Impressão tridimensional de uma anomalia complexa da aorta

Resumo

Aqui, apresentamos um protocolo para usar três dimensionais modelos de impressos para planejamento pré-operatório e reorganização intra-operatória de complicado vasculares locais ao manusear uma anomalia congênita da aorta.

Resumo

Anomalias aórtica congênitas complexas incluem diversos tipos de malformações que podem ser clinicamente assintomática ou com sintomas respiratórios ou Esofágicos. Estas anomalias podem estar associadas a outras doenças congênitas do coração. É difícil identificar a localização do navio anatômica exata de dados de imagens bidimensionais, tais como a tomografia computadorizada. Como um método de fabricação aditiva, tridimensional (3D) impressão pode secreta os dados de imagem adquiridas em 3-d modelos físicos. Este protocolo descreve o procedimento para modelagem a DICOM volumétrica de imagens em 3-d dados e imprimi-la como um modelo 3D anatomicamente realista. Usando este modelo, cirurgiões podem identificar a localização do navio do complexas anomalias da aorta, que é útil para o planejamento pré-operatório e orientação intra-operatória.

Introdução

Anomalias da aorta congênitas são extremamente raras malformações congênitas do sistema de arco aórtico. Eles podem ser diagnosticados por análise de imagem ou avaliação de entidades como disfagia ou subclávia roubar¹. Em cenários clínicos, é importante identificar a anomalia anatômica no confinado espaço cirúrgico que limitou a visualização durante a cirurgia,^2,3. Atualmente, convencional planar bidimensional (2D) imagem, como tomografia computadorizada (CT) e ressonância magnética (MRI), geralmente são apresentados aos cirurgiões antes da cirurgia. No entanto, é difícil para os cirurgiões para a anomalia baseada a imagem 2-D da imagem. Consequentemente, eles poderiam dificuldades imprevisíveis ao tentar separar os vasos complexos da aorta durante a cirurgia. Danos imprevisíveis para o navio, a traqueia e o esôfago podem ocorrer e resultar em resultados desastrosos.

Na última década, modelagem de imagens 3-d tem sido usada em cirurgia cardíaca para ajudar cirurgiões a entender o complexo anomalia anatômica^4,5,6,7. Tecnologia de impressão tridimensional (3D) pode ajudar a converter os dados de modelagem em um modelo físico. Comparado com a reconstrução digital, modelos físicos impressos em 3D poderiam apresentar uma melhor compreensão dos detalhes anatômicos e proporcionar uma visão intuitiva da malformação. Para cirurgia aórtica anomalia, o impresso modelo 3-d intuitiva é significativo porque má compreensão dos locais da aorta pode ser desastroso para os pacientes. Durante a cirurgia, qualquer erro pode levar a hemorragia imprevisível e lesão. Usando os modelos de impressos, os cirurgiões podem entender completamente as relações espaciais dos ramos da aorta. Durante a cirurgia, os cirurgiões também podem executar em tempo real revisão dos modelos 3-d para evitar a confusão entre os locais de complexos vasculares.

Aqui, apresentamos um protocolo para aplicar 3D modelos impressos para planejamento pré-operatório e intra-operatório orientação ao lidar com doenças congênitas da aorta. Divertículo de Kommerell, um tipo de anomalia aórtica congênita complexa, foi selecionado como um estudo de caso. As etapas incluem diagnóstico baseado na angiografia computadorizada (CTA) de imagem, particionamento de regiões de interesse, construção de modelos 3-d, planejamento cirúrgico pré-operatório e revendo intra-operatória de modelos impressos em 3D⁸. Esta estratégia de impressão 3-d pode reduzir substancialmente o risco de lesões no tecido imprevisíveis durante a cirurgia.

Protocolo

O presente estudo foi aprovado pelo Comitê de ética da Universidade de Fudan Zhongshan Hospital (B2016-142R) e todos os participantes deram seu consentimento.

1. diagnóstico da anomalia aórtica por sintomas e aquisição de dados de imagem

1. Identifica pacientes que apresentam sintomas como dor no peito, disfagia ou uma diferença de pressão arterial dos membros superiores em clínica ambulatorial. Exclua os pacientes que podem ser intolerantes da operação.
2. Realize angiografia CT nestes pacientes para o diagnóstico de Divertículo de Kommerell⁸.

