Summary
इस प्रोटोकॉल चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग, 3 डी मुद्रण, और इंजेक्शन मोल्डिंग का एक संयोजन का उपयोग करके कार्यात्मक कृत्रिम नवजात हार्ट मॉडल बनाने के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन है । इन मॉडलों का उद्देश्य नवजात रोगी सिमुलेटर की अगली पीढ़ी में एकीकरण के लिए और शारीरिक और संरचनात्मक अध्ययन के लिए एक उपकरण के रूप में है ।
Abstract
नवजात रोगी सिमुलेटर (एनपीए) कृत्रिम रोगी चिकित्सा सिमुलेशन प्रशिक्षण के संदर्भ में इस्तेमाल किराए रहे हैं । Neonatologists और नर्सिंग स्टाफ मंदनाड़ी या कार्डियक गिरफ्तारी के मामले में रोगी अस्तित्व सुनिश्चित करने के लिए छाती संपीड़न के रूप में नैदानिक हस्तक्षेप का अभ्यास । वर्तमान में इस्तेमाल किया सिमुलेटर कम शारीरिक निष्ठा के है और इसलिए छाती संपीड़न की प्रक्रिया में गुणात्मक अंतर्दृष्टि प्रदान नहीं कर सकते हैं । भविष्य सिमुलेटर में एक anatomically यथार्थवादी दिल मॉडल की embedding छाती संपीड़न के दौरान उत्पन्न हृदय उत्पादन का पता लगाने में सक्षम बनाता है; यह एक आउटपुट पैरामीटर के साथ चिकित्सकों प्रदान कर सकते हैं, जो उत्पन्न रक्त प्रवाह की मात्रा के संबंध में संपीड़न के प्रभाव की समझ को गहरा कर सकते हैं. इससे पहले कि इस निगरानी प्राप्त किया जा सकता है, एक anatomically यथार्थवादी दिल मॉडल युक्त बनाया जाना चाहिए: दो atria, दो निलय, चार दिल के वाल्व, फेफड़े की नसों और धमनियों, और प्रणालीगत नसों और धमनियों । इस प्रोटोकॉल चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग का एक संयोजन का उपयोग करके इस तरह के एक कार्यात्मक कृत्रिम नवजात हार्ट मॉडल बनाने के लिए प्रक्रिया का वर्णन (एमआरआई), 3 डी मुद्रण, और कोल्ड इंजेक्शन मोल्डिंग के रूप में कास्टिंग । इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया में लचीला 3 डी मुद्रित भीतरी molds के साथ इस विधि का उपयोग करना, एक anatomically यथार्थवादी दिल मॉडल प्राप्त किया जा सकता है ।
Introduction
हर साल लाखों नवजात शिशुओं नवजात गहन परिचर्या एकक (एनआईसीयू) में भर्ती किए जाते हैं. NICUs में, सबसे आपात स्थिति airway, श्वास, और संचलन (एबीसी) में समस्याओं से संबंधित है और ऐसे सीने संपीड़न के रूप में हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है । एनपीएस ऐसे उपायों का अभ्यास करने के लिए एक मूल्यवान शिक्षण और प्रशिक्षण उपकरण प्रदान करते हैं । कुछ एनपीएस के लिए, एंबेडेड सेंसरों का पता लगा सकते है कि प्रदर्शन अनुशंसित नैदानिक दिशानिर्देश1 छाती संपीड़न की गहराई और गति के लिए मिलता है । दिशानिर्देशों का पालन करने के लिए प्रदर्शन की गणना और मात्रा का इस्तेमाल किया जा सकता है, और इस संबंध में, कला एनपीएस के ऐसे राज्य प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए एक ठोस और सफेद बॉक्स मीट्रिक के रूप में देखा जा सकता है.
अनुशंसित दिशानिर्देशों का पालन करना रोगी फिजियोलॉजी में सुधार करना है । उदाहरण के लिए, छाती संपीड़न संचार प्रणाली में पर्याप्त रक्त प्रवाह पैदा करने के उद्देश्य के साथ वितरित कर रहे हैं । वर्तमान उच्च निष्ठा एनपीएस (जैसे, PremieAnne (Laerdal, Stavanger, नॉर्वे) और पॉल (SIMCharacters, वियना, ऑस्ट्रिया)), किसी भी सेंसर के रूप में वे एक एकीकृत दिल की कमी के रूप में प्रशिक्षण के दौरान रक्त प्रवाह के रूप में शारीरिक मापदंडों को मापने के लिए शामिल नहीं इस शारीरिक पैरामीटर उत्पंन करते हैं । वर्तमान एनपीएस में चेस्ट संपीड़न की प्रभावकारिता इसलिए एक शारीरिक स्तर पर मूल्यांकन नहीं किया जा सकता है । एनपीएस के लिए, एक anatomically यथार्थवादी कृत्रिम हृदय को एनपीएस में एकीकृत किया जाना चाहिए । इसके अलावा, अनुसंधान2 से पता चलता है कि शारीरिक संरचनात्मक निष्ठा में वृद्धि एनपीएस के कार्यात्मक निष्ठा में वृद्धि करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । एक शारीरिक रूप से उच्च निष्ठा अंग प्रणाली का घालमेल प्रशिक्षण के दोनों कार्यात्मक निष्ठा और शारीरिक प्रदर्शन मूल्यांकन सक्षम लाभ होगा ।
3d प्रिंटिंग के जरिए एनपीएस की निष्ठा में भारी वृद्धि हासिल की जा सकती है । चिकित्सा में, 3d इमेजिंग और मुद्रण ज्यादातर शल्य तैयारी और प्रत्यारोपण के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है3,4,5. उदाहरण के लिए, शल्य सिमुलेशन के क्षेत्र में, शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं6प्रदर्शन पर सर्जनों को प्रशिक्षित करने के लिए अंगों का उत्पादन कर रहे हैं । अभी तक 3डी प्रिंटिंग की संभावनाओं को एनपीएस में बड़े पैमाने पर लागू नहीं किया गया है । 3डी इमेजिंग और 3डी प्रिंटिंग के कॉम्बिनेशन से एनपीएस के लिए शारीरिक निष्ठा के ऊंचे स्तर पर पहुंचने की संभावना खुल जाती है । इस तरह के दिल के रूप में परिष्कृत, लचीला, नवजात अंगों की प्रतिकृति संभव हो जाता है तकनीक और 3 डी मुद्रण7के लिए इस्तेमाल सामग्री की कभी व्यापक रेंज के कारण ।
इस पत्र में, हम विस्तार एमआरआई, 3 डी मुद्रण, और ठंड इंजेक्शन मोल्डिंग का एक संयोजन का उपयोग कर एक कार्यात्मक, कृत्रिम नवजात दिल बनाने के लिए एक प्रोटोकॉल । इस पत्र में हार्ट मॉडल दो atria, दो निलय, चार कार्यात्मक वाल्व, और फुफ्फुसीय और प्रणालीगत धमनियों और एक एकल सिलिकॉन कलाकारों से उत्पादित नसों शामिल हैं । हार्ट मॉडल एक तरल से भरा जा सकता है, सेंसर से सुसज्जित है, और उत्पादन पैरामीटर जनरेटर के रूप में इस्तेमाल किया (यानी, छाती संपीड़न के दौरान रक्तचाप या हृदय उत्पादन, और वाल्व कार्यक्षमता).
