Пациент-специфический поливинил Алкоголь Фантом Изготовление с ультразвуком и рентгеновским контрастом для планирования хирургии опухоли головного мозга

Фантомные модели являются важными инструментами, но это сложно сделать их анатомически точными. Этот протокол использует КТ и ультразвук для создания пациента конкретных фантом, который включает в себя опухоль. Мы используем сложные неоднородные модели и 3D-печать для достижения высокой степени анатомического реализма.

Специфические для пациента фантомы мозга очень полезны, поскольку они позволяют для хирургического планирования и клинической подготовки, и они позволяют хирургам практиковать новые методы и тестировать новые инструменты и оборудование. После получения предоперационных контрастных T1-взвешенных МРТ и объемных данных КТ, загрузите изображения в программу 3D-моделирования и используйте простой инструмент разреза, чтобы разделить сегментацию мозга на два полушария. Сохранить каждое полушарие, как отдельные правые и левые файлы мозга STL и импортировать файлы в соответствующую компьютерную программу разработки программного обеспечения.

В рабочей области сетки используйте функцию уменьшения, чтобы уменьшить размер каждой модели как можно больше, чтобы она можно было обрабатывать программой, сохраняя при этом все необходимые детали. В твердом рабочем пространстве используйте сетку для инструмента BRep для преобразования импортируемой сетки в тело, которым можно манипулировать. Нажмите создать и поле, чтобы нарисовать коробку вокруг опухоли, вращая вид, чтобы убедиться, что коробка полностью охватывает опухоль со всех сторон.

В меню выпадают операции, обозначаете коробку как новый орган. Нажмите на вкладку изменения и использовать инструмент комбайна, чтобы вырезать опухоль из коробки, чтобы создать коробку с полой формой опухоли внутри него. Чтобы создать плоскости через окно в местах, что плесень будет сокращена, нажмите построить и midplane создать плоскость через центр коробки.

Нажмите правой кнопкой мыши на среднем самолете и выберите офсетную плоскость, чтобы более точно распоить плоскость. Под вкладкой изменения, используйте функцию разделенного тела, чтобы разделить форму вдоль созданных плоскостей и нажмите создать эскиз и круг диаметра центра, чтобы добавить небольшие круговые заклепки к лицу каждого куска формы. Нажмите правой кнопкой мыши, чтобы выдавить круги наружу на несколько миллиметров на одном лице и выдавить их внутрь на соответствующем лице.

Затем сохраните каждый кусок формы в качестве отдельного файла STL. Для печати 3D головного мозга и опухолевых форм, для более быстрой печати, выберите большой слой высотой около 0,2 миллиметра и низкое значение заполнения 20% в программном обеспечении 3D-печати. Если формы расположены надлежащим образом на базовой пластине, вспомогательные материалы не должны быть необходимы.

Печать формы с использованием жесткого материала, таких как полилактическая кислота. Перед печатью формы черепа, выберите добавить поддержку в программное обеспечение для использования PVA в качестве материала поддержки. Чтобы подготовить PVA для моделей, нагрейте 1800 граммов деионизированной воды до 90 градусов по Цельсию в двухлитровой конической колбе и измерьте 200 граммов порошка PVA.

Распоисните электронный мешалку в колбе, заботясь о том, чтобы она не касался дна или сторон. Установите скорость до 1500 оборотов в минуту. Добавить порошок PVA в колбу в течение примерно 30 минут.

Когда все PVA был добавлен, перемешать решение в течение еще 90 минут. Когда липкий гель был получен, удалить колбу из водяной бани и покрыть сверху полиэтиленовой пленкой, чтобы предотвратить образование кожи на верхней части материала. После охлаждения, PVA будет выглядеть прозрачным.

Налейте его в стакан. Крошечные белые кристаллы могут наблюдаться, но любые пузырьки на поверхности должны быть аккуратно соскоблить. Затем добавьте 0,5%сорбат калия в ПВА в качестве консерванта и тщательно перемешайте раствор.

Чтобы подготовить фантомы, измерить достаточно PVA, чтобы заполнить форму опухоли в стакан и залить остальные в отдельный стакан. Чтобы подготовить ПВА к опухоли, добавьте 1%стеклянные микросферы для ультразвукового контраста и 5%барий сульфат для рентгеновского контраста с первым стаканом. Перемешать полученный раствор вручную.

Sonicate стакан для обеспечения однородного смешивания добавок и позволяют раствору остыть в течение 10 минут, удаляя любые пузырьки, соскоб по мере необходимости. Безопасные опухоли плесень вместе и залить PVA через отверстие в верхней части формы. Позвольте PVA отдохнуть в течение нескольких минут, чтобы любые пузырьки, образующиеся в процессе заливки, чтобы избежать через отверстие, прежде чем поместить плесень в морозильную камеру минус 20 градусов по Цельсию.

Через шесть часов оттаивать плесень в течение шести часов при комнатной температуре. Повторите 12-часовой цикл замораживания-оттепели, а затем тщательно удалите форму из модели. Создайте мозжечок и модели полушария мозга в соответствующих формах, как только что продемонстрировано.

После второго цикла замораживания-оттепели для каждой фантомной модели кусок, тщательно удалить модели из форм и место мозжечка опухоли фантом на шип в основании модели нижней черепа. Поместите два полушария мозга в верхнюю часть опухоли мозжечка и поместите четыре дюбеля в каждом пространстве на нижней модели черепа. Затем поместите верхнюю модель черепа сверху.

При необходимости модель может быть маневрирована в нужное положение для имитации ее интраоперационного использования в хирургии. Следуя протоколу, как попродемонстрировано, анатомически реалистичный фантом, состоящий из конкретного черепа пациента, мозга и опухоли, может быть сфабрикован. Соответствующие анатомические структуры для фантома сегментированы с использованием данных МРТ и КТ пациента.

Сетки могут быть созданы для каждой части модели для производства 3D формы, как попродемонстрировано. Мозжечок плесень является наиболее сложным для проектирования и сборки. Череп является наиболее трудной частью для печати, поскольку он требует поддержки материала.

Завершенный фантом предлагает реалистичную модель черепа, мозга и опухоли пациента. Два полушария мозга производятся отдельно и имеют реалистичный вид с гири и сульчи мозга. Мозжечок удобно вписывается в основание печатного черепа и полушария мозга сидеть на верхней части этой структуры.

Опухоль легко видна в мозжечках, так как дополнительный контраст, добавленный к опухоли, приводит к небелому цвету, отделяет ее от окружающего материала, к которому она прикреплена. Опухоль может быть визуализирована в фантоме с помощью КТ и ультразвуковой визуализации. Интраоперационные ультразвуковые данные пациента могут быть использованы для сравнения фантомных изображений с реальными изображениями пациента.

При создании формы, обратите особое внимание на положение сокращений, чтобы убедиться, что фантом сможет быть удален, когда он затвердеет. Создавая фантом мозга для конкретных пациентов, мы смогли протестировать новую нейронную навигационную систему, которая также может быть использована для обучения нейрохирургов использованию интраоперационного ультразвука.