Impressão tridimensional de uma anomalia complexa da aorta
1 de novembro de 2018
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.
Este método pode ajudar a responder perguntas-chave no complexo campo de anomalias aorta sobre a câmera DICOM. A principal vantagem dessa técnica é que o modelo impresso em 3D pode reduzir o risco de lesão tecidual imprevisível durante a complexa cirurgia aórtica. Para a segmentação de uma região de interesse importe todas as imagens computadas de tomografia e geografia para o software em formato DICOM e clique duas vezes para abrir o caso do paciente dentro da biblioteca de casos.
Selecione a série DICOM e clique no modelo de reconhecimento para abrir a página de reconstrução do modelo. Tenha um engenheiro e uma equipe de cirurgiões cardíacos revisando os dados brutos formatados do DICOM para identificar as principais características anatômicas e regiões de interesse. Para segmentar a região, clique na segmentação do limiar e ajuste o intervalo de limiar para a máscara vascular.
Clique em confirmar para gerar a máscara vascular dentro da lista de objetos e clique em recon para reconstruir a máscara vascular 3D dentro do visualizador 3D. Clique novamente na segmentação do limiar e ajuste o intervalo de limiar para a máscara de traqueia. Clique na segmentação do letreiro para limitar a região de interesse ao mediastino e ao pulmão e clique na edição da máscara para apagar a conexão entre a traqueia e o pulmão.
Clique na região crescer e clique em qualquer ponto da máscara em qualquer um dos espectadores 2D para selecionar uma semente. Confirme que a região cresce como resultado e que a máscara de traqueia aparecerá na lista de objetos. Em seguida, clique em recon para reconstruir a traqueia 3D no visualizador 3D e salvar a região de interesse como uma máscara.
Para reconstrução 3D da região de interesse clique em exportar o modelo 3D como um arquivo de linguagem triângulo padrão e posicionar o modelo no centro da plataforma de construção. Alinhe a tangente da linha central do navio em sua extremidade de modo que seja paralela ao eixo Z da plataforma. Os suportes serão gerados automaticamente para as saliências.
Clique em fatiar e salvar e defina os parâmetros de impressão 3D apropriados em uma impressora estereolitográfica. Após a impressão, escaneie os contornos fatiados pelo software com luz ultravioleta de 405 nanômetros para endurecer a resina fotossensível a uma taxa de varredura de três metros por segundo. Em seguida, antes da cirurgia, os cirurgiões utilizem o modelo impresso em 3D para fazer planos cirúrgicos detalhados e precisos para o paciente a partir do qual o modelo 3D foi gerado.
Usando imagens do plano coronal, do plano transverso e do plano sagital, a tomografia computadorizada e a imagem geografia podem ser reconstruídas em um modelo 3D como demonstrado. Nessas imagens, pode-se observar a relação anatômica entre a aorta e a traqueia ao longo do eixo Y. Após seu desenvolvimento, essa tecnologia abriu caminho para pesquisadores da área de impressão 3D explorarem anomalias vasculares em cirurgia aórtica.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para utilizar modelos impressos em três dimensões no planejamento pré-operatório e na organização intraoperatória de localizações vasculares complexas, especificamente em anomalias congênitas da aorta.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Cirurgia cardíaca
- Tecnologia de impressão 3D
- Anomalias vasculares
Antecedentes
- Anomalias congênitas da aorta apresentam desafios cirúrgicos significativos.
- O entendimento da anatomia é crucial para resultados cirúrgicos bem-sucedidos.
- A impressão 3D pode melhorar a visualização de estruturas complexas.
- Os métodos atuais podem levar a lesões teciduais imprevisíveis durante a cirurgia.
Objetivo do Estudo
- Melhorar o planejamento pré-operatório para cirurgias aórticas complexas.
- Reduzir os riscos associados às intervenções cirúrgicas.
- Facilitar uma melhor compreensão da anatomia vascular por meio de modelos tridimensionais.
Métodos Utilizados
- Importação de imagens no formato DICOM para software especializado.
- Colaboração entre engenheiros e cirurgiões cardíacos para revisão dos dados.
- Segmentação de regiões de interesse mediante ajustes de limiar.
- Reconstrução do modelo para planejamento cirúrgico aprimorado.
Resultados Principais
- Modelos impressos em 3D fornecem uma representação tangível de estruturas vasculares complexas.
- Identificação aprimorada de características anatômicas importantes durante a cirurgia.
- Redução do risco de lesão tecidual por meio de um planejamento pré-operatório mais preciso.
- Comunicação aprimorada entre equipes cirúrgicas sobre a anatomia específica do paciente.