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Protocol
रोगी इमेजिंग से पहले सभी संस्थागत अनुमोदन प्राप्त किए गए.
1. छवि अधिग्रहण और विभाजन
- एक वक्ष एमआरआई डिजिटल इमेजिंग और चिकित्सा में संचार (DICOM) प्रारूप में एक neonate के स्कैन प्राप्त करें । दिल चक्र के वेंट्रिकुलर डायस्टोलिक चरण में स्कैन के हर टुकड़ा पर कब्जा या एक शव परीक्षण से एक वक्ष एमआरआई प्राप्त करते हैं ।
नोट: दिल की मांसपेशी की एक स्पष्ट परिभाषा, साथ ही atria और निलय, आवश्यक है । - प्रसंस्करण सॉफ्टवेयर का उपयोग ( सामग्री की तालिकादेखें) वक्ष एमआरआई की DICOM फ़ाइल आयात करें । ' संपादन मास्क ' मेनू आइटम का उपयोग करना, प्रत्येक एमआरआई टुकड़ा जहां दिल मौजूद है पर दिल की मांसपेशी के क्षेत्र का चयन करें । atria और निलय, इस मामले में, के रूप में अच्छी तरह से कवर किया जा सकता है ।
- एक नया स्केच लेयर बनाएं और अलग से दो atria और दो निलय को एक ही तरीके से हृदय की मांसपेशी के लिए चयन के रूप में खंड करें । atria और निलय के बीच मौजूद वाल्व खंड नहीं है, और निलय और धमनियों के बीच.
- ' stl + ' मेनू आइटम का उपयोग करके इष्टतम संकल्प सेटिंग्स का उपयोग कर पांच STereoLithography (. stl) फ़ाइलों के रूप में निर्यात करें और ' 3d गणना ' मेनू आइटम का उपयोग कर अलग 3 डी अभ्यावेदन में मांसपेशियों और कक्षों प्रदान करते हैं ।
- सीएडी सॉफ्टवेयर में. stl फ़ाइलें लोड ( सामग्री की तालिकादेखें) । अधिव्याप्त त्रिकोण और खराब किनारों के लिए. stl फ़ाइलों को सुधारने के लिए फिक्स विज़ार्ड मेनू आइटम का उपयोग करें । stl फ़ाइलें पुन: सहेजें ।
नोट: यदि कोई हार्ट एमआरआई उपलब्ध है, इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल दिल मॉडल का उपयोग करने पर विचार करें । इस फाइल में भी अलग दिल का वॉल्व मॉडल होता है. कृपया फ़ाइलें डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
2. प्रसंस्करण और मोल्ड मुद्रण
- एक कंप्यूटर सहायता प्राप्त डिजाइन सॉफ्टवेयर में atria और निलय के सेट लोड ( सामग्री की तालिकादेखें) । कृपया फ़ाइलें डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
- मूल एमआरआई (चित्रा 1) का उपयोग कर महाधमनी, फुफ्फुसीय, mitral, और त्रिकपर्दी वाल्व की स्थिति का निर्धारण ।
- atria और निलय के लोड सेट में अपने संबंधित स्थिति के लिए प्रत्येक वाल्व के सकारात्मक और नकारात्मक मोल्ड आधा जोड़ें वाल्व फ़ाइल खींचकर (ऊपर के लिंक के माध्यम से प्राप्त) वर्तमान फ़ाइल ' संमिलित भाग ' समारोह को सक्रिय करने में । atria या निलय की सतह के स्थान पर क्लिक करके प्लेसमेंट की स्थिति का संकेत देते हैं.
