Summary
Burada, üç boyutlu yazdırılan model pre-operative planlama ve karmaşık vasküler yerlerin intraoperatif yeniden yapılanma için bir Konjenital Aort anomali işlerken kullanmak için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Karmaşık Konjenital Aort anomaliler klinik olarak asemptomatik veya solunum veya özofagus belirtiler ile mevcut olabilir malformasyonlar çeşitli türleri vardır. Bu anomalileri diğer konjenital kalp hastalıkları ile ilişkili olabilir. Bilgisayarlı tomografi gibi iki boyutlu görüntüleme verileri doğru anatomik gemi konumdan tanımlamak zordur. Bir katkı üretim yöntemi olarak üç boyutlu (3-b) baskı olabilir gizli alınan görüntüleme verileri 3-b fiziksel modeller. Bu iletişim kuralı 3-b veri görüntüleme ve anatomik olarak gerçekçi bir 3B model olarak yazdırmak üçboyutlu DICOM modelleme ile ilgili yordamı açıklamaktadır. Bu modeli kullanarak, cerrahlar pre-operative planlama ve intraoperatif rehberlik için yararlı olduğu karmaşık aort anomaliler, gemi konumunu belirleyebilirsiniz.
Introduction
Aort sisteminin son derece nadir konjenital malformasyonlar Konjenital Aort anomaliler vardır. Analiz görüntüleme veya varlıklar disfaji gibi değerlendirilmesi tarafından teşhis edilebilir ya da subklavyan çalmak1. Klinik senaryolarda, görselleştirme cerrahi2,3sırasında sınırlı olan sınırlı cerrahi alan anatomik anomali belirlemek önemlidir. Şu anda, geleneksel düzlemsel iki boyutlu (2B) görüntüleme, bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG), gibi genellikle sunulmaktadır ameliyattan önce cerrahlar için. Ancak, 2B görüntüleme dayalı anomali görüntüye cerrahlar zordur. Sonuç olarak, öngörülemeyen sorunlar karmaşık aort damarları ameliyat sırasında ayırmak çalışırken karşılaşabileceğiniz. Gemi, trakea ve yemek borusu öngörülemeyen yaralanma meydana ve felaket sonuçlar neden olabilir.
Son on yılda, 3-D görüntüleme modelleme kalp cerrahisi cerrahlar karmaşık anatomik anomali4,5,6,7anlamak yardımcı olmak için kullanılmıştır. Üç boyutlu (3-b) baskı teknolojisi fiziksel bir modeli olarak modelleme verileri dönüştürmek yardımcı olabilir. Dijital yeniden yapılandırma ile karşılaştırıldığında, 3-b yazdırılan fiziksel modeller anatomik ayrıntılarını daha iyi bir anlayış sunmak olabilir ve malformasyonu başta bir görünümünü sağlar. Aort anomali ameliyat için yazdırılan başta 3B modelin aort mekanlar zavallı anlayış çok hastalara kötü olabilir çünkü önemlidir. Ameliyat sırasında herhangi bir hata öngörülemeyen kanama ve yaralanma için neden olabilir. Yazdırılan modelleri kullanarak, cerrahlar tam olarak aort dalları uzamsal ilişkiler anlayabiliyorum. Ameliyat sırasında cerrahlar da karmaşık vasküler yerlerin karışıklığı önlemek için 3-b modellere gerçek zamanlı Dergisi'nin gerçekleştirebilirsiniz.
Burada, pre-operative planlama ve Konjenital Aort hastalıkları ile ilgili sırasında intraoperatif rehberlik için 3-b yazdırılan modelleri uygulamak için bir iletişim kuralı mevcut. Kommerell'ın divertikülü, karmaşık Konjenital Aort anomali, bir tür bir vaka çalışması olarak seçildi. Imaging, faiz bölgelerinde bölümleme, 3-b modellere, ameliyat öncesi cerrahi planlama ve 3-b yazdırılan modelleri8intraoperatif gözden geçirme bina bilgisayarlı tomografi anjiyo üzerinde (CTA) tabanlı tanı adımlar içerir. Bu 3-b yazdırma strateji ameliyat sırasında öngörülemeyen doku yaralanma riskini önemli ölçüde azaltabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu da çalışmanın Zhongshan Hastane Bund'a Üniversitesi (B2016-142R) Etik Komitesi tarafından kabul edildi ve tüm katılımcılar kendi onay verdi.
1. aort anomali belirtiler ve veri görüntüleme kazancın tanısında
- Out-hasta klinik belirtiler göğüs ağrısı, disfaji veya kan basınç farkı üst ekstremite gibi hastalar tanımlayın. Hastalar operasyon hoşgörüsüz olabilir hariç.
- BT anjiyografi Kommerell'ın divertikülü8tanılamak için bu hastalarda gerçekleştirin.
2. ilgi bölgelerin segmentasyon
- Tüm BT anjiyografi görüntüleri bir DICOM formatında yazılım alın. Bu görüntülerin çözünürlüğünü 512 × 512 piksel ve dilim kalınlığı 1 mm.
- Hasta durumda servis talebi kitaplığından çift tıklatın ve açın.
- DICOM serisi seçin ve Modeli Recon model keşif sayfa açmak için tıklatın.
- Bir mühendis var ve kalp cerrahları İnceleme DICOM bir takım temel anatomik özellikleri ve bölge ilgi (YG) belirlemek için ham veri biçimlendirilmiş.
- Gri eşik değer temelli yatırım getirisi segmentlere ayırmak için kullanın.
- Eşik segmentasyon düğmesini tıklatın ve vasküler maskesi için eşik aralığı ayarlayın. 226-3071 arasında varsayılan aralığıdır.
- Eşik segmentasyon Onayla düğmesini tıklatın ve vasküler maskesi nesne listesinde görünür. Maske ve 3-b vasküler maskesi sağdan Recon düğmesini yeniden ve 3B görüntüleyicide gösterilir.
- Eşik segmentasyon düğmesini tıklatın ve trakea maskesi için eşik aralığı ayarlayın. Bölge, mediasten ve akciğer sınırlamak için seçim çerçevesi segmentasyon düğmesini tıklatın. -1024-520 için varsayılan aralığı arasındadır.
- Maske Düzenle düğmesini tıklatın ve trakea ve akciğer arasındaki bağlantıyı silebilirsiniz.
- Bölge Büyüt düğmesini tıklatın ve bir tohum herhangi bir nokta/piksel maskesi 2-B izleyiciler herhangi birinde, tıklatarak seçin. Kontrol ve bölge sonucu olarak büyür ve trakea maskesi nesