نموذج القلب الولدان تشريحيا واقعية لاستخدامها في أجهزة محاكاة المرضى حديثي الولادة

Summary

ويصف هذا البروتوكول إجراء لإنشاء نماذج وظيفية القلب الاصطناعي الأطفال حديثي الولادة عن طريق استخدام مزيج من التصوير بالرنين المغناطيسي، الطباعة ثلاثية الأبعاد، وحقن صب. والهدف من هذه النماذج الاندماج في الجيل التالي لمحاكاة المرضى حديثي الولادة وأداة للدراسات الفسيولوجية والتشريحية.

Abstract

أجهزة محاكاة المرضى حديثي الولادة (NPS) هي الأمهات البديلات المريض الاصطناعية المستخدمة في سياق تدريب المحاكاة الطبية. الأخصائيين وموظفي التمريض ممارسة التدخلات السريرية مثل الضغط على الصدر لضمان بقاء المريض في حالة بطء القلب أو السكتة القلبية. المحاكاة المستخدمة حاليا هي منخفضة الدقة الفعلية وذلك لا يمكن توفير نوعية ثاقبة الداخلي للضغط على الصدر. تضمين نموذج القلب تشريحيا واقعية في المستقبل المحاكاة يتيح الكشف عن القلب الإخراج التي تم إنشاؤها أثناء الضغط على الصدر؛ وهذا يمكن أن توفر الأطباء مع معلمة إخراج، والذي يمكن تعميق الفهم بتأثير الضغط فيما يتعلق بمقدار تدفق الدم التي تم إنشاؤها. قبل أن يمكن أن يتحقق هذا الرصد، يجب إنشاء نموذج قلب تشريحيا واقعية تتضمن: هما الاذينين والبطينين اثنين، صمامات القلب الأربعة، الأوردة الرئوية والشرايين، والاوردة الجهازية والشرايين. هذا البروتوكول وصف الإجراء لإنشاء نموذج وظيفي قلب اصطناعي الأطفال حديثي الولادة عن طريق استخدام مزيج من التصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي)، 3D الطباعة، وصب في شكل الباردة حقن صب. باستخدام هذا الأسلوب مع مرونة قوالب داخلية المطبوعة 3D في حقن صب العملية، ويمكن الحصول على نموذج قلب تشريحيا واقعيا.

Introduction

ويتم قبول كل عام الملايين من حديثي الولادة لوحدات الرعاية المركزة الولدان (NICU). في نيكوس، معظم حالات الطوارئ تتعلق بمشاكل مجرى الهواء والتنفس والدورة الدموية (ABC) وتتطلب تدخلات من قبيل الضغط على الصدر. توفر مصادر القدرة النووية قيمة التدريس والتدريب أداة لممارسة مثل هذه التدخلات. أجهزة الاستشعار المضمنة لبعض مصادر القدرة النووية، يمكن الكشف عن ما إذا كان أداء يفي بالمبادئ التوجيهية السريرية الموصى بها¹ لعمق وسرعة الضغط على الصدر. يمكن استخدامها التقيد بالمبادئ التوجيهية لحساب وقياس الأداء، وفي هذا الصدد، يمكن اعتبار هذه الدولة من الفن NPS متري مربع أبيض وغير الملموسة لتقييم الأداء.

التقيد بالمبادئ التوجيهية الموصى بها يهدف إلى تحسين فسيولوجيا المريض. على سبيل المثال، يتم تسليم الضغط على الصدر بهدف توليد تدفق الدم كافية في الدورة الدموية. الدقة العالية الحالية لأمان (مثلاً، بريمان (لايردال، ستافنجر، النرويج) وبول (سيمتشاراكتيرس، فيينا، النمسا))، لا تحتوي على أية أجهزة استشعار لقياس البارامترات الفيزيولوجية مثل تدفق الدم أثناء التدريب كما أنها تفتقر قلب متكامل تولد هذه المعلمة الفسيولوجية. ولذلك يمكن عدم تقييم فعالية الضغط الصدر في NPS الحالية على مستوى فسيولوجية. وقد قلب صناعي تشريحيا واقعيا لمصادر القدرة النووية التمكن من تقييم الفسيولوجية للضغط على الصدر، ستدمج في مصادر القدرة النووية. وعلاوة على ذلك، يبين البحث² أن زيادة الدقة التشريحية الجسدية قد يؤدي إلى زيادة في الدقة الفنية من مصادر القدرة النووية. دمج نظام جهاز فعلياً عالية الدقة سيفيد كلا الدقة الفنية في التدريب والتمكين من تقييم الأداء الفسيولوجية.

