Summary
यहां, हम पूर्व के लिए तीन आयामी मुद्रित मॉडल को ऑपरेटिव योजना और जटिल संवहनी स्थानों के अंतर को ऑपरेटिव पुनर्गठन जब एक जंमजात महाधमनी विसंगति हैंडलिंग का उपयोग करने के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं ।
Abstract
जटिल जन्मजात महाधमनी विसंगतियों में विकृतियों के विविध प्रकार शामिल है जो चिकित्सकीय रूप से स्पर्शोन्मुख या श्वसन या घेघा के लक्षणों के साथ उपस्थित हो सकते हैं । इन विसंगतियों अंय जंमजात हृदय रोगों के साथ जुड़ा हो सकता है । यह गणना टोमोग्राफी के रूप में दो आयामी इमेजिंग डेटा, से सटीक शारीरिक पोत स्थान की पहचान करने के लिए कठिन है । एक additive के निर्माण पद्धति के रूप में, तीन आयामी (3-डी) मुद्रण 3 में अधिग्रहीत इमेजिंग डेटा कर सकते है-d शारीरिक मॉडल । यह प्रोटोकॉल volumetric DICOM इमेजिंग को 3-डी डेटा में मॉडलिंग करने और एक anatomically यथार्थवादी 3-डी मॉडल के रूप में मुद्रित करने की प्रक्रिया का वर्णन करता है । इस मॉडल का उपयोग करने से सर्जन जटिल महाधमनी विसंगतियों के पोत स्थान की पहचान कर सकते हैं, जो कि पूर्व-ऑपरेटिव प्लानिंग और इंट्रा-ऑपरेटिव गाइडेंस के लिए मददगार है ।
Introduction
जन्मजात महाधमनी विसंगतियों महाधमनी आर्क प्रणाली के अत्यंत दुर्लभ जन्मजात विकृतियों रहे हैं । वे या तो इमेजिंग विश्लेषण द्वारा या dysphagia या अवजत्रुकी जैसे संस्थाओं के मूल्यांकन द्वारा निदान किया जा सकता है1चोरी । नैदानिक परिदृश्यों में, शल्य चिकित्सा अंतरिक्ष में संरचनात्मक विसंगति की पहचान करने के लिए महत्वपूर्ण है कि सर्जरी के दौरान सीमित दृश्य है2,3. वर्तमान में, पारंपरिक planar दो आयामी (2-डी) इमेजिंग, जैसे गणना टोमोग्राफी (सीटी) और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई), आमतौर पर शल्य चिकित्सा से पहले सर्जनों के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं । हालांकि, यह सर्जन के लिए मुश्किल है 2-डी इमेजिंग पर आधारित विसंगति छवि । नतीजतन, वे अप्रत्याशित कठिनाइयों का सामना करते हुए सर्जरी के दौरान जटिल महाधमनी जहाजों अलग करने की कोशिश कर सकता है । पोत को अप्रत्याशित चोट, श्वासनली और घेघा हो सकता है और विनाशकारी परिणामों में परिणाम ।
