Summary
نقدم هنا، وضع بروتوكول لاستخدام النماذج المطبوعة الأبعاد الثلاثة للتخطيط قبل العملية وإعادة التنظيم داخل المنطوق من مواقع الأوعية الدموية المعقدة عند التعامل مع يمثل شذوذاً الابهري خلقي.
Abstract
الشذوذ الابهري الخلقي معقدة تشمل أنواعاً مختلفة من التشوهات التي قد تكون غير متناظرة سريرياً أو الحالية مع أعراض تنفسية أو المريء. قد تكون هذه الأوضاع الشاذة المرتبطة بأمراض القلب الخلقية الأخرى. من الصعب تحديد موقع السفينة التشريحية الدقيقة من بيانات التصوير ثنائي الأبعاد، مثل التصوير المقطعي. كأسلوب تصنيع مضافة، يمكن الطباعة ثلاثية الأبعاد (3-D) سرية البيانات التصوير المكتسبة في نماذج ثلاثية الأبعاد المادية. هذا البروتوكول وصف الإجراء للنمذجة DICOM الحجمي التصوير إلى بيانات ثلاثية الأبعاد وطباعته كنموذج ثلاثي الأبعاد تشريحيا واقعيا. باستخدام هذا النموذج، الجراحين يمكن تحديد موقع السفينة من الشذوذ الابهري المعقدة، ومفيدة للتخطيط قبل العملية والتوجيه داخل المنطوق.
Introduction
الشذوذ الخلقي الابهر هي التشوهات الخلقية النادرة للغاية للنظام القوس الاورطي. يمكن تشخيصها أما بالتصوير تحليل أو تقييم لكيانات مثل عسر البلع أو سرقة subclavian1. في سيناريوهات السريرية، من المهم تحديد الوضع الشاذ التشريحية في الفضاء الجراحية المحصورة التي حدت من التصور خلال الجراحة2،3. حاليا، يتم عرض التقليدية ثنائية الأبعاد (2-d) سطحية، مثل التصوير المقطعي (CT) والتصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي)، عادة للجراحين قبل الجراحة. بيد أنه من الصعب بالنسبة للجراحين صورة الوضع الشاذ استناداً إلى تصوير 2-د. ونتيجة لذلك، أنها يمكن أن تواجه صعوبات غير متوقعة أثناء محاولة فصل الأوعية الابهري معقدة أثناء الجراحة. يمكن أن يحدث ضرر لا يمكن التنبؤ بها للسفينة، والقصبة الهوائية والمريء ويؤدي إلى نتائج كارثية.
في العقد الماضي، قد استخدمت نماذج التصوير ثلاثي الأبعاد في جراحة القلب لمساعدة الجراحين على فهم أن الشذوذ التشريحية المعقدة4،5،،من67. يمكن أن تساعد تكنولوجيا الطباعة (ثلاثي الأبعاد) ثلاثية الأبعاد بتحويل بيانات النمذجة إلى نموذج مادي. بالمقارنة مع إعادة بناء الرقمية، ثلاثي الأبعاد النماذج الفيزيائية المطبوعة يمكن تقديم فهم أفضل للتفاصيل التشريحية وتقديم رأي البديهية تشوه. لجراحة الابهر الشذوذ، نموذج ثلاثي الأبعاد البديهية المطبوع كبيرة نظراً لسوء فهم من مواقع الابهري يمكن أن تكون كارثية للمرضى. أثناء الجراحة، أي خطأ يمكن أن يؤدي إلى نزيف لا يمكن التنبؤ بها والضرر. استخدام النماذج المطبوعة، الجراحين تماما فهم العلاقات المكانية لفروع الابهر. أثناء الجراحة، الجراحين أيضا إجراء استعراض في الوقت الحقيقي من نماذج ثلاثية الأبعاد لتجنب الخلط بين مواقع الأوعية الدموية المعقدة.