يمكن تحقيق زيادة كبيرة في الإخلاص لمصادر الطاقة النووية من خلال 3D الطباعة. في الطب، 3D التصوير والطباعة تستخدم في الغالب لإعداد العمليات الجراحية وإنشاء يزرع^3،،من⁴⁵. على سبيل المثال، في مجال المحاكاة الجراحية، يتم إنتاج أجهزة لتدريب الجراحين على إجراء العمليات الجراحية⁶. إمكانيات الطباعة 3D ليست بعد على نطاق واسع طبقت في مصادر القدرة النووية. المزيج من تصوير 3D و 3D الطباعة فتح إمكانية لمصادر القدرة النووية للوصول إلى مستوى أعلى من الدقة المادية. النسخ المتماثل لأجهزة متطورة، ومرنة، والأطفال حديثي الولادة مثل القلب يصبح ممكناً بفضل المجموعة من أي وقت مضى توسيع التقنيات والمواد المستخدمة ل الطباعة 3D⁷.

في هذه الورقة، ونحن بالتفصيل بروتوكول لإنشاء قلب الولدان الوظيفية، الاصطناعية تستخدم مزيجاً من التصوير بالرنين المغناطيسي، الطباعة ثلاثية الأبعاد، وصب حقن الباردة. ويشمل نموذج القلب في هذه الورقة هما الاذينين والبطينين اثنين وأربعة صمامات الوظيفية، والشرايين الرئوية والجهازية وجميع العروق المنتجة من سيليكون واحدة يلقي. يمكن مليئة بسائل نموذج القلب، مزودة بأجهزة استشعار، وتستخدم كمولد معلمة الإخراج (أي، ضغط الدم أو إخراج القلب أثناء الضغط على الصدر، ووظيفة صمام).

Protocol

وتم الحصول على جميع الموافقات المؤسسية قبل تصوير المريض.

1-صورة اقتناء وتجزئة

1. الحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي مسح الصدر الوليد في التصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM) تنسيق. التقاط كل شريحة للفحص في مرحلة دورة القلب الانبساطي البطين أو الحصول التصوير بالرنين المغناطيسي والصدر من تشريح جثة.
   ملاحظة: تعريف واضح ظاهر لعضلة القلب، فضلا عن الاذينين والبطينين، أمر أساسي.
2. استخدام برامج معالجة (انظر الجدول للمواد) استيراد ملف DICOM للتصوير بالرنين المغناطيسي الصدر. باستخدام عنصر القائمة '"تحرير أقنعة"'، حدد المنطقة عضلة القلب على كل شريحة التصوير بالرنين المغناطيسي التي توجد فيها القلب. الاذينين والبطينين، وفي هذه الحالة، يمكن تغطية كذلك.
3. قم بإنشاء طبقة جديدة في رسم والجزء اتريا اثنين والبطينين اثنين بشكل منفصل بنفس الطريقة كاختيار لعضلة القلب. لا الجزء الصمامات بين الاذينين والبطينين، وبين البطينين والشرايين.
4. تجعل العضلات والدوائر في تمثيلات ثلاثية الأبعاد منفصلة باستخدام القائمة 'حساب 3D' البند وتصديرها كخمسة ملفات المجسمة (.stl) باستخدام إعدادات الدقة المثلى باستخدام عنصر القائمة 'STL +'.
5. تحميل ملفات the.stl إلى برامج CAD (انظر الجدول للمواد). استخدم عنصر القائمة معالج fix لإصلاح الملفات the.stl مثلثات متداخلة وحواف سيئة. حفظ ملفات the.stl مرة أخرى.
   ملاحظة: إذا كان يتوفر لا قلب التصوير بالرنين المغناطيسي، النظر في استخدام نموذج القلب المستخدمة في هذا البروتوكول. يحتوي هذا الملف أيضا على نماذج صمام القلب منفصلة. الرجاء انقر هنا لتحميل الملفات.