पिछले दशक में, 3 डी इमेजिंग मॉडलिंग हृदय शल्य चिकित्सा में इस्तेमाल किया गया है सर्जनों मदद जटिल शारीरिक विसंगति4,5,6,7समझते हैं । तीन आयामी (3-डी) मुद्रण प्रौद्योगिकी मदद कर सकता है एक भौतिक मॉडल में मॉडलिंग डेटा परिवर्तित । डिजिटल पुनर्निर्माण के साथ तुलना में, 3-डी मुद्रित शारीरिक मॉडल संरचनात्मक विवरण की एक बेहतर समझ मौजूद है और कुरूपता का एक अंतर्ज्ञान दृश्य प्रदान कर सकता है । महाधमनी विसंगति शल्य चिकित्सा के लिए, मुद्रित अंतर्ज्ञान 3 डी मॉडल महत्वपूर्ण है क्योंकि महाधमनी स्थानों के गरीब समझ रोगियों को विनाशकारी हो सकता है । सर्जरी के दौरान, कोई भी गलती अप्रत्याशित रक्तस्राव और चोट का कारण बन सकती है । मुद्रित मॉडलों का प्रयोग, सर्जन पूरी तरह से महाधमनी शाखाओं के स्थानिक रिश्तों को समझ सकते हैं । सर्जरी के दौरान, सर्जन भी जटिल संवहनी स्थानों के भ्रम से बचने के लिए 3-डी मॉडल की वास्तविक समय की समीक्षा प्रदर्शन कर सकते हैं ।
यहां, हम जन्मजात महाधमनी रोगों से निपटने के दौरान पूर्व-ऑपरेटिव प्लानिंग और इंट्रा-ऑपरेटिव गाइडेंस के लिए 3-डी प्रिंटेड मॉडल लागू करने के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं । Kommerell का diverticulum, एक प्रकार का जटिल जन्मजात महाधमनी विसंगति, एक केस स्टडी के रूप में चुना गया । चरणों में गणना टोमोग्राफी एंजियोग्राफी (CTA) इमेजिंग, ब्याज के क्षेत्र का विभाजन, 3-डी मॉडल, शल्य चिकित्सा योजना, और 3-डी मुद्रित मॉडल8के इंट्रा-ऑपरेटिव समीक्षा के आधार पर निदान शामिल हैं । यह 3 डी मुद्रण रणनीति काफी हद तक सर्जरी के दौरान अप्रत्याशित ऊतक चोट के जोखिम को कम कर सकता है ।
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Protocol
वर्तमान अध्ययन को Zhongshan हॉस्पिटल फुदन यूनिवर्सिटी (B2016-142R) की एथिक्स कमेटी द्वारा अनुमोदित किया गया और सभी प्रतिभागियों ने अपनी कुशलक्षेम सहमति दी.
1. लक्षण और इमेजिंग डेटा के अधिग्रहण के द्वारा महाधमनी विसंगति का निदान
- रोगियों को जो सीने में दर्द, dysphagia, या बाहर रोगी क्लिनिक में ऊपरी अंगों के एक रक्तचाप के अंतर के रूप में लक्षण है की पहचान करें । रोगियों को जो आपरेशन के असहिष्णु हो सकता है बाहर निकालें ।
- Kommerell के diverticulum8का निदान करने के लिए इन मरीजों में सीटी एंजियोग्राफी परफॉर्म करें ।
2. ब्याज के क्षेत्र का विभाजन
- एक DICOM प्रारूप में सॉफ्टवेयर में सभी सीटी एंजियोग्राफी छवियों को आयात करें । इन छवियों का संकल्प ५१२ × ५१२ पिक्सल था, और टुकड़ा मोटाई 1 मिमी थी ।
- केस लाइब्रेरी से मरीज का केस डबल क्लिक करें और उसे खोलें ।
- चुनें DICOM श्रृंखला और क्लिक करें मॉडल टोह मॉडल टोह पृष्ठ खोलने के लिए ।
- एक इंजीनियर और कार्डियक सर्जन की एक टीम है DICOM स्वरूपित रॉ डेटा की समीक्षा करने के लिए कुंजी शारीरिक सुविधाओं और ब्याज के क्षेत्र (रॉय) की पहचान ।
- ROI को सेगमेंट में धूसर मूल्य-आधारित थ्रेशोल्ड का उपयोग करें.