- सकारात्मक और नकारात्मक वाल्व का उपयोग कर अपने संबंधित कक्षों में बहर और उनके संबंधित कक्ष के लिए वाल्व भागों विलय करने के लिए ' सुविधाओं टैब > बाहर निकालना बॉस/
नोट: mitral वाल्व दो semilunar भागों के होते हैं, जबकि त्रिकपर्दी, महाधमनी, और फेफड़े के वाल्व तीन से मिलकर बनता है ।
- सकारात्मक और नकारात्मक वाल्व का उपयोग कर अपने संबंधित कक्षों में बहर और उनके संबंधित कक्ष के लिए वाल्व भागों विलय करने के लिए ' सुविधाओं टैब > बाहर निकालना बॉस/
- फेफड़े और महाधमनी वाल्व उनके संबंधित निलय स्थान के लिए फ़ाइल चरण २.२ में वर्णित प्रक्रिया का उपयोग कर जोड़ें । इन वाल्व के ऊपर से, ' स्केच टैब पर क्लिक करके 5 मिमी व्यास के दो मेहराब सिलेंडर स्केच ' > सर्कल ' जब तक दोनों परिपत्र सिलेंडर सतहों क्षैतिज स्थिति तक पहुंचने के लिए ' सुविधाओं टैब > स्वीप बॉस/आधार ' का उपयोग कर एक संक्षिप्त वर्णन मेहराब लाइन के बाद । उनके संबंधित निलय और धमनियों के लिए वाल्व भागों विलय ।
- प्रत्येक चार मंडलों के आधार से के रूप में अच्छी तरह के रूप में दो मेहराब सिलेंडर, ' स्केच टैब > सर्कल ' आइटम पर क्लिक करके 5 मिमी व्यास के ऊर्ध्वाधर सिलिंडरों आकर्षित और उन्हें ४० mm लंबाई में ' सुविधाओं टैब > बाहर निकालना बॉस/ प्रत्येक सिलेंडर उनके संबंधित कक्ष में बहर चलो ।
- चैंबरों स्थिति सुनिश्चित करने के लिए जब मोल्ड में छह भीतरी भागों कोडांतरण, छह सिलेंडर (चित्रा 2) सिलेंडरों के शीर्ष पर semicircles रेखाचित्र द्वारा अंतर पायदानों जोड़ने: क्लिक करें ' स्केच टैब > स्केच ' चक्र मेनू आइटम और ' का उपयोग सुविधा टैब > कट/बाहर निकालना ' मेनू आइटम अलग गहराई इंडेंटेशन बनाने के लिए ।
- चैंबर और धमनियों के ठोस शरीर का चयन करके, ठीक क्लिक करके, और ' गठबंधन ' समारोह का उपयोग कर, जिसके बाद घटाना सेटिंग चुना जा सकता है कक्षों और धमनियों से उनके आकार घटाना । इन भागों को मर्ज न करें । सभी कक्षों और धमनियों को अलग से सहेजें ।
- चैंबरों स्थिति सुनिश्चित करने के लिए जब मोल्ड में छह भीतरी भागों कोडांतरण, छह सिलेंडर (चित्रा 2) सिलेंडरों के शीर्ष पर semicircles रेखाचित्र द्वारा अंतर पायदानों जोड़ने: क्लिक करें ' स्केच टैब > स्केच ' चक्र मेनू आइटम और ' का उपयोग सुविधा टैब > कट/बाहर निकालना ' मेनू आइटम अलग गहराई इंडेंटेशन बनाने के लिए ।
- दिल की मांसपेशी मॉडल आयात करें । एक नया स्केच शुरू करने और नीचे ' shift ' कुंजी को दबाए रखकर सभी सिलेंडर आधार रेखाचित्र का चयन करके छह सिलेंडर बेस रेखाचित्र ऑफसेट । फिर, ' स्केच टैब > संस्थाओं कंवर्ट ' मेनू आइटम का चयन करें । 2 मिमी द्वारा नमूने ऑफसेट करने के लिए ' स्केच टैब > ऑफसेट संस्थाओं ' मेनू आइटम का चयन करें ।
- बाहर निकालना और दिल की मांसपेशी मॉडल के साथ बॉस/बास ' मेनू आइटम बाहर निकालना > ' सुविधाएँ टैब पर क्लिक करके इन रेखाचित्र विलय; मेहराबी सिलिंडरों के लिए दोहराएं । ' सुविधाएँ टैब पर क्लिक करके इन सिलेंडरों दिल मांसपेशी मॉडल के साथ विलय > बॉस/
नोट: atria के विपरीत दिल की मांसपेशी मॉडल सुनिश्चित दूरी (चित्रा 1) में 2 मिमी से अधिक है । अंयथा दीवार टूटना होगा जब भीतरी मोल्ड को हटाने ।
- बाहर निकालना और दिल की मांसपेशी मॉडल के साथ बॉस/बास ' मेनू आइटम बाहर निकालना > ' सुविधाएँ टैब पर क्लिक करके इन रेखाचित्र विलय; मेहराबी सिलिंडरों के लिए दोहराएं । ' सुविधाएँ टैब पर क्लिक करके इन सिलेंडरों दिल मांसपेशी मॉडल के साथ विलय > बॉस/
- पहले छह सिलिंडरों के आधार से एक घन मॉडल ' सुविधाओं टैब > संदर्भ ज्यामिति > विमान ' पर क्लिक करके एक संदर्भ विमान रखकर नीचे । इस के बाद, ' स्केच टैब > स्क्वायर ' मेनू आइटम पर क्लिक करें और एक लंबाई और चौड़ाई के साथ एक वर्ग है कि 4 मिमी दिल की मांसपेशी मॉडल के व्यापक हिस्से की तुलना में व्यापक स्केच ।
- ' सुविधाएं ' टैब पर क्लिक करके 8 मिमी की मोटाई के साथ इस नीचे की और बाहर निकालना > बॉस/आधार मेनू आइटम बाहर निकालना, और ' मर्ज पार्ट्स ' मेनू आइटम अंकन छह सिलिंडरों के आधार पर इस विलय । आधार के चार कोनों पर, एक ही विधि का उपयोग कर 4 मिमी cubes जोड़ें ।
- एक स्केच के रूप में वर्ग आधार का उपयोग करना, यह पूरे दिल मॉडल को कवर और इस से अन्य सभी भागों घटाना करने के लिए बाहर निकालना । बचे हुए आयत के शीर्ष भाग को दिल के मॉडल के व्यापक भाग में विभाजित करें । पहले वांछित ऊंचाई पर एक संदर्भ विमान ' सुविधाओं टैब > संदर्भ ज्यामिति > विमान का उपयोग कर जगह है । इस के बाद, मेनू आइटम ' डालें > molds > विभाजन ' का उपयोग करने के लिए सतह पर जो विभाजन के लिए जगह और बंटवारे की आवश्यकता वस्तु ले गया है का चयन करें ।