2-تجهيز والعفن والطباعة

1. تحميل المجموعة من الاذينين والبطينين في برامج تصميم بمساعدة الكمبيوتر (انظر الجدول للمواد). الرجاء انقر هنا لتحميل الملفات.
   1. تحديد موضع الصمامات الابهري والرئوي والتاجي، وتريكوسبيد باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الأصلي (الشكل 1).
2. إضافة النصفين العفن الإيجابية والسلبية لكل صمام لموقفهم كل منهما في تحميل مجموعة من الاذينين والبطينين عن طريق سحب الملف صمام (التي تم الحصول عليها من خلال الرابط أعلاه) إلى الملف الحالي تنشيط وظيفة 'إدراج جزء'. وتشير إلى موقف التنسيب بواسطة النقر فوق موقع سطح الاذينين أو البطينين.
   1. بثق القاعدة من صمام الإيجابية والسلبية باستخدام 'علامة التبويب الميزات > بثق بوس/قاعدة' نتا في تلك الدوائر المعنية ودمج أجزاء صمام على الدائرة الخاصة بكل منها.
      ملاحظة: الصمام التاجي يتكون من جزئين هلالية، بينما ثلاثي الشرفات، الابهري، والصمامات الرئوية وتتألف من ثلاثة.
3. إضافة ملف الصمام الابهري والرئوي إلى مواقعها البطين كل منها باستخدام الإجراء الموضح في الخطوة 2، 2. من أعلى هذه الصمامات، رسم اثنان اسطوانات التقوس قطرها 5 ملم بواسطة النقر فوق 'رسم علامة التبويب > دائرة' عقب رسمت يتقوس باستخدام خط 'التبويب الميزات > اكتساح مدرب/قاعدة' حتى كلا أسطح اسطوانة دائرية تصل إلى الموضع الأفقي. دمج أجزاء صمام لكل البطينين والشرايين.
4. من قاعدة لكل من الدوائر الأربع، فضلا عن أن الاسطوانات تقوس اثنين، رسم اسطوانات عمودية قطرها 5 ملم بواسطة النقر فوق 'رسم علامة التبويب > دائرة' البند وقذف بهم إلى 40 مم في الطول عن طريق النقر فوق 'التبويب الميزات > بثق بوس/قاعدة' البند. السماح لكل اسطوانة نتا في هذه الدائرة الخاصة بكل منها.
   1. لضمان الدوائر لتحديد المواقع عند تجميع الأجزاء الداخلية الستة في القالب، إضافة الشقوق التفاضلية للاسطوانات الست (الشكل 2) رسم semicircles على رأس الاسطوانات: انقر فوق 'رسم علامة التبويب > رسم دائرة' عنصر القائمة واستخدام ' ميزة التبويب > قص/بثق ' عنصر القائمة لخلق عمق مختلف المسافات البادئة.
      1. طرح تلك الأشكال من الدوائر والشرايين عن طريق تحديد الجسم الصلبة للدائرة والشريان، النقر على الحق، والضغط على الدالة 'ضم' بعد ذلك يمكن تحديد الإعداد استقطاع. لا دمج هذه الأجزاء. حفظ جميع الدوائر والشرايين بشكل منفصل.
5. استيراد نموذج عضلة القلب. يقابل اسكتشات قاعدة الستة اسطوانات ابتداء من رسم جديد وتحديد جميع اسكتشات قاعدة الاسطوانة بالضغط باستمرار على المفتاح 'shift'. ثم حدد ' رسم علامة التبويب > تحويل القائمة العنصر الكيانات. حدد ' رسم علامة التبويب > إزاحة عنصر القائمة الكيانات يقابل 2 مم في الرسومات.
   1. قذف ودمج هذه الرسومات عن طريق النقر ' التبويب الميزات > بثق منو بوس/بأس مع نموذج عضلة القلب؛ كرر أن الاسطوانات التقوس. دمج هذه الاسطوانات مع نموذج عضلة القلب عن طريق النقر ' التبويب الميزات > بثق بوس/بأس عنصر القائمة.