Conclusões
- A impressão 3D é uma ferramenta valiosa no tratamento de anomalias aórticas congênitas.
- Esse método pode melhorar significativamente os resultados cirúrgicos.
- Aplicações futuras podem estender-se a outras cirurgias vasculares complexas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Anomalias congênitas complexas da aorta apresentam desafios significativos no planejamento pré-operatório devido às limitações da imagem bidimensional na localização anatômica precisa. A impressão tridimensional (3-D) transforma dados de imagem DICOM volumétricos em modelos físicos anatomicamente realistas, permitindo aos cirurgiões identificar a localização dos vasos e reduzir o risco de lesões teciduais imprevisíveis durante cirurgias aórticas complexas. Essa abordagem aumenta a confiança preditiva na tomada de decisões cirúrgicas e melhora a continuidade translacional do descobrimento à aplicação clínica.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas ao fornecer modelos concretos para esclarecimento anatômico na pesquisa de anomalias vasculares.
- Valor Operacional: Apoia a desmistificação biológica por meio da identificação aprimorada de características anatômicas-chave, reduzindo a ambiguidade na validação de alvos.
- Valor Preditivo: Aprimora a triagem de portfólios ao permitir que as equipes avaliem a viabilidade cirúrgica e os riscos antes da intervenção.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Prepara análogos biológicos validados para fluxos de trabalho posteriores, convertendo dados de imagem em modelos tridimensionais padronizados.
- Valor Operacional: Aborda a padronização e reprodutibilidade de ensaios por meio da geração consistente de modelos a partir de entradas DICOM.
- Escalabilidade: Destaca o potencial de reutilização da plataforma em estudos de anomalias vasculares, permitindo avaliação confiável de compostos ou dispositivos em ambientes pré-clínicos.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Discute a relevância da doença ao modelar as relações espaciais entre aorta e traqueia ao longo do eixo Y, apoiando a compreensão mecanicista.
- Valor Operacional: Descreve a continuidade do descobrimento até a validação pré-clínica, permitindo o projeto e teste iterativos de abordagens cirúrgicas.
- Avanço Ajustado ao Risco: Aborda decisões ajustadas ao risco ao fornecer modelos pré-operatórios que orientam critérios de prosseguimento ou interrupção no desenvolvimento de intervenções vasculares.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se integra ao continuum de descoberta, desde a Descoberta Inicial até trabalhos Pré-clínicos, apoiando a verificação de hipóteses, a clarificação de vias e a redução de riscos biológicos na pesquisa de anomalias vasculares.
- Biologia da Descoberta: Explica como o método apoia o teste de hipóteses e a elucidação de vias ao permitir a visualização de relações anatômicas complexas entre aorta e traqueia.
- Triagem: Descreve a prontidão do ensaio por meio da geração reprodutível de modelos 3D a partir de dados DICOM segmentados, facilitando uma avaliação confiável.
- Análises: Destaca saídas quantitativas, como a geração de máscaras vasculares e traqueais, permitindo que as equipes comparem condições anatômicas entre modelos.
- Pesquisa Translacional: Relaciona o método com a continuidade pré-clínica ao permitir o aprimoramento iterativo de planos cirúrgicos com base na anatomia específica do paciente.
- Reutilização Institucional: Apresenta o método como uma capacidade reutilizável para estudos de anomalias vasculares, adaptável entre modelos e instituições.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva, validação de alvos e redução da ambiguidade mecanicista na modelagem de anomalias vasculares.
- Valor Operacional: Padronização, reprodutibilidade e escalabilidade da geração de modelos 3D a partir de dados de imagem clínica.
- Valor Estratégico: Decisões mais assertivas de prosseguir ou interromper projetos, eficiência no uso de capital e redução de riscos biológicos em estágios avançados da inovação cirúrgica.
- Impacto no Portfólio: Priorização e decisões de avanço ajustadas ao risco com base em modelos pré-operatórios anatomicamente precisos.
Considerações sobre a Implementação
- Expertise científica necessária em imagem médica, software de segmentação e fluxos de trabalho de impressão 3D.
- Os requisitos de instrumentação e infraestrutura analítica incluem software compatível com DICOM, impressoras estereolitográficas e sistemas de cura UV para pós-processamento.
- Requisitos de padronização entre equipes multidisciplinares de engenharia, radiologia e cirurgia para revisão consistente dos dados e validação dos modelos.
- Considerações de adaptação entre diferentes sistemas de modelos, incluindo ajustes para geometrias variáveis dos vasos sanguíneos e da traqueia em anomalias congênitas.
- Limitações práticas incluem a dependência de imagens de entrada de alta qualidade e o tempo necessário para segmentação, reconstrução e impressão.
