technologii 3D, opracowane na podstawie danych z tomografii komputerowej (CT) pacjenta, umożliwiają precyzyjną ocenę przedoperacyjną w złożonych obszarach chirurgicznych, takich jak rak tarczycy. Możliwość ta usprawnia planowanie operacji, zmniejsza niepewność w trakcie zabiegu oraz wspiera ograniczanie ryzyka uszkodzenia struktur krytycznych. Integracja takich modeli z procesami badawczo-rozwojowymi (B+R) może wspomagać rozwój urządzeń, walidację obrazowania oraz badania translacyjne nad wynikami chirurgicznymi.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wspiera testowanie hipotez anatomicznych w przypadku innowacji w urządzeniach lub obrazowaniu.
- Umożliwia mapowanie funkcjonalne krytycznych struktur w celu ograniczania ryzyka mechanistycznego.
- Ułatwia walidację progów obrazowania i algorytmów segmentacji.
Przesiewanie i opracowywanie testu
- Zapewnia ustandaryzowane, specyficzne dla pacjenta modele do oceny środków obrazujących lub narzędzi chirurgicznych.
- Umożliwia powtarzalną ocenę oddziaływań między urządzeniem a tkanką w kontrolowanych warunkach.
- Wspiera ilościowe porównawcze zestawienia (benchmarking) przedklinicznych systemów obrazowania lub nawigacji.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Dostosowuje przedkliniczne badania urządzeń lub obrazowania do ludzkiej zmienności anatomicznej.
- Poprawia ciągłość translacyjną poprzez modelowanie specyficznych dla pacjenta wyzwań chirurgicznych.
- Umożliwia ocenę nowych technologii lub interwencji chirurgicznych z uwzględnieniem ryzyka.
Integracja potoku i przepływu pracy
Personalizowane modele drukowane w 3D stanowią pomost między danymi obrazowymi a planowaniem chirurgicznym, wspierając przepływy pracy od walidacji obrazowania odkrywczego, przez przedkliniczne testowanie urządzeń, aż po badania translacyjne.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia opartą na hipotezach ocenę zależności anatomicznych oraz celowania urządzeń.
- Przesiewanie: Zapewnia odtwarzalne, ilościowe modele do oceny urządzeń lub środków obrazujących.
- Analityka: Dostarcza mierzalne wyniki do porównywania segmentacji, wierności druku oraz dokładności anatomicznej.
- Badania translacyjne: Ułatwia dostosowanie modeli przedklinicznych do scenariuszy chirurgicznych specyficznych dla pacjenta.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy skalowalną platformę do modelowania anatomicznego w wielu wskazaniach i programach urządzeń.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie wydajności urządzeń lub obrazowania dzięki wierności anatomicznej.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje ocenę przedoperacyjną i wytwarzanie modeli w celu zapewnienia powtarzalności.
- Wartość strategiczna: Redukuje ryzyko na późnych etapach poprzez wyjaśnienie wyzwań anatomicznych przed wdrożeniem klinicznym.
- Wpływ na portfolio: Pozwala na ustalenie priorytetów w programach innowacji w zakresie urządzeń, obrazowania lub chirurgii w oparciu o wykonalność anatomiczną.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie obrazowania medycznego, segmentacji i technologii druku 3D.
- Wymaga dostępu do obrazowania TK o wysokiej rozdzielczości oraz kompatybilnego oprogramowania do przetwarzania plików DICOM.
- Konieczna jest standaryzacja progów segmentacji i parametrów druku pomiędzy zespołami.
- Może być wymagana adaptacja dla różnych obszarów anatomicznych lub wskazań chirurgicznych.
- Wierność modelu i wybór materiału muszą być zgodne z zamierzonym zastosowaniem przedklinicznym lub translacyjnym.