      ملاحظة: تأكد من طراز عضلة القلب مقابل الاذينين أكثر من 2 مم في المسافة (الشكل 1). وإلا سوف تمزق الجدار عند إزالة قوالب داخلية.
6. نموذج مكعب من قاعدة الاسطوانات الست إلى أسفل بوضع أول طائرة مرجع بواسطة النقر فوق 'علامة التبويب الميزات > مرجع هندسة > الطائرة'. بعد ذلك، انقر 'رسم علامة التبويب > ساحة' عنصر القائمة ورسم مربع بطول وعرض أوسع من الجزء أوسع من طراز عضلة القلب هو 4 مم.
   1. قذف هذا أسفل مع سمك 8 مم بواسطة النقر فوق 'علامة التبويب الميزات > بثق بوس/قاعدة' القائمة البند، ودمج هذا في قاعدة للاسطوانات الست تمييز عنصر القائمة 'دمج أجزاء'. في الزوايا الأربع من القاعدة، إضافة مكعبات 4 مم باستخدام نفس الأسلوب.
7. باستخدام قاعدة مربعة كرسم، قذف إلى تغطية نموذج كامل القلب وطرح جميع الأجزاء الأخرى من هذا. تقسيم الجزء العلوي من المستطيل متبقية في الجزء أوسع من طراز القلب. أولاً وضع طائرة مرجع في استخدام الارتفاع المطلوب ' علامة التبويب الميزات > مرجع هندسة > الطائرة. وبعد ذلك، استخدم عنصر القائمة 'إدراج > قوالب > تقسيم' لتحديد السطح التي لها الانقسام والكائن التي تتطلب تقسيم.
   1. تقسيم المستطيل بقايا العفن مرة أخرى على الأكثر ملاءمة الإفراج عن الموقف باستخدام نفس الطريقة الموضحة في الخطوة 2.7 حتى الآن في وضع عمودي. رسم مأخذ 4 مم مكعب في زوايا أجزاء طولية من القالب وإضافة مكعبات 4 مم إلى زوايا باستخدام الغطاء العلوي 'رسم علامة التبويب > ساحة' و 'التبويب الميزات > بثق بوس/قاعدة' عناصر القائمة.
8. رسم الدوائر 50 من 1 ملم في القطر الذي يغطي الجزء العلوي من النموذج العفن الخارجي الكامل وقص بثق هذه من خلال كافة قوالب الخارجي. أيضا، قذف عدة اسطوانات 1 مم على جانب الغطاء العلوي في المواقع أوسع من طراز عضلة القلب. قص-قذف ثقب حقن واحدة 8 مم من الغطاء العلوي.
   1. حفظ كل أربعة أجزاء القالب الخارجي بشكل منفصل.
      تنبيه: في المجموع، ينبغي أن يكون هناك عشرة العفن المكونات: قاعدة العفن وفريقي الجانب الخارجي من العفن والغطاء العلوي العفن الخارجي واحد، اثنين اتريا العفن الداخلي مع المرفقات صمام، هما البطينين العفن الداخلي مع المرفقات صمام وواحد من كل من الداخلية الابهر والرئوي الشريان العفن مع المرفقات صمام.
9. استخدام طابعة نفث للطباعة مع الجامدة والمواد الشبيهة بالمطاط صانعوا مثبتة
   (انظر الجدول للمواد). عند وضع أجزاء للطباعة على السرير الطباعة، ضمان السلبيات صمام جميع المطبوعة التي تواجه صعودا (عمودياً) (الشكل 3).
   1. حدد إعدادات الطباعة لامعة. بالنسبة للدوائر الأربعة، فضلا عن المرفقات العفن الرئوي والاورطي، حدد المواد S95 مرونة؛ بالنسبة لأجزاء العفن الأربعة الأخرى، حدد المواد المطبوعة جامدة.
10. بعد طباعة أجزاء القالب، إزالة المواد الدعم التي بنتها اتيرجيت أثناء الطباعة (انظر الجدول للمواد). بعد تنظيف أجزاء القالب، ضع الأجزاء في محلول هيدروكسيد الصوديوم 5% ح 24. بعد إزالة الأجزاء من الحل، شطف لهم استخدام المياه الباردة وإجازة لتجف عن 48 ساعة قبل الصب.