نقدم هنا، وضع بروتوكول لتطبيق النماذج المطبوعة ثلاثي الأبعاد لتخطيط قبل العملية والتوجيه داخل المنطوق أثناء التعامل مع أمراض الابهر الخلقي. واختير رتج في كوميريل، نوع من الشذوذ الابهري الخلقية المعقدة، كدراسة حالة. وتشمل الخطوات التشخيص استناداً إلى التصوير المقطعي الأوعية (CTA) التصوير، وتقسيم المناطق ذات الاهتمام، وبناء نماذج ثلاثية الأبعاد، وتخطيط العمليات الجراحية قبل الجراحة، واستعراض داخل المنطوق من النماذج المطبوعة ثلاثي الأبعاد8. يمكن تقليل هذه الاستراتيجية الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى حد كبير خطر الإصابة الأنسجة غير متوقعة أثناء الجراحة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على الدراسة الحالية لجنة الأخلاقيات التابعة لجامعة فودان مستشفى تشونغشان (B2016-142R) وجميع المشاركين أعطت موافقتها المستنيرة.
1-تشخيص للحالة الشاذة الابهري بالأعراض، والحصول على بيانات التصوير
- تحديد المرضى الذين لديهم أعراض مثل ألم في الصدر، أو عسر البلع، أو فرق ضغط الدم من أطرافهم العليا في عيادة المرضى. استبعاد المرضى الذين يمكن أن تتسامح مع العملية.
- أداء الأوعية CT في هؤلاء المرضى لتشخيص كوميريل في رتج8.
2-تقسيم المناطق ذات الاهتمام
- استيراد جميع الأوعية CT الصور إلى البرنامج في تنسيق DICOM. 512 × 512 بكسل وكان هذا القرار من هذه الصور، وسمك الشريحة 1 مم.
- انقر نقراً مزدوجاً فوق حالة المريض من حالة المكتبة وفتحها.
- حدد DICOM السلسلة ثم انقر فوق ريكون النموذج لفتح صفحة ريكون النموذجي.
- مهندس وفريق جراحي القلب الاستعراض DICOM تنسيق البيانات الخام لتحديد الميزات التشريحية الرئيسية والمنطقة من الفائدة (العائد على الاستثمار).
- استخدم الرمادي على أساس قيمة العتبة للجزء العائد على الاستثمار.
- انقر فوق الزر تجزئة العتبة وضبط نطاق عتبة للقناع والأوعية الدموية. النطاق الافتراضي بين 226 إلى 3071.
- انقر فوق الزر تأكيد لتجزئة العتبة والقناع والأوعية الدموية وسوف تظهر في قائمة "الكائن". انقر فوق الزر ريكون من حق القناع والقناع الأوعية الدموية ثلاثي الأبعاد سيتم بناؤها والمعروضة في العارض ثلاثي الأبعاد.
- انقر فوق الزر تجزئة العتبة وضبط نطاق عتبة لقناع القصبة الهوائية. انقر فوق الزر تجزئة مستطيل لتحديد المنطقة التي تهم منصف والرئة. النطاق الافتراضي بين-1024 إلى-520.
- انقر فوق الزر تحرير القناع ومحو الاتصال بين القصبة الهوائية والرئة.
- انقر فوق الزر تكبير المنطقة وحدد بذور عن طريق النقر فوق أي نقطة/بكسل في القناع في أي واحد من المشاهدين 2-د. التحقق والتأكد من أن المنطقة تنمو كنتيجة، وأن القناع القصبة الهوائية وسوف تظهر في قائمة "الكائن".
- انقر فوق الزر ريكون على حق القناع، وسيعاد بناء القصبة الهوائية ثلاثية الأبعاد في العارض ثلاثي الأبعاد.
- حفظ دوروا كأقنعة لإعادة البناء ثلاثي الأبعاد.
3-ثلاثي الأبعاد التعمير للعائد على الاستثمار
- تعتمد قيمة الرمادي الاستيفاء خوارزمية لحساب الشبكة السطحية لنموذج ثلاثي الأبعاد. جعل السطح مثلث لمطابقة فوكسيلس قصوى من القناع.