- बचे हुए आयत को फिर से विभाजित करें सबसे सुविधाजनक मोल्ड रिलीज़ स्थिति में चरण २.७ में वर्णित एक ही विधि का उपयोग कर एक ऊर्ध्वाधर स्थिति में अभी तक । स्केच 4 मिमी घन कुर्सियां मोल्ड के अनुदैर्ध्य भागों के कोनों में और ' स्केच टैब > स्क्वायर ' और ' सुविधाओं टैब > बॉस/आधार ' मेनू आइटम बाहर निकालना का उपयोग कर शीर्ष कवर के कोनों के लिए 4 मिमी cubes जोड़ें ।
- स्केच व्यास में 1 मिमी के ५० हलकों पूरे बाहरी मोल्ड मॉडल के शीर्ष को कवर और कट-बाहर निकालना इन सभी बाहरी मोल्ड के माध्यम से । इसके अलावा, दिल की मांसपेशी मॉडल के व्यापक स्थानों पर शीर्ष कवर के पक्ष पर कई 1 मिमी सिलेंडरों को बाहर निकालना । कट-ऊपर कवर से एक एकल 8 मिमी इंजेक्शन छेद बाहर निकालना ।
- सभी चार बाहरी मोल्ड भागों को अलग से सहेजें ।
चेतावनी: कुल में, वहां दस मोल्ड अवयव होना चाहिए: मोल्ड के आधार, दो बाहरी मोल्ड साइड पैनलों, एक बाहरी सांचे में ढालना ऊपर कवर, वाल्व संलग्नक के साथ दो भीतरी मोल्ड atria, वाल्व संलग्नक के साथ दो भीतरी मोल्ड निलय, और प्रत्येक महाधमनी और फेफड़े के भीतर से एक वाल्व संलग्नक के साथ मोल्ड धमनी ।
- सभी चार बाहरी मोल्ड भागों को अलग से सहेजें ।
- स्थापित कठोर और रबर की तरह photopolymer सामग्री के साथ मुद्रण के लिए एक jetting प्रिंटर का प्रयोग करें
( सामग्री की तालिकादेखें) । जब प्रिंट बिस्तर पर मुद्रण के लिए भागों रखकर, वाल्व नकारात्मक सभी ऊपर की ओर (खड़ी) (चित्रा 3) का सामना करना पड़ मुद्रित कर रहे हैं सुनिश्चित करें ।- चमकदार करने के लिए मुद्रण सेटिंग्स का चयन करें । चार कक्षों के साथ ही फुफ्फुसीय और महाधमनी मोल्ड अनुलग्नकों के लिए, लचीले S95 सामग्री का चयन करें; अंय चार मोल्ड भागों के लिए, कठोर प्रिंट सामग्री का चयन करें ।
- मोल्ड भागों मुद्रण के बाद, वॉटरजेट द्वारा मुद्रण के दौरान निर्मित समर्थन सामग्री को हटाने ( सामग्री की तालिकादेखें) । मोल्ड भागों सफाई के बाद, एक 5% सोडियम हीड्राकसीड समाधान में भागों जगह 24 एच के लिए । समाधान से भागों को हटाने के बाद, उंहें ठंडा पानी का उपयोग कर कुल्ला और कास्टिंग से पहले ४८ ज के लिए सूखी छोड़ दें ।
3. कोल्ड इंजेक्शन मोल्डिंग और फिनिशिंग
- एक रिलीज एजेंट के साथ सभी मोल्ड भागों के सभी सतहों स्प्रे ( सामग्री की तालिकादेखें), वाल्व को छोड़कर, और साफ टिशू पेपर के साथ पोंछ । 15 मिनट के लिए सूखी छोड़ दें ।
- मोल्ड के आधार को बंद करें और दो साइड पैनलों, और दो स्पेसर्स के शीर्ष पर जगह है, तो मोल्ड के आधार मेज की सतह के साथ सीधे संपर्क में नहीं है । मैनुअल वितरण बंदूक में एक सिलिकॉन कारतूस डालने से सिलिकॉन तैयार ( सामग्री की तालिकादेखें) ।
- एक कप को मापने और मिश्रण में एक दंर्तखोदनी का उपयोग कर वितरण बंदूक से निचोड़ा सिलिकॉन के 5 मिलीलीटर जोड़ें । एक दंर्तखोदनी का प्रयोग, सही atria और निलय वाल्व के नकारात्मक और सकारात्मक पक्ष को पिघला सिलिकॉन की एक उदार राशि लागू होते हैं । सुनिश्चित करें कि वहां कोई हवा सिलिकॉन में फंस बुलबुले (4 आंकड़ा) कर रहे हैं ।
- सही वाल्व कोण पर दो मंडलों कनेक्ट, और उंहें आधार मोल्ड के अपने संबंधित सिलेंडरों पर धक्का । इस के लिए बाईं ओर दोहराएं । अंत में, फेफड़े और महाधमनी मेहराब सिलेंडर इसी तरह देते हैं । इन वाल्व छोड़ दो मिनट के लिए जमना, तो मोल्ड के शीर्ष भाग देते हैं ।
- कारतूस के लिए एक स्थिर मिक्सर देते हैं, निचोड़ जब तक सिलिकॉन नोजल बाहर निकल रहा है, तो दबाव जारी है । दो स्पेसर (चित्रा 5) पर पूरे मोल्ड स्थिति, 8 मिमी इंजेक्शन मोल्डिंग सॉकेट में बंदूक डालें, और 3 मिनट के पाठ्यक्रम पर कम दबाव के साथ निचोड़ जब तक सभी हवा वेंट सिलिकॉन ओवरफ्लो के लक्षण दिखाते हैं ।
- इस बिंदु पर सिलिकॉन इंजेक्शन बंद करो, मिक्सर निकालें, और मेज की सतह पर मोल्ड जगह इतनी है कि सभी नीचे हवा वेंट सील कर रहे हैं, और कोई और अधिक सिलिकॉन मोल्ड के नीचे से प्रवाह कर सकते हैं । सिलिकॉन छोड़ 30 मिनट के लिए जमना ।
- ऊपर और मोल्ड के निचले हिस्से के बीच दरार में एक धातु स्पेसर को हटाने के द्वारा मिट्टी के शीर्ष भाग को खोलें । एक समय में एक पक्ष को हटाने, एक ही विधि का उपयोग कर मोल्ड के साइड पार्ट्स निकालें.