3-الباردة حقن صب والتشطيب

1. رش جميع الأسطح من جميع أجزاء القالب مع وكيل إصدار (انظر الجدول للمواد)، ما عدا الصمامات، ومسح نظيفة مع المناديل الورقية. تترك لتجف لمدة 15 دقيقة.
   1. إغلاق قاعدة العفن والألواح الجانبية اثنين، ووضع على رأس اثنين من الفواصل، حيث قاعدة العفن ليس على اتصال مباشر بسطح الجدول. إعداد السيليكون عن طريق إدراج خرطوشة سيليكون في الدليل الاستغناء عن بندقية (انظر الجدول للمواد).
2. إضافة 5 مل سيليكون تقلص من الاستغناء عن البندقية إلى قياس كأس وخلط باستخدام مسواك. استخدام مسواك، تطبيق كمية سخية من السيليكون ذاب إلى الجانب السلبي والإيجابي الاذينين الأيمن والبطين الصمامات. تأكد من أن هناك لا فقاعات الهواء أكمنة في السيليكون (الشكل 4).
   1. توصيل الدوائر اثنين في الزاوية اليمنى صمام، ودفعهم إلى على اسطوانات كل منها من قاعدة العفن. كرر هذه العملية للجانب الأيسر. وأخيراً، إرفاق الاسطوانات تقوس الابهر والرئوي وبالمثل. اترك هذه الصمامات يصلب لمدة 2 دقيقة، ثم نعلق في الجزء العلوي من القالب.
3. إرفاق خلاط ثابت بخرطوشة، والضغط حتى تغادر السيليكون الفوهة، ثم الإفراج عن الضغط. أدخل الموضع العفن كامل على الفواصل اثنين (الشكل 5)، البندقية في المقبس صب حقن 8 مم، والضغط مع الضغط المنخفض على مدى 3 دقائق حتى جميع فتحات التهوية تظهر علامات تجاوز سيليكون.
   1. التوقف عند هذه النقطة بالحقن السيليكون وإزالتها في الخلاط ومكان العفن على سطح الجدول بحيث يتم إغلاق جميع فتحات التهوية السفلية، ويمكن تدفق لا سيليكون المزيد من الجزء السفلي من القالب. اترك السيليكون يصلب لمدة 30 دقيقة.
4. فتح في الجزء العلوي من القالب بالتحديق ورفع فاصل معدنية إلى الصدع بين الجزء العلوي والسفلي من العفن. إزالة الأجزاء الجانبية من القالب باستخدام الأسلوب نفسه، إزالة جانب واحد في وقت واحد.
   ملاحظة: تأكد من عدم ثقب في جدار القلب عند إدراج فاصل.
   1. الكشف عن أي فقاعات الهواء في الخارج القلب بعد الإفراج عن ثلاثة مكونات القالب الخارجي (الشكل 6). استخدام مشرط بيرس الفقاعة وملء مع سيليكون كمية صغيرة استخدام مسواك، ثم يغادر إلى علاج لآخر 30 دقيقة.
5. استخدام الهواء المضغوط (انظر الجدول للمواد) لضربة نموذج القلب قبالة قاعدة العفن ترك قوالب الداخلية الستة في نموذج القلب. تأكد من أن أرفق بشدة نموذج القلب يد واحدة لمنع الهواء يمزق جدار القلب.
   1. استخدم حقنه بالماء للتعبئة والضغط في البطينين الأيسر والأيمن لتحرير قوالب داخلية. بعد ذلك استخدم ملقط ماجيل (انظر الجدول للمواد) للاستيلاء على وسحب هذه الأجزاء الداخلية من العفن اثنين. كرر هذه العملية للشرايين الرئوية والشريان الابهر وأخيراً لإزالة قوالب داخلية الاذينين الأيمن والأيسر.
      ملاحظة: تأكد من تحديد المواقع الملقط لا ضغط الجزء صمام عند تطبيق ضغط المشبك؛ فإنه سيتم تدمير صمام المطبوعة.
6. ربط أنبوبين المؤدية مباشرة أسفل من البطينين عند قاعدة القلب الطراز باستخدام الأغطية التعادل وإزالة سلاسل تنفيس الهواء الوصول إلى بنتف منها على سطح جدار القلب.