- انقر فوق الزر تصدير لتصدير نموذج ثلاثي الأبعاد كملف STL.
- وضع النموذج في وسط منصة بناء. توجيه النموذج بمحاذاة المماس للكبت السفينة في أقصى لها لتكون موازية للمحور Z منهاج بناء. يدعم تم إنشاؤها تلقائياً ليتدلى استخدام المعلمات الافتراضية.
- انقر فوق الشريحة | حفظ لحفظ ملف كملف جاهز للطباعة ثلاثية الأبعاد.
4-طباعة ثلاثي الأبعاد
- أداء ستيريوليثوجرافيك الطباعة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. استخدم المعلمات التالية: مسافة شريحة 1 ملم، وقرار 512 × 512 بكسل، مبنى من طبقة سماكة 0.1 ملم، وقطرها 80 ميكرومتر بقعة ليزر.
- استخدام الأشعة فوق البنفسجية في 405 نانومتر لتصلّب الراتينج حساس عن طريق مسح المعالم شرائح بالبرنامج. سرعة الليزر الضوء فوق البنفسجي هو 3 m/s.
ملاحظة: عند إنشاء شريحة واحدة من نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد، منهاج بناء ارتفع 0.1 مم للشريحة التالية. وقد بني النموذج المادي طبقة بعد طبقة. وشكلت الطبقة التالية على رأس الطبقة السابقة. تم بناء نموذج ثلاثي الأبعاد المادية طبقة بطبقة بهذه الطريقة.
5-قبل الجراحة التخطيط والمراجعة الموضعية باستخدام النماذج المطبوعة ثلاثي الأبعاد
- قبل الجراحة، الجراحين إجراء مفصل والخطط الجراحية الدقيقة لكل مريض عن طريق التعلم ثلاثي الأبعاد طباعة النماذج.
- وخلال الجراحة، وضع النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد في غرفة العمليات وممرضة تحميلهم. واستعرضت التفاصيل التشريحية الجراحين خلال موقع الأوعية الدموية والانفصال.
ملاحظة: تشمل العلاج الجراحي بتر رتج وإعادة الإعمار لفروع الابهر. وطبق الاختلاس أنابيب البوليستر نسج مشربة لاستبدال الشريان الاورطي مستأصل1،2،3،9. وأرسلت جميع المرضى إلى وحدة العناية المركزة جراحة القلب بعد الجراحة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وقد فعلت كل اقتناء الأوعية الصور المقطعية والنمذجة الرقمية والطباعة ثلاثية الأبعاد في مستشفى. وأنفق ساعتين للحصول على نموذج ثلاثي الأبعاد من صورة الأشعة المقطعية الأوعية جاهزة للطباعة ثلاثية الأبعاد. باستخدام الإجراء وطابعه ثلاثية الأبعاد هنا، يمكن إرسال نموذج مادي ثلاثي الأبعاد الخاصة بالمريض إلى الأطباء بسرعة ويمكن اتخاذ قرار الجراحة في الوقت المناسب. وأبدى في سير العمل من الحصول على بيانات الأوعية CT الطباعة ثلاثية الأبعاد في الشكل 1. من الطائرة الاكليلية (الشكل 2A) والطائرة عرضية (الشكل 2B) والطائرة السهمي (الشكل 2)، أعيد الصورة الأوعية CT إلى نموذج ثلاثي الأبعاد (الشكل 2D). وكان عرض العلاقة التشريحية بين الشريان الاورطي والرغامى على طول المحور الصادي (الشكل 3 ألف-3D).