नोट: स्पेसर डालने पर दिल की दीवार को पंक्चर नहीं करना सुनिश्चित करें ।- तीन बाहरी मोल्ड घटकों (चित्रा 6) को रिहा करने के बाद दिल के बाहरी हिस्से में किसी भी हवा में बुलबुले का पता लगाएं । बुलबुला पियर्स के लिए एक स्केलपेल का प्रयोग करें और यह एक छोटी राशि एक दंर्तखोदनी का उपयोग कर सिलिकॉन के साथ भरें, तो एक और 30 मिनट के लिए इलाज के लिए छोड़ दें ।
- संपीड़ित हवा का प्रयोग करें ( सामग्री की तालिकादेखें) दिल मॉडल में छह भीतरी molds छोड़ने मोल्ड के आधार से दिल मॉडल उड़ाने के लिए । मजबूती से एक हाथ से दिल के मॉडल को हवा rupturing दिल की दीवार को रोकने के साथ संलग्न करने के लिए सुनिश्चित करें ।
- पानी के साथ एक सिरिंज का उपयोग करने के लिए भरने के लिए और भीतरी मोल्ड जारी करने के लिए छोड़ दिया और सही निलय दबाव. के बाद इस का उपयोग करें एक Magill संदंश ( सामग्री की तालिकादेखें) को हड़पने के लिए और इन भीतरी दो मोल्ड भागों खींचो । फेफड़े और महाधमनी धमनियों के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएँ और अंत में बाएँ और दाएँ atria भीतरी मोल्ड को हटाने के लिए.
नोट: सुनिश्चित करें कि संदंश की स्थिति वाल्व खंड संपीड़ित नहीं जब दबाना दबाव लागू किया जाता है; यह मुद्रित वाल्व को नष्ट कर देगा ।
- पानी के साथ एक सिरिंज का उपयोग करने के लिए भरने के लिए और भीतरी मोल्ड जारी करने के लिए छोड़ दिया और सही निलय दबाव. के बाद इस का उपयोग करें एक Magill संदंश ( सामग्री की तालिकादेखें) को हड़पने के लिए और इन भीतरी दो मोल्ड भागों खींचो । फेफड़े और महाधमनी धमनियों के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएँ और अंत में बाएँ और दाएँ atria भीतरी मोल्ड को हटाने के लिए.
- बांध का उपयोग कर दिल मॉडल के आधार पर निलय से सीधे नीचे की प्रमुख दो ट्यूबों बाँध wraps और दिल की दीवार की सतह पर उन्हें बांधने के द्वारा उपयोग हवा वेंट तार को हटा दें ।
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Representative Results
इस अध्ययन के एक विधि एक anatomically यथार्थवादी नवजात दिल एमआरआई इमेजिंग, 3 डी मुद्रण, और ठंड इंजेक्शन मोल्डिंग संयोजन मॉडल बनाने के लिए विवरण । डक्टस वाहीनी के साथ ही फोरमेन शाली को इस पत्र में प्रस्तुत हार्ट मॉडल में शामिल नहीं किया गया. इस पत्र में वर्णित विधि भी फेफड़ों के रूप में अंय आंतरिक अंगों, के लिए लागू किया जा सकता है, और रिब पिंजरे संरचनाओं । रिब पिंजरे संरचनाओं कोई molds की आवश्यकता होती है और सीधे लचीला सामग्री का उपयोग कर मुद्रित किया जा सकता है । में (चित्रा 7), हम इन उदाहरणों के कई चित्रण । इन अंय कृत्रिम शरीर के अंगों के साथ संयोजन के रूप में दिल मॉडल का उपयोग एक पूर्ण वक्ष प्रतिकृति बनाता है एक प्रशिक्षण उपकरण या गैर के लिए परीक्षण मंच इनवेसिव के रूप में अच्छी तरह से इनवेसिव नैदानिक हस्तक्षेप के रूप में उपयोग करें ।
एक पूर्ण और anatomically यथार्थवादी मॉडल को पुनः बनाने की चुनौती इस तथ्य के साथ निहित है कि चार मंडलों, साथ ही वाल्वों को एक भाग के रूप में डालना होगा । यदि अलग भागों में डाली जा रहे थे और बाद में एक साथ चिपके मंच पर, कम संरचनात्मक सटीकता बनाए रखा जाएगा । इसके अलावा, gluing क्षेत्रों में एक साथ सिलिकॉन सामग्री का उपयोग कर जब संपीड़न के दौरान दिल मॉडल का उपयोग क्षमता टूटना कारण हो सकता है ।
3d मुद्रण जटिल भागों का संकल्प (चित्रा 1) हृदय प्रणाली के रूप में छोटे कार्बनिक घटकों की प्राप्ति के लिए आवश्यक है । क्योंकि इन मॉडलों ' कक्ष और वाल्व में विस्तार अंतिम मॉडल की कार्यक्षमता निर्धारित करता है, तो प्रिंट के उच्च संकल्प के साथ, वहां अंतिम उत्पाद के उच्च संकल्प किया जाएगा । यह विशेष रूप से वाल्व के साथ मामला है मोल्ड का एक एकीकृत हिस्सा जा रहा है । यदि इन भीतरी मोल्ड भागों एक सीधा ऊर्ध्वाधर स्थिति का सामना करना पड़ मुद्रित नहीं कर रहे हैं, नाजुक वाल्व सफाई की प्रक्रिया है जो कास्टिंग के बाद unshapeed वाल्व में परिणाम होगा के दौरान टूट जाएगा ।
मुद्रित भागों की सफाई सोडियम के एक समाधान का उपयोग किया जाना चाहिए-हीड्राकसीड और ४८ के लिए छोड़ दिया बाद में एच के लिए सूखी । अंयथा, बचे हुए समर्थन सामग्री इलाज है, जो विफल वाल्व जातियों में परिणाम के रूप में के रूप में अच्छी तरह से दिल मॉडल का एक बहुत कठिन बाहरी होगा से सिलिकॉन रोकना होगा ।
3 डी मुद्रण का उपयोग बहुत लचीला भीतरी मोल्ड सामग्री का उपयोग कार्बनिक और जटिल संरचनाओं बनाने की संभावना प्रदान करता है के लिए अंतिम डाली भाग (चित्रा 4) से जारी किया जाएगा । यदि इन भीतरी सांचे में ढालना भागों ठोस सामग्री में मुद्रित किया जाना था, दिल मॉडल हिस्सा नष्ट हो जाएगा जब भीतरी कक्षों को हटा ।