Representative Results

تفاصيل هذه الدراسة أسلوباً لإنشاء نموذج قلب الولدان تشريحيا واقعية الجمع بين التصوير بالرنين المغناطيسي، الطباعة ثلاثية الأبعاد، وصب حقن البرد. ولم تدرج القناة الشريانية السالكة، فضلا عن الثقبة البيضوية في قلب النموذج المعروضة في هذه الورقة. يمكن أيضا تطبيق الطريقة الموضحة في هذه الورقة إلى الأجهزة الداخلية الأخرى، مثل الرئتين، وهياكل القفص الصدري. تتطلب لا قوالب هياكل القفص الصدري ويمكن طباعتها مباشرة باستخدام مواد مرنة. في (الشكل 7)، يمكننا تصور العديد من هذه الأمثلة. استخدام نموذج القلب بالاقتران مع هذه أجزاء الجسم الاصطناعية الأخرى يقوم بإنشاء نسخة متماثلة كاملة الصدر لاستخدامه كأداة تدريبية أو منصة الاختبار للتدخلات السريرية غير الغازية، فضلا عن الغازية.

ويكمن التحدي لإعادة إنشاء نموذج كاملة وواقعية تشريحيا مع حقيقة أن أربع دوائر، فضلا عن الصمامات، يجب أن يصاغ كجزء واحد. إذا كانت أجزاء منفصلة يكون المدلى بها وفي مرحلة لاحقة لصقها معا، سيتم الاحتفاظ بدقة أقل التشريحية. وعلاوة على ذلك، قد يسبب الالتصاق الأجزاء معا باستخدام مادة السيليكون تصدعات المحتملة عند استخدام نموذج القلب أثناء الضغط.

حل أجزاء معقدة الطباعة ثلاثية الأبعاد (الشكل 1) أمر ضروري لتحقيق المكونات العضوية الصغيرة مثل نظام القلب. لأنه يحدد التفصيل في هذه النماذج الدوائر وصمامات وظيفة النموذج النهائي، ثم مع دقة أعلى للطباعة، سيكون هناك قرار أعلى من المنتج النهائي. هذا هو الحال خاصة مع الصمامات يجري جزءا لا يتجزأ من العفن. إذا لن يتم طباعة هذه الأجزاء الداخلية العفن التي تواجه موقفا عمودي مباشرة، سيتم قطع الصمامات الحساسة أثناء عملية التنظيف التي ستؤدي إلى صمامات شوه بعد الصب.

وينبغي أن يتم تنظيف الأجزاء المطبوعة باستخدام محلول من هيدروكسيد الصوديوم واليسار لتجف عن 48 ساعة بعد ذلك. خلاف ذلك، سوف تحول دون دعم بقايا المواد السيليكون من علاج، مما سيؤدي إلى يلقي صمام الفاشلة، فضلا عن خارج مبتذل جداً من طراز القلب.

استخدام المواد العفن الداخلية مرنة للغاية باستخدام عروض الطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية إنشاء هياكل معقدة وغير العضوية أن يفرج عن الجزء النهائي المدلى بها (الشكل 4). إذا كانت هذه أجزاء القالب الداخلي لتتم طباعتها في المواد الصلبة، ستدمر الجزء نموذج القلب عند إزالة الدوائر الداخلية.

رقم 1: نموذج التصوير بالرنين المغناطيسي الانتهاء. النموذج الذي يجب أن يحتوي على المواد الصلبة الخمسة التالية: قلب الجدار والاذينين الأيمن والأيسر والبطين الأيمن والأيسر. تجانس هذه الأجزاء ضروري لطباعة عالية الجودة ويلقي مفصلة عالية في وقت لاحق لنموذج القلب. وينبغي استخدام الملاحظات لتحديد المواقع من صمامات القلب للمرجع في تحرير نموذج القلب في برامج CAD. أيضا، المسافة بين الاذينين وقلب الجدار ينبغي أن يكون الحد أدنى من 2 مم منع تمزيق هذه الجدران عند إزالة قوالب داخلية.

رقم 2: إضافة مقابس يحملق في أجزاء القالب الداخلي أمر ضروري لتحديد المواقع- وبدون هذه، الانجراف قوالب داخلية، والصمامات ستكون مضمونة ميسكاست. ربط مأخذ التوصيل في أجزاء صمام السلبية أيضا ضروري للتقليل من نقاط التثبيت العفن الداخلي، توفير أقل قدر من الاضطراب إلى تشريح للنموذج.

الشكل 3: عند الطباعة القوالب، أجزاء صمام القلب يجب دوماً طباعة تواجه موقفا تصاعدياً في وضع لامع لضمان دقة الهندسة. هذا يمنع أيضا مواد الدعم من انسداد في تجاويف الصمام، التي قد تعطل الهندسة بعد الانتهاء من عملية التنظيف.