رقم 1- سير العمل لنماذج ثلاثية الأبعاد من الأوعية CT الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2- معالجة بيانات الأوعية CT في الطائرة الاكليلية (A)، عرضية طائرة (ب) والسهمي طائرة (ج). (د تم الحصول على بيانات الأوعية CT أعيد بناؤها). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3- تم عرض نموذج الشريان الاورطي والقصبة الهوائية ثلاثية الأبعاد أعيد بناؤها على طول المحور y في الطائرة الاكليلية (A) والطائرة عرضية (ب) والطائرة السهمي (ج). (د تم الحصول على بيانات الأوعية CT أعيد بناؤها). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
الشذوذ الخلقي الابهري تشمل طائفة نادرة لأمراض القلب والأوعية الدموية، التي غالباً ما تظهر الشذوذ الابهري المعقدة. التصوير الطبي، مثل الأشعة المقطعية والسيد، مطالبون بتوضيح قوس الاورطي معقدة، غير طبيعي المتفرعة من نمط، وعلاقتها مع القصبة الهوائية والمريء، وغيرها الأمراض المرتبطة. يمكن أن توفر الأوعية الأشعة المقطعية والسيد المعلومات 2-د من مواقع السفن الابهري. مع إعادة إعمار رقمي ثلاثي الأبعاد تصوير ثنائي الأبعاد، يمكن تعريف العلاقة التشريحية للسفن الابهري كذلك. ومع ذلك، ليس كافياً لتوفير رؤية واضحة لهيكل التشريحية واقعية للجراحين. رتج في كوميريل، يمثل شذوذاً الابهري خلقي نادرة، من الصعب أن يكون مفهوما لبعض الجراحين بسبب تقلب وتعقيد هذا المرض1. ولذا يلزم الإدارة الجراحية لهذا المرض أن يكون الأمثل.
يتضمن سير العمل الموضحة هنا التشخيص استناداً إلى تصوير البيانات، تقسيم مناطق الاهتمام، بناء نماذج ثلاثية الأبعاد الرقمية، وطباعة نماذج ثلاثية الأبعاد والتخطيط قبل الجراحة واستعراض الموضعية. الأشعة المقطعية طريقة تصوير شيوعاً لتشخيص الحالات الشاذة الابهر قبل الجراحة. نظراً سوبميليميتير والقرار المكانية ممتازة، يشيع استخدام الأشعة المقطعية للطباعة ثلاثية الأبعاد. على الرغم من أن يمكن أيضا استخدام الصور MR للنمذجة ثلاثية الأبعاد في بعض الحالات، القرار المكانية للسيد عموما أقل من بناء قيراط في مجموعات البيانات المقطعية، يمكن تحويل تجزئة المعلومات التشريحية للعائد على الاستثمار في نموذج ثلاثي الأبعاد رقمية الخاصة بالمريض. مصدر بيانات DICOM، تعقد الوضع الشاذ، وتجربة المشغل مع البرنامج قد تؤثر إلى حد كبير الوقت اللازم لتجزئة الصورة. وعلاوة على ذلك، الجراحين ضرورية أيضا لتوجيه اختيار العائد على الاستثمار في إجراء تجزئة. ومن ثم يجتمع فريق الجراحين والأشعة والمهندسين لإجراء مناقشة قبل الجراحة لكفاءة الأداء. التشخيص السريع والطباعة في المستشفى يمكن توفير الوقت للمرضى، خاصة بالنسبة لأولئك الذين عانوا من تشريح ناشئة أو تمزق10. ولذلك، معمل طباعة ثلاثية الأبعاد في المستشفى اللازمة لسير العمل بكفاءة.
للزملاء والمقيمين، حتى بالنسبة للذين يحضرون الجراحين الذين لديهم تجارب قليلة لإجراء عملية جراحية على الشذوذ الابهري معقدة، يمكن استخدام نموذج مطبوع ثلاثي الأبعاد للمساعدة على فهم شذوذ المعقدة. نموذج مطبوع ثلاثي الأبعاد هو تدريس القيم وأداة تدريب لسهولة الحصول على العينات التشريحية الفعلية وتساعد على تسطيح منحنى التعلم. أنها أيضا بمثابة أداة فعالة للتواصل مع المرضى وأسرهم أثناء المنطوق قبل تقديم المشورة.