चित्रा 1: समाप्त एमआरआई मॉडल । मॉडल निंनलिखित पांच ठोस: दिल की दीवार, बाएं और दाएं atria, और बाएं और दाएं निलय शामिल करना चाहिए । इन भागों चिकनी एक उच्च गुणवत्ता वाले प्रिंट और बाद में उच्च दिल मॉडल के विस्तृत कलाकारों के लिए आवश्यक है । हार्ट वाल्व की स्थिति के नोटों सीएडी सॉफ्टवेयर में संपादन दिल मॉडल में संदर्भ के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए । इसके अलावा, atria और दिल की दीवार के बीच की जगह ंयूनतम 2 मिमी के लिए इन दीवारों के rupturing को रोकने के लिए जब भीतरी मोल्ड को दूर किया जाना चाहिए ।
चित्रा 2: भीतरी मोल्ड भागों को निर्धारण करने के लिए कुर्सियां जोड़ना स्थिति के लिए आवश्यक है । इन के बिना, भीतरी मोल्ड बहाव होगा, और वाल्व एक गारंटी डाली जाएगी । नकारात्मक वाल्व भागों में कुर्सियां का लगाव भी भीतरी मोल्ड निर्धारण अंक को कम करने के लिए आवश्यक है, मॉडल के शरीर रचना विज्ञान के लिए अशांति की कम राशि प्रदान ।
चित्रा 3: जब मोल्ड मुद्रण, दिल वाल्व भागों हमेशा चमकदार मोड में एक ऊपर की ओर की स्थिति का सामना करना पड़ मुद्रित किया जाना चाहिए सटीक ज्यामिति की गारंटी । यह भी वाल्व, जो सफाई की प्रक्रिया पूरी होने के बाद ज्यामिति बाधित हो सकता है की गुहाओं ऊपर कॉलेस्ट्रॉल से समर्थन सामग्री रोकता है ।
चित्रा 4: ठंड इंजेक्शन मोल्डिंग मॉडल के बाकी के पहले वाल्व के लिए सिलिकॉन जोड़ने महत्वपूर्ण है । वाल्व कोडांतरण और हर वाल्व अलग से लगाने के लिए सिलिकॉन लागू करने हवा फंसाने, जो वाल्व की कार्यक्षमता बेकार प्रदान करेगा रोकने के लिए आवश्यक है । वाल्व आधा के बीच अत्यंत संकीर्ण चैनलों के कारण, साथ ही इन स्थानों में हवा वेंट की कमी है, यह अंयथा सिलिकॉन के लिए असंभव है ठंड इंजेक्शन मोल्डिंग के दौरान सभी semilunar वाल्व की संपूर्णता तक पहुंचने के लिए ।
चित्रा 5: हवा वेंट मोल्डिंग प्रक्रिया के दौरान कार्य कर सकते है सुनिश्चित करने के लिए स्पेसर पर मोल्ड माउंट । जबकि एक व्यक्ति जगह में ढालना रखती है, साथ ही साथ कास्टिंग प्रक्रिया में मिनट मायने रखता है, दूसरा धीरे और तेजी से मोल्ड में सिलिकॉन सुई बेदखलदार बंदूक का उपयोग करना चाहिए । कम गति जिस पर सिलिकॉन मोल्ड में इंजेक्ट किया जाता है, कम हवा फंसाने अंतिम दिल मॉडल में मौजूद हो जाएगा ।
चित्रा 6: मोल्ड के शीर्ष और पक्ष भागों जारी करने के बाद, किसी भी हवा को फंसाने के लिए दिल का निरीक्षण । इन फंसाने और पंचर किया जाना चाहिए एक दंर्तखोदनी का उपयोग कर सिलिकॉन से भरा है और एक और 30 के लिए इलाज के लिए छोड़ दिया मोल्ड के अंतिम चरणों से पहले मिनट प्रदर्शन कर रहे हैं ।
चित्रा 7: इसके अलावा मॉडलिंग की और मुद्रित फेफड़ों मोल्ड (इस पांडुलिपि प्रोटोकॉल के बाद) और रिब पिंजरे (थर्माप्लास्टिक (TPU) में मुद्रित) । ये मॉडल शरीर रचना विज्ञान, शल्य चिकित्सा, या नवजात छाती पर छाती संपीड़न के प्रभाव कल्पना करने के लिए चिकित्सकों के प्रशिक्षण के दौरान उपयोग के लिए एक पूरा नवजात वक्ष मॉडल की प्रतिकृति सक्षम करें । इस पेपर में वर्णित विधि का उपयोग कर उत्पादित अंगों एक दूसरे के साथ एक परिपूर्ण संरचनात्मक फिट है के रूप में वे सब एक ही एमआरआई स्कैन पर आधारित हैं ।
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Discussion
इस अध्ययन में विकसित मॉडल के लिए, हम एक 3-मिन अवधि से अधिक इंजेक्शन मोल्डिंग की पहचान की कास्ट (चित्रा 5, चित्रा 6) में प्रवेश हवा को रोकने के लिए आवश्यक है । यह सुनिश्चित करने के लिए कि सिलिकॉन वाल्व के संकीर्ण रिक्त स्थान तक पहुंचता है, "पूर्व कास्टिंग" या "कोटिंग" मोल्ड में वाल्व क्षेत्रों के लिए आवश्यक है । आंतरिक मोल्ड दिल कक्षों को आकार देने के बाद से 5 मिमी के उद्घाटन के माध्यम से अंतिम सिलिकॉन कलाकारों से बाहर निकलने के लिए है, molds के लिए बहु सामग्री 3 डी मुद्रण के लिए एक एकल कास्ट हार्ट मॉडल (चित्रा 4) बनाने की जरूरत है । हम कई बार भीतरी मोल्ड के भागों की कठोरता को कम और अंततः S95 सामग्री की स्थापना का इस्तेमाल किया । कठिन सामग्री सिलिकॉन मॉडल वाल्व के परिणामस्वरूप दिल मॉडल गैर कार्यात्मक प्रतिपादन के तेज किनारों के कारण आंसू कर देगा । विभिंन इलाज के समय के साथ कई सिलिकॉन का उपयोग कर के माध्यम से, जल्दी इलाज सिलिकॉन का उपयोग करने के लिए मोल्ड डिजाइन में कई हवा वेंट के माध्यम से इलाज के दौरान अंयथा बहिर्वाह सामग्री के कारण की आवश्यकता हो पाया था ।
इस पांडुलिपि में वर्णित तकनीक की सीमाएं हैं कि उत्पादन पद्धति समय लेने वाली है, और एक अपेक्षाकृत महंगा उत्पादन प्रक्रिया में जिसके परिणामस्वरूप कई मालिकाना सामग्री की आवश्यकता है । एक और सीमा उच्च संकल्प एमआरआई के लिए उपयोग है संरचनात्मक शुद्धता बनाए रखने के लिए आवश्यक स्कैन (चित्रा 1) विभाजन के दौरान । इसके अलावा, मोल्ड डिजाइन महत्वपूर्ण सीएडी कौशल की आवश्यकता है (चित्रा 2) के निर्माण और नवजात हार्ट वाल्व को लागू करने । इस पत्र में वर्णित कार्डिएक मॉडल का उपयोग कर के एक और सीमा है कि Cohrs एट अल द्वारा अनुसंधान के अनुसार । 9, मॉडल केवल के आसपास ३,००० संपीड़न चक्र के लिए पिछले होगा फाड़ शुरू होता है, जो दिल के मॉडलों की एक सतत उत्पादन की आवश्यकता होगी । हम, तथापि, अनुमान है कि इस पत्र में प्रस्तुत मॉडल इस संख्या के रूप में इस्तेमाल किया सामग्री तोड़ पैरामीटर और संपीड़न दबाव मॉडल पर लागू जब तक एक उच्च बढ़ाव है कम हो जाएगा । हालांकि इस कागज में वर्णित तकनीक नवजात पुतला सिम्युलेटर भागों, बहुत कुछ कागजात2 का उत्पादन करने का उद्देश्य अभी तक सिमुलेटर में इस तरह के अत्यधिक विस्तृत मॉडल के उपयोग का समर्थन ।
इस पद्धति के महत्व को कार्यात्मक 3-दिल के आयामी मॉडल बनाने के लिए9 मौजूदा तरीकों के विषय में है कि इस विधि anatomically मानव दिल की नकल कास्टिंग के लिए एक नरम सामग्री का उपयोग कर सकते हैं । सिलिकॉन सामग्री की जांच नरम ऊतक नकल उतार10 मांसपेशी ऊतकों, जो अंततः दिल की धड़कन को साकार करने में एकीकृत किया जा सकता है नकल करने की क्षमता से पता चलता है । यह, बारी में, ऐसे दुर्घटना परीक्षण के रूप में असामान्य परिस्थितियों में हृदय की मांसपेशी व्यवहार की जांच सक्षम कर सकते हैं । इसके अलावा, कार्बनिक जटिलता के इस स्तर के साथ मॉडलों के निर्माण के लिए, इस विधि खो मोम मॉडलिंग विधि के लिए एक प्रतिस्थापन प्रदान करता है । खो मोम मोल्डिंग में जहां भीतरी molds हमेशा मॉडल बनाने खो रहे हैं, इस पत्र में वर्णित विधि का उपयोग कर, यह मामला नहीं है । यह इसी तरह की जटिलताओं के मॉडल बनाने के एक कम लागत में परिणाम कर सकते हैं ।
एक दिल मॉडल बनाने के लिए आवश्यक अंक सबसे पहले एक उच्च संकल्प वक्ष एमआरआई का उपयोग दिल का एक सटीक विभाजन कर रहे हैं । सटीक विभाजन दिल की दीवार, कक्षों सुनिश्चित करता है, और उनकी स्थिति के रूप में सही रूप में संभव के रूप में कब्जा कर लिया है, एक विस्तृत 3 डी प्रिंट में जिसके परिणामस्वरूप । दूसरे, बाद प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान वाल्व भागों और निकास अंक की एक विस्तृत और सटीक फिटिंग कास्टिंग के बाद कार्य वाल्व का उत्पादन करने के लिए सुनिश्चित किया जाना चाहिए । तीसरे, भीतरी molds के 3 डी मुद्रण प्रक्रिया में नरम सामग्री का उपयोग नाजुक वाल्व फाड़ या सिलिकॉन दिल मॉडल के अलावा आराम के बिना उनके बाद हटाने के लिए अनिवार्य है । अंत में, दो चरणों में वाल्व और शेष दिल मॉडल कास्टिंग मॉडल में बरकरार semilunar वाल्व भागों की गारंटी के लिए आवश्यक है । जब भीतरी molds को हटाने, इन भागों की एक नाजुक खींच वाल्व संरचनाओं हानिकारक को रोकने के लिए आवश्यक हैं ।
हार्ट मॉडल के भविष्य अनुप्रयोगों नवजात प्रशिक्षण manikins में एकीकरण पर इस विधि का उपयोग कर उत्पादन किया । इस मॉडल, सेंसर के एकीकरण के साथ संयुक्त छाती संपीड़न के कारण हृदय उत्पादन और रक्तचाप डेटा के साथ चिकित्सकों प्रदान कर सकते हैं के रूप में पिछले अनुसंधान8में दिखाया गया. दूसरे, यह इन विट्रो हृदय testbed में एक की क्षमता के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है परीक्षण उपन्यास माइक्रो सेंसर11 एक धड़कते दिल में चल रही स्थितियों के साथ उनके अनुपालन पर. आंदोलन, इस मामले में, उपंयास कृत्रिम मांसपेशी ऊतकों12का उपयोग कर लागू किया जा सकता है । अंत में, दिल के मॉडल को आसानी से ऐसे पेटेंट डक्टस वाहीनी या वेंट्रिकुलर septal दोषों के रूप में विभिंन जंमजात विसंगतियों को शामिल करने के लिए एक में इन विट्रो में इन विसंगतियों की जांच की स्थापना अनुकूलित किया जा सकता है । अंत में, यह भी neonate में इन विसंगतियों के आपरेशन प्रक्रियाओं का अभ्यास करने के लिए एक शल्य चिकित्सा प्रशिक्षण मॉडल के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है ।
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Disclosures
लेखक अनुसंधान, लेखक, और इस लेख के प्रकाशन के विषय में ब्याज की कोई संभावित संघर्ष की घोषणा । यह अनुसंधान सार्वजनिक, वाणिज्यिक, या नहीं के लिए लाभ क्षेत्रों में किसी भी अनुदान एजेंसी से कोई विशेष अनुदान प्राप्त किया ।
Acknowledgments
यह शोध आवेगी perinatology के डच ढांचे के भीतर किया गया था । लेखक इस काम के लिए इस्तेमाल किया नवजात एमआरआई स्कैन प्रदान करने के लिए शरीर रचना विज्ञान और विकृति और Máxima चिकित्सा केंद्र Veldhoven के लिए Radboud UMCN संग्रहालय का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । लेखकों को आगे जैस्पर Sterk, सा्ने वान डेर Linden, Frederique de Jongh, Pleun Alkemade, और इस अनुसंधान के विकास के लिए उनके महत्वपूर्ण योगदान के लिए औद्योगिक डिजाइन के संकाय में D. search लैब शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । अन्त में लेखक अपनी पांडुलिपि के प्रूफ पढ़ने के लिए रोहन जोशी को धन्यवाद देना चाहते हैं ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ecoflex 5 | Smooth-on | Silicon casting material | |
| 400ml Static mixers | Smooth-on | Mixing tubes | |
| Manual dispensing gun | Smooth-on | Used for injection molding | |
| 5-56 PTFE spray | CRC | Release agent for the molds | |
| Sodium-hydroxide | N/A | This was purchased as caustic soda at the hardware store, in dry, 99% pure form. As it is widely available, there is no company specified | |
| VeroWhite | Stratasys | The hard material used in the print | |
| TangoBlackPlus | Stratasys | The rubber material used in the print | |
| Support Material | Stratasys | The standard support material used by stratasys | |
| Magill Forceps | GIMA | Infant size. This is for removing the inner molds | |
| Stratasys Connex 350 | Stratasys | If this machine is not owned, another option is to have the parts printed through a third party printing firm such as 3D-hubs to get the parts printed and shipped. | |
| Balco Powerblast (Water Jet) | Stratasys | ||
| Euro 8-24 Set P (Air Compressor) | iSC | 4007292 | |
| Syringe with blunt needle | N/A | A 20ml syringe with a 0.5mm diameter blunt needle. | |
| Mimics 17.0 software | Materialise | This software was used to segment the heart model from the MRI. There are sevaral free MRI imaging software tools available such as InVesalius, or Osirix, although they may prove to provide less functionality. | |
| Magics 9.0 software | Materialise | This was used to repair and smooth the .stl files generated by mimics. This smoothing can also be done in most other 3D modeling freeware. | |
| Solidworks | Software used for editting the heart model. Most other freeware CAD software can be used to perform this stage of processing. |
References
- Wyllie, J., Bruinenberg, J., Roehr, C. C., Rüdiger, M., Trevisanuto, D., Urlesberger, B. European resuscitation council guidelines for resuscitation 2015. Resuscitation. 95, 249-263 (2015).
- Sawyer, T., Strandjord, T. P., Johnson, K., Low, D. Neonatal airway simulators, how good are they? A comparative study of physical and functional fidelity. J. Perinatol. 36 (2), 151-156 (2015).
- Yao, R., et al. Three-dimensional printing: review of application in medicine and hepatic surgery. Cancer Biol. Med. 13 (4), 443-451 (2016).
- Chua, C. K., et al. Rapid prototyping assisted surgery planning. Int. J. Adv. Manuf. Tech. 14 (9), 624-630 (1998).
- Gibson, I., et al. The use of rapid prototyping to assist medical applications. Rapid Prototyping J. 12 (1), 53-58 (2006).
- Cai, H. Application of 3D printing in orthopedics: status quo and opportunities in China. Ann. Transl. Med. 3 (Suppl 1), S12 (2015).
- Thielen, M. W. H., Delbressine, F. L. M. Rib cage recreation: towards realistic neonatal manikin construction using MRI scanning and 3D printing. FASE. , 41-44 (2016).
- Thielen, M., Joshi, R., Delbressine, F., Bambang Oetomo, S., Feijs, L. An innovative design for cardiopulmonary resuscitation manikins based on a human-like thorax and embedded flow sensors. JOEIM. 231 (3), 243-249 (2017).
- Cohrs, N. C., et al. A soft Total Artificial Heart - First Concept Evaluation on a Hybrid Mock Circulation. Artif. Organs. , (2017).
- Sparks, J. L., et al. Use of silicone materials to simulate tissue biomechanics as related to deep tissue injury. Adv. Skin Wound Care. 28 (2), 59-68 (2015).
- Van der Horst, A., Geven, M. C., Rutten, M. C., Pijls, N. H., Nvan de Vosse, F. Thermal anemometric assessment of coronary flow reserve with a pressure-sensing guide wire: An in vitro evaluation. Med. Eng. Phys. 33 (6), 684-691 (2011).
- Miriyev, A., Stack, K., Lipson, H. Soft material for soft actuators. Nature comm. 8 (596), (2017).