- थ्रेशोल्ड विभाजन बटन पर क्लिक करें और नाड़ी मास्क के लिए सीमा सीमा को समायोजित । डिफ़ॉल्ट श्रेणी २२६ से ३०७१ के बीच है ।
- थ्रेशोल्ड सेगमेंट के लिए पुष्टि करें बटन पर क्लिक करके और संवहनी मास्क ऑब्जेक्ट सूची में दिखाई देगा. मुखौटा के दाईं ओर से टोह बटन पर क्लिक करें और 3-डी संवहनी मुखौटा खंगाला जाएगा और 3-डी दर्शक में दिखाया गया है ।
- थ्रेशोल्ड विभाजन बटन पर क्लिक करें और श्वासनली मास्क के लिए थ्रेशोल्ड सीमा को समायोजित । मध्यावकाश और फेफड़ों के लिए रुचि के क्षेत्र को सीमित करने के लिए मार्की विभाजन बटन पर क्लिक करें । डिफ़ॉल्ट श्रेणी-१०२४ से-५२० के बीच है ।
- मुखौटा संपादन बटन क्लिक करें और श्वासनली और फेफड़ों के बीच कनेक्शन मिटा ।
- क्षेत्र के विकास बटन पर क्लिक करें और 2-डी दर्शकों में से किसी एक में मुखौटा पर किसी भी बिंदु/पिक्सेल पर क्लिक करके एक बीज चुनें । जाँच करें और क्षेत्र परिणाम के रूप में बढ़ता है कि की पुष्टि करें, और श्वासनली मास्क ऑब्जेक्ट सूची में दिखाई देगा ।
- मास्क के दाईं ओर स्थित टोह बटन पर क्लिक करें, और 3-डी श्वासनली को ३-डी व्यूअर में खंगाला जाएगा ।
- 3-डी पुनर्निर्माण के लिए लागत मास्क के रूप में सहेजें ।
3. रॉय के 3-डी पुनर्निर्माण
- 3-डी मॉडल की सतह जाल की गणना करने के लिए ग्रे मूल्य इंटरपोलन एल्गोरिथ्म को अपनाने । सतह एक त्रिकोण मुखौटा के सबसे voxels मैच के लिए बनाओ ।
- 3-डी मॉडल को एक STL फ़ाइल के रूप में निर्यात करने के लिए निर्यात करें बटन क्लिक करे ।
- मॉडल को भवन मंच के केंद्र पर रखें । ओरिएंट ने अपने चरम पर पोत centerline के स्पर्श को संरेखित करके मॉडल को निर्माण मंच के जेड अक्ष के समानांतर किया । समर्थन स्वचालित रूप से डिफ़ॉल्ट पैरामीटर्स का उपयोग करते हुए हैंगर करने के लिए जनरेट किया गया है ।
- स्लाइस पर क्लिक करें | 3-डी मुद्रण के लिए तैयार फ़ाइल के रूप में सहेजने के लिए सहेजें ।
4.3-डी मुद्रण
- 3-डी प्रिंटर के साथ stereolithographic मुद्रण निष्पादित करें । निम्नलिखित मापदंडों का उपयोग करें: 1 मिमी का एक टुकड़ा दूरी, ५१२ × ५१२ पिक्सल का एक प्रस्ताव, ०.१ मिमी की एक इमारत परत मोटाई, और ८० माइक्रोन की एक लेजर स्पॉट व्यास.
- ४०५ एनएम पर पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करने के लिए सॉफ्टवेयर से कटा हुआ आकृति स्कैनिंग द्वारा सहज राल कठोर । पराबैंगनी प्रकाश लेजर गति 3 मी ।
नोट: जब डिजिटल 3-डी मॉडल का एक टुकड़ा बनाया गया था, भवन मंच अगले स्लाइस के लिए ०.१ mm ऊपर चला गया । भौतिक मॉडल परत द्वारा परत बनाया गया था । अगली परत पिछली परत के शीर्ष पर बनाई गई थी । 3-डी फिजिकल मॉडल को इस तरह से लेयर द्वारा लेयर बनाया गया था ।
5. प्री-ऑपरेटिव प्लानिंग और 3-डी प्रिंटेड मॉडलों का उपयोग करके Intraoperative समीक्षा
- सर्जरी से पहले, सर्जन 3-डी मुद्रित मॉडल सीखने के द्वारा प्रत्येक रोगी के लिए विस्तृत और सटीक शल्य चिकित्सा योजना बना है ।
- सर्जरी के दौरान, ऑपरेशन रूम में 3-डी प्रिंटेड मॉडल्स को रखें और एक नर्स ने उन्हें पकड़ रखा है । शारीरिक विवरण सर्जन द्वारा संवहनी स्थान और जुदाई के दौरान की समीक्षा की गई ।
नोट: सर्जिकल उपचार diverticulum की लकीर और महाधमनी शाखाओं के पुनर्निर्माण शामिल थे । गर्भवती बुना पॉलिएस्टर ट्यूब भ्रष्टाचार प्रतिच्छेदित महाधमनी1,2,3,9की जगह लागू किया गया था. सभी मरीजों को सर्जरी के बाद कार्डियक सर्जरी गहन देखभाल इकाई को भेजा गया ।
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Representative Results
सीटी एंजियोग्राफी छवियों, डिजिटल मॉडलिंग और 3-डी प्रिंटिंग का अधिग्रहण सभी एक अस्पताल में किया गया । 3-डी प्रिंटिंग के लिए तैयार सीटी एंजियोग्राफी इमेज से 3-डी मॉडल पाने के लिए दो घंटे का समय खर्च किया गया । प्रक्रिया और 3-डी प्रिंटर यहां का उपयोग कर, एक रोगी विशेष 3 डी शारीरिक मॉडल चिकित्सकों के लिए जल्दी से भेजा जा सकता है और शल्य निर्णय समय में किया जा सकता है । सीटी एंजियोग्राफी डेटा के अधिग्रहण से कार्यप्रवाह 3-डी मुद्रण के लिए चित्रा 1में दिखाया गया था । कोरोनरी विमान (चित्रा 2a) से, अनुप्रस्थ विमान (चित्रा 2बी) और sagittal विमान (चित्रा 2c), सीटी एंजियोग्राफी छवि एक 3 डी मॉडल (चित्रा 2d) में खंगाला गया था । महाधमनी और सांस के बीच शारीरिक संबंध Y-अक्ष के साथ प्रदर्शित किया गया था (आंकड़ा3 डी) ।
चित्र 1. कार्यप्रवाह सीटी एंजियोग्राफी से 3-डी मॉडल के लिए इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें कृपया ।
चित्र 2. राज्याभिषेक विमान में सीटी एंजियोग्राफी डेटा की प्रोसेसिंग (ए), अनुप्रस्थ विमान (बी) और sagittal विमान (सी) । (घ) खंगाला गया सीटी एंजियोग्राफी डाटा प्राप्त किया गया. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 3. खंगाला 3-डी महाधमनी और श्वासनली मॉडल के साथ प्रदर्शित किया गया था Y-अक्ष में राज्याभिषेक विमान (A), अनुप्रस्थ विमान (B) और sagittal विमान (C) । (घ) खंगाला गया सीटी एंजियोग्राफी डाटा प्राप्त किया गया. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
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Discussion
जन्मजात महाधमनी विसंगतियों हृदय रोगों, जो अक्सर जटिल महाधमनी विसंगतियों को दिखाने के एक दुर्लभ स्पेक्ट्रम शामिल हैं । मेडिकल इमेजिंग, जैसे सीटी और एमआर, जटिल महाधमनी आर्क विसंगतियों, असामान्य बंटी पैटर्न, श्वासनली और घेघा, और अन्य जुड़े विकृतियों के साथ उनके संबंध स्पष्ट करने के लिए आवश्यक हैं । सीटी और एमआर एंजियोग्राफी दोनों ही महाधमनी पोत स्थानों की 2-डी जानकारी प्रदान कर सकते हैं । 2-डी इमेजिंग के 3-डी डिजिटल पुनर्निर्माण के साथ, महाधमनी जहाजों के संरचनात्मक संबंधों को आगे परिभाषित किया जा सकता है । हालांकि, यह सर्जनों के लिए यथार्थवादी संरचनात्मक संरचना का एक स्पष्ट दृष्टिकोण प्रदान करने के लिए पर्याप्त नहीं है । Kommerell की diverticulum, एक दुर्लभ जन्मजात महाधमनी विसंगति, इस रोग की परिवर्तनशीलता और जटिलता के कारण कुछ सर्जनों के लिए समझना मुश्किल है1. इसलिए, इस रोग के शल्य चिकित्सा प्रबंधन को अनुकूलित करने की जरूरत है ।