على الرغم من أن نموذج ثلاثي الأبعاد المادية المطبوع مفيد للجراحين لفهم الحالة الشاذة حدسي، يمكن أن تسمح أيضا الجراحين الممارسة العملية المخطط لها في النموذج. ولذلك، ينبغي تطبيق مواد جديدة في الطباعة ثلاثية الأبعاد لمحاكاة الأنسجة الطبيعية. جماعياً، يوفر نموذج ثلاثي الأبعاد المطبوع وسيلة البديهية لعرض وفهم التشريح الابهري المعقدة للمريض. يمكن أن يساعد تحديد عملية جراحية مخصصة رتج كوميريل، والحد من المخاطر المحتملة للإصابة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
الكتاب نعترف بتمويل من "الوطنية الطبيعية مؤسسة العلوم الصينية" (رقم 81771971)، شانغهاي بوجيانج البرنامج (رقم 14PJD008 و 17PJ1401500)، "تشن قوانغ" المشروع بدعم من لجنة التعليم ببلدية شانغهاي والتعليم شانغهاي مؤسسة التنمية (14 رقم CG 06)، مؤسسة العلوم الطبيعية من شنغهاي (رقم 17411962800 و 17ZR1432900)، والعلوم والتكنولوجيا لجنة بلدية شانغهاي (17JC1400200). تسلم W.Z. بتمويل من الوطنية العلوم الطبيعية مؤسسة في الصين (31501555 و 81772007 و 21734003)، برنامج المواهب الشابة 1000 في الصين، ولجنة التعليم ببلدية شانغهاي (جائزة الأستاذية الشاب الشرقي)، والعلوم و التكنولوجيا لجنة بلدية شانغهاي (17JC1400200 و 16391903900).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D printer | Meditool Enterprise Co., Ltd | For 3D printing | |
| Chaos Version 2.0 | Meditool Enterprise Co., Ltd | For 3D segmentation and reconstruction |
References
- Tanaka, A., Milner, R., Ota, T. Kommerell's diverticulum in the current era: a comprehensive review. General Thoracic and Cardiovascular Surgery. 63 (5), 245-259 (2015).
- Rosu, C., Dorval, J. F., Abraham, C. Z., Cartier, R., Demers, P. Single-stage hybrid repair of right aortic arch with Kommerell's Diverticulum. The Annals of Thoracic Surgery. 103 (4), e381-e384 (2017).
- Idrees, J., et al. Hybrid repair of Kommerell diverticulum. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (3), 973-976 (2014).
- Kankala, R. K., et al. Fabrication of arbitrary 3-D components in cardiac surgery: from macro-, micro- to nanoscale. Biofabrication. 9 (3), 032002 (2017).
- Vukicevic, M., Mosadegh, B., Min, J. K., Little, S. H. Cardiac 3-D printing and its future directions. JACC Cardiovascular Imaging. 10 (2), 171-184 (2017).
- Yoo, S. J., Spray, T., Austin, E. H., Yun, T. J., van Arsdell, G. S. Hands-on surgical training of congenital heart surgery using 3-dimensional print models. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (6), 1530-1540 (2017).
- Hermsen, J. L., et al. Scan, print, practice, perform: Development and use of a patient-specific 3-dimensionalprinted model in adult cardiac surgery. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (1), 132-140 (2017).
- Sun, X., Zhang, H., Zhu, K., Wang, C. Patient-specific three-dimensional printing for Kommerell's diverticulum. International Journal of Cardiology. 255, 184-187 (2018).
- Ota, T., Okada, K., Takanashi, S., Yamamoto, S., Okita, Y. Surgical treatment for Kommerell's diverticulum. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 131 (3), 574-578 (2006).
- Agematsu, K., Ueda, T., Hoshino, S., Nishiya, Y. Rupture of Kommerell diverticulum after total arch replacement. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 11 (6), 800-802 (2010).