الشكل 4: إضافة السيليكون للصمامات قبل الباردة حقن صب بقية النموذج الحاسم. تجميع الصمامات وتطبيق السيليكون لكل صمام على حدة أمر ضروري لمنع فخ الهواء، مما سيجعل الأداء الوظيفي للصمام عديم الفائدة. سبب قنوات ضيقة للغاية بين نصفي صمام، فضلا عن عدم وجود فتحات التهوية في هذه المواقع، من المستحيل إلا السيليكون لتصل إلى جميع semilunar الصمامات بأكملها خلال صب حقن البرد.

الرقم 5: تحميل القالب على الفواصل التأكد من فتحات التهوية يمكن أن تعمل أثناء عملية صب. بينما شخص واحد يحمل العفن في مكان، فضلا عن التهم الدقائق في عملية الصب، الثاني ينبغي ببطء واطراد حقن السيليكون في القالب باستخدام المدفع القاذف. انخفاض السرعة التي يتم حقن السيليكون في القالب، فخ الهواء أقل سوف تكون موجودة في نموذج القلب النهائي.

رقم 6: بعد الإفراج عن الأجزاء العليا والجانبية من العفن، تفقد القلب لأي فريسة الجوية- وينبغي ثقب هذه فريسة ومليئة بالسيليكون باستخدام مسواك وتتم من اليسار إلى علاج لآخر 30 دقيقة قبل المراحل النهائية من ديمولدينج.

رقم 7: العفن الرئة بالإضافة إلى ذلك، على غرار والمطبوعة (يتبع البروتوكول هذه المخطوطة) والقفص الصدري (مطبوعة في البولي الحراري (TPU)). هذه النماذج تمكين النسخ المتماثل لنموذج الصدر الولدان كاملة للاستخدام أثناء التدريب للأطباء في ميادين التشريح، جراحة، أو لتصور آثار الضغط على الصدر في الصدر الولدان. أن الأجهزة المنتجة باستخدام الطريقة الموضحة في هذه الورقة لها حلاً مثاليا تشريحية مع بعضها البعض كما أنهم جميعا تعتمد على نفس التصوير بالرنين المغناطيسي.

Discussion

لنموذج تطوير في هذه الدراسة، وحددنا المطلوب حقن صب على مدى فترة 3-دقيقة لمنع الهواء يدخل المدلى بها (الشكل 5، الشكل 6). ضروري لضمان أن السيليكون تصل إلى المساحات الضيقة للصمامات، "ما قبل الصب" أو "طلاء" المناطق صمام في القالب. حيث العفن الداخلي تشكيل الدوائر قلب الخروج النهائي سيليكون المدلى بها من خلال فتحات 5 مم، مطلوب مادية متعددة 3D الطباعة لقوالب لإنشاء نموذج قلب يلقي واحد (الشكل 4). خفض صلابة أجزاء القالب الداخلية عدة مرات، وفي نهاية المطاف استخدام الإعداد المادي S95. سوف تجعل المواد أصعب نموذج سيليكون المسيل للدموع الواجب حادة الحواف من صمامات تقديم نموذج القلب الناتجة غير وظيفية. من خلال استخدام السيليكون متعددة مع أوقات علاج مختلفة، تم العثور على استخدام سيليكون علاج سريع المطلوب بسبب خلاف ذلك تدفق المواد أثناء علاج من خلال العديد من فتحات التهوية في تصميم القالب.

