Desenvolvimento e Avaliação de Fantasmas Cardiovasculares Impressos em 3D para Planejamento e Treinamento Intervencionista

Maximilian Grab; Carina Hopfner; Alena Gesenhues; Fabian König; Nikolaus A. Haas; Christian Hagl; Adrian Curta; Nikolaus Thierfelder

doi:10.3791/62063

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Artigo de método

Desenvolvimento e Avaliação de Fantasmas Cardiovasculares Impressos em 3D para Planejamento e Treinamento Intervencionista

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DOI:

10.3791/62063

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18 de janeiro de 2021

Maximilian Grab¹^,² , Carina Hopfner³ , Alena Gesenhues⁴ , Fabian König¹^,² , Nikolaus A. Haas³ , Christian Hagl¹ , Adrian Curta⁴ , Nikolaus Thierfelder¹

¹Department of Cardiac Surgery, Ludwig Maximilian University Munich, ²Chair of Medical Materials and Implants, Technical University of Munich, ³Department Pediatric Cardiology and Pediatric Intensive Care, Ludwig Maximilian University Munich, ⁴Department of Radiology, Ludwig Maximilian University Munich

Neste artigo

Resumo

Aqui apresentamos o desenvolvimento de uma configuração de circulação simulada para avaliação de terapia multimodal, planejamento pré-intervencional e treinamento médico em anatomias cardiovasculares. Com a aplicação de exames tomográficos específicos do paciente, essa configuração é ideal para abordagens terapêuticas, treinamento e educação em medicina individualizada.

Resumo

Intervenções baseadas em cateter são opções de tratamento padrão para patologias cardiovasculares. Portanto, modelos específicos do paciente podem ajudar a treinar as habilidades de fio dos médicos, bem como melhorar o planejamento de procedimentos intervencionais. O objetivo deste estudo foi desenvolver um processo de fabricação de modelos impressos em 3D específicos do paciente para intervenções cardiovasculares.

Para criar um fantasma elástico impresso em 3D, diferentes materiais de impressão 3D foram comparados com tecidos biológicos suínos (ou seja, tecido aórtico) em termos de características mecânicas. Foi selecionado um material de montagem com base em testes comparativos de tração e espessuras específicas do material. Os conjuntos de dados ct-aprimorados por contraste anonimizados foram coletados retrospectivamente. Os modelos volumosos específicos do paciente foram extraídos desses conjuntos de dados e, posteriormente, impressos em 3D. Um laço de fluxo pulsante foi construído para simular o fluxo sanguíneo intraluminal durante as intervenções. A adequação dos modelos para imagem clínica foi avaliada por imagem de raio-x, tomografia computadorizada, 4D-MRI e (Doppler). O meio de contraste foi utilizado para aumentar a visibilidade em imagens baseadas em raios-X. Diferentes técnicas de cateterismo foram aplicadas para avaliar os fantasmas impressos em 3D na formação de médicos, bem como para o planejamento da terapia pré-intervencional.

Os modelos impressos apresentaram alta resolução de impressão (~30 μm) e as propriedades mecânicas do material escolhido foram comparáveis à biomecânica fisiológica. Os modelos físicos e digitais apresentaram alta precisão anatômica quando comparados com o conjunto de dados radiológicos subjacentes. Os modelos impressos foram adequados para imagens ultrassônicas, bem como raios-x padrão. A ultrassonografia doppler e a ressonância magnética 4D-mri apresentaram padrões de fluxo e características de marco (ou seja, turbulência, estresse de cisalhamento de parede) combinando dados nativos. Em um ambiente de laboratório baseado em cateter, fantasmas específicos do paciente eram fáceis de cateterizar. O planejamento terapêutico e o treinamento de procedimentos intervencionais em anatomias desafiadoras (por exemplo, doença cardíaca congênita (ACS)) foram possíveis.

Os fantasmas cardiovasculares específicos do paciente flexíveis foram impressos em 3D, e a aplicação de técnicas de imagem clínica comum foi possível. Este novo processo é ideal como uma ferramenta de treinamento para intervenções à base de cateter (eletrofisiológicas) e pode ser usado no planejamento terapêutico específico do paciente.

Introdução

As terapias individualizadas estão ganhando cada vez mais importância na prática clínica moderna. Essencialmente, eles podem ser classificados em dois grupos: abordagens genéticas e morfológicas. Para terapias individualizadas baseadas em DNA pessoal único, seja o sequenciamento do genoma ou a quantificação dos níveis de expressão genética são^{necessários 1}. Pode-se encontrar esses métodos na oncologia, por exemplo, ou no tratamento da desordem metabólica². A morfologia única (ou seja, anatomia) de cada indivíduo desempenha um papel importante na medicina intervencionista, cirúrgica e protética. O desenvolvimento de próte....