यहां वर्णित कार्यप्रवाह में इमेजिंग डेटा के आधार पर निदान, ब्याज के क्षेत्रों का विभाजन, डिजिटल 3-डी मॉडल का निर्माण, 3-डी मॉडल, प्री-ऑपरेटिव योजना और intraoperative समीक्षा शामिल है । सीटी सर्जरी से पहले महाधमनी विसंगतियों के निदान के लिए एक आम इमेजिंग मोडल है । अपने मिलीमीटर और उत्कृष्ट स्थानिक संकल्प के कारण, सीटी सामान्यतः 3-डी मुद्रण के लिए प्रयोग किया जाता है । हालांकि श्री छवियों को भी कुछ मामलों में 3 डी मॉडलिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, श्री के स्थानिक संकल्प सीटी की तुलना में आम तौर पर कम है । सीटी डेटासेट के आधार पर, सेगमेंट एक रोगी-विशिष्ट डिजिटल 3-डी मॉडल में ROI की संरचनात्मक जानकारी को परिवर्तित कर सकता है । DICOM डेटा के स्रोत, विसंगति की जटिलता, और सॉफ्टवेयर के साथ ऑपरेटर अनुभव बहुत छवि विभाजन के लिए आवश्यक समय को प्रभावित कर सकते हैं । इसके अलावा, सर्जन भी विभाजन प्रक्रिया में रॉय के विकल्प का मार्गदर्शन करने के लिए आवश्यक हैं । इसलिए, एक सर्जन, radiologists और इंजीनियरों को शामिल टीम को कुशल प्रदर्शन के लिए सर्जरी से पहले एक चर्चा है मिलते हैं । तेजी से निदान और अस्पताल में मुद्रण रोगियों के लिए समय बचा सकते हैं, विशेष रूप से जो लोग एक आपात विच्छेदन या10टूटना से पीड़ित के लिए । इसलिए, एक में अस्पताल 3 डी मुद्रण प्रयोगशाला कुशल कार्यप्रवाह के लिए स्थापित किया जा करने के लिए आवश्यक है ।
अध्येता और निवासियों के लिए, यहां तक कि सर्जनों जो जटिल महाधमनी विसंगति पर सर्जरी करने के लिए कुछ अनुभव है भाग लेने के लिए, एक मुद्रित 3-डी मॉडल में मदद करने के लिए जटिल विषमता को समझने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । एक मुद्रित मॉडल 3 डी वास्तविक संरचनात्मक नमूनों के लिए आसान पहुँच के लिए एक मूल्यवान शिक्षण और प्रशिक्षण उपकरण है और सीखने की अवस्था समतल मदद करते हैं । वे भी पूर्व ऑपरेटिव परामर्श के दौरान रोगियों और उनके परिवारों के साथ संचार के लिए एक प्रभावी उपकरण के रूप में सेवा कर सकते हैं ।
हालांकि भौतिक मुद्रित 3-डी मॉडल सर्जनों के लिए सहज रूप से विसंगति को समझने के लिए उपयोगी है, यह भी सर्जन मॉडल पर नियोजित आपरेशन अभ्यास करने की अनुमति सकता है । इसलिए, 3-डी मुद्रण में उपंयास सामग्री प्राकृतिक ऊतक की नकल करने के लिए लागू किया जाना चाहिए । सामूहिक रूप से, मुद्रित 3-डी मॉडल रोगी की जटिल महाधमनी एनाटॉमी को देखने और समझने का एक अंतर्ज्ञानी साधन प्रदान करता है । यह Kommerell के diverticulum के लिए एक व्यक्तिगत शल्य प्रक्रिया निर्धारित करने और चोट के संभावित जोखिम को कम करने में मदद कर सकते हैं ।
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Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
लेखक चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (no. ८१७७१९७१), शंघाई Pujiang कार्यक्रम (सं. 14PJD008 और 17PJ1401500), "चेन Guang" परियोजना शंघाई नगर निगम शिक्षा आयोग और शंघाई शिक्षा द्वारा समर्थित से धन स्वीकार विकास फाउंडेशन (सं. 14CG06), शंघाई के प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (१७४११९६२८०० नग और 17ZR1432900), और शंघाई नगरपालिका (17JC1400200) के विज्ञान और प्रौद्योगिकी आयोग । W.Z. चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन से धन स्वीकार करता है (३१५०१५५५ और ८१७७२००७, और २१७३४००३), चीन के १००० युवा प्रतिभा कार्यक्रम, शंघाई नगर पालिका के शिक्षा आयोग (युवा पूर्वी प्रोफेसर पुरस्कार), और विज्ञान और शंघाई नगर पालिका के प्रौद्योगिकी आयोग (17JC1400200 और १६३९१९०३९००) ।
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
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