القيود المفروضة على الأسلوب الموصوفة في هذه المخطوطة هي أن أسلوب الإنتاج هو مضيعة للوقت، ويتطلب العديد من المواد المسجلة الملكية الناشئة في عملية إنتاج باهظة تكلفة نسبيا. قيد آخر هو الوصول إلى عمليات التفحص التصوير بالرنين المغناطيسي عالي الدقة اللازمة للحفاظ على صحة التشريحية (الشكل 1) أثناء الانقسام. أيضا، يتطلب تصميم القالب كبير كاد مهارة (الشكل 2) لبناء وتنفيذ صمامات القلب الأطفال حديثي الولادة. واحد الحد المزيد من استخدام نماذج القلب المبينة في هذه الورقة أنه وفقا للبحوث التي أجرتها كورس et al. ⁹، النماذج يدوم إلا لحوالي 3,000 ضغط دورات قبل تمزق يبدأ أن يحدث، مما يتطلب استمرار إنتاج نماذج القلب. ومع ذلك، نقدر أن النموذج المقدم في هذه الورقة سوف تدوم هذا العدد كما المواد المستخدمة استطالة أعلى حتى المعلمة فاصل وضغط الضغوط التي تمارس على النموذج أقل. على الرغم من أن هذا الأسلوب هو موضح في هذه الورقة تهدف إلى إنتاج أجزاء محاكاة قزم الولدان، ورقات قليلة جداً² تدعم استخدام هذه نماذج مفصلة للغاية في أجهزة محاكاة بعد.

أهمية هذا الأسلوب بشأن الأساليب القائمة⁹ لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد الوظيفية للقلب أن هذا الأسلوب يمكن أن تحاكي تشريحيا قلوب البشر باستخدام مادة لينة واحدة لصب. ويبين التحقيق في مواد سيليكون محاكاة الأنسجة اللينة¹⁰ المحتملة لتقليد أنسجة العضلات، التي يمكن إدراجها في نهاية المطاف في قلب نموذج تحقيق ضربات القلب. هذا، بدوره، يمكن تمكين التحقيق في سلوك عضلة القلب في ظروف غير طبيعية، مثل تحطم اختبار. وعلاوة على ذلك، يوفر هذا الأسلوب لإنشاء نماذج بهذا المستوى من التعقيد العضوي، بديلاً للشمع المفقود النمذجة الأسلوب. حيث في الشمع فقد صب قوالب داخلية يتم دائماً فقدان إنشاء النموذج، باستخدام الطريقة الموضحة في هذه الورقة، وهذا ليس هو الحال. هذا يمكن أن يؤدي إلى انخفاض التكلفة لخلق نماذج تعقيدات مماثلة.

نقاط أساسية لخلق نموذج قلب أولاً تجزئة دقيقة للقلب باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي والصدر ذات الدقة عالية. تقسيم دقيق يضمن جدار القلب، الدوائر، وهذه المواقع يتم التقاطها على أدق وجه ممكن، أسفر عن طباعة 3D مفصلة. ثانيا، يحتاج تركيب المفصل والدقيق من أجزاء صمام ونقاط الخروج أثناء عملية تجهيز ضمان إنتاج صمامات تعمل بعد الصب. ثالثا، استخدام مواد أكثر ليونة في عملية الطباعة 3D قوالب داخلية إلزامي لإزالتها لاحقاً دون تمزق الصمامات الحساسة أو بقية من طراز قلب سيليكون عن بعضها البعض. وأخيراً، صب الصمامات وتبقى نموذج القلب على مرحلتين مطلوب لتضمن أجزاء سليمة semilunar صمام في النموذج. عند إزالة قوالب داخلية، سحب الدقيق لهذه الأجزاء المطلوبة لمنع إتلاف هياكل صمام.

التطبيقات المستقبلية لنماذج قلب المنتجة باستخدام هذا الأسلوب الهدف في الإدماج في أثناء تدريب الأطفال حديثي الولادة. يمكن أن يوفر هذا الطراز، جنبا إلى جنب مع إدماج أجهزة الاستشعار الأطباء مع بيانات الإخراج وضغط الدم القلب بسبب الضغط على الصدر كما هو موضح في البحوث السابقة⁸. وثانيا، يمكن أن تستخدم المحتملين في المختبر القلب والأوعية الدموية منها لاختبار أجهزة الاستشعار الصغيرة رواية¹¹ بشأن امتثالها لتحريك الأوضاع في قلب ينبض. الحركة، وفي هذه الحالة، يمكن تنفيذها باستخدام أنسجة العضلات الاصطناعية رواية¹². وأخيراً، نموذج القلب يمكن تكييفها بسهولة لدمج مختلف التشوهات الخلقية مثل القناة الشريانية السالكة أو عيوب الحاجز البطين للتحقيق في هذه الحالات الشاذة في جو في المختبر . وأخيراً، كما يمكن استخدامه كنموذج تدريب جراحي لإجراءات الممارسة العملية لهذه الحالات الشاذة في الوليد.

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.