2. segmentação de regiões de interesse

1. Importe todas as imagens de angiografia de CT para o software em um formato DICOM. A resolução destas imagens foi 512 × 512 pixels, e a espessura da fatia foi de 1 mm.
   1. Clique duas vezes o caso de paciente de caso biblioteca e abri-lo.
   2. Selecione a série DICOM e clique em Modelo de reconhecimento para abrir a página de reconhecimento do modelo.
2. Ter um engenheiro e uma equipe de cirurgiões cardíacos revisão o DICOM formatado dados brutos para identificar as principais características anatômicas e região de interesse (ROI).
3. Use cinza limiarização baseada em valor para segmentar o ROI.
   1. Clique no botão de segmentação de limiar e ajustar o intervalo de limiar para a máscara vascular. O intervalo padrão é entre 226 para 3071.
   2. Clique no botão confirmar para segmentação de limiar e a máscara vascular irá mostrar na lista de objeto. Clique no botão de reconhecimento do direito da máscara e a máscara vascular em 3D será reconstruída e exibido no visualizador em 3D.
   3. Clique no botão de segmentação de limiar e ajustar o intervalo de limiar para a máscara de traqueia. Clique no botão de segmentação do Marquee para limitar a região de interesse para o mediastino e o pulmão. O intervalo padrão é entre-1024 a-520.
   4. Clique no botão Editar e apagar a conexão entre a traqueia e o pulmão.
   5. Clique no botão região cresce e selecionar uma semente clicando em qualquer ponto/pixel na máscara em qualquer um dos visualizadores 2-D. Verifique e confirme que a região cresce como resultado, e que a máscara traqueia mostrará na lista de objeto.
   6. Clique no botão à direita da máscara Recon , e traqueia em 3D vai ser reconstruída no visualizador em 3D.
4. Salve o ROI como máscaras de reconstrução em 3D.

3. 3-d reconstrução do ROI

1. Adote o algoritmo de interpolação cinza valor para calcular a superfície malha do modelo 3D. Tornar a superfície de um triângulo para coincidir com os voxels extrema da máscara.
2. Clique no botão Exportar para exportar o modelo 3D como um arquivo STL.
3. Coloque o modelo no centro da plataforma do edifício. Oriente o modelo alinhando a tangente da linha central do navio em sua extremidade a ser paralelo ao eixo Z da plataforma do edifício. Suportes foram gerados automaticamente para as saliências usando os parâmetros padrão.
4. Clique na fatia | Salvar , salvar como um arquivo pronto para impressão em 3D.

4. impressão 3-d

1. Execute a impressão de stereolithographic com uma impressora 3D. Use os seguintes parâmetros: uma fatia de distância de 1 mm, resolução de 512 × 512 pixels, um edifício de camada espessura de 0,1 mm e um diâmetro do ponto do laser de 80 μm.
2. Usar luz ultravioleta em 405 nm para endurecer a resina fotossensível escaneando os contornos fatiado pelo software. A velocidade do laser de luz ultravioleta é 3 m/s.
   Nota: Quando uma fatia do modelo 3-d digital foi construída, a plataforma de construção subiu 0,1 mm para a próxima fatia. O modelo físico foi construído camada por camada. A próxima camada formou-se em cima da camada anterior. O modelo físico em 3D foi construído camada por camada desta forma.

5. pré-operatório planejamento e avaliação intra-operatória usando modelos impressos em 3D

1. Antes da cirurgia, tenho cirurgiões fazer detalhado e planos cirúrgicos precisos para cada paciente aprendendo o 3-d modelos de impressos.
2. Durante a cirurgia, coloque os modelos de impressos em 3D na sala de operação e tem uma enfermeira segurá-los. Os detalhes anatômicos foram revistos por cirurgiões durante a localização vascular e a separação.
   Nota: O tratamento cirúrgico inclui ressecção do divertículo e reconstrução dos ramos da aorta. O enxerto de tubo de poliéster tecidos impregnados foi aplicado para substituir a aorta ressecado^1,2,3,9. Todos os pacientes foram enviados para a unidade de cuidados intensivos de cirurgia cardíaca após a cirurgia.

Resultados

Aquisição de imagens de angiografia CT, modelagem digital e impressão 3-d foram todas feitas em um hospital. Duas horas foram gastas para obter o modelo 3-d da imagem CT angiografia pronto para a impressão em 3D. Usando o procedimento e impressora 3-d aqui, um modelo físico em 3D do paciente específico pode ser enviado aos médicos rapidamente e a decisão cirúrgica pode ser feita em tempo. O trabalho de aquisição de dados de CT angiografia a impressão 3-d foi mostrado na

Discussão

Anomalias aórtica congênitas compreendem um espectro raro de doenças cardiovasculares, que mostram frequentemente complexas anomalias da aorta. Imagiologia médica, tais como TC e RM, são necessários para elucidar o complexo arco aórtico anomalias, o anormal de ramificação padrão, sua relação com a traqueia e o esôfago e outros associados a patologias. Tanto a TC e RM angiografia pode fornecer informações de 2-D de localização de embarcações da aorta. Com reconstrução 3D digital de imagem 2-D, a relação anatômica dos vaso...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Impressora 3D	Meditool Enterprise Co., Ltd		Para impressão 3D
Chaos Versão 2.0	Meditool Enterprise Co., Ltd		Para segmentação e reconstrução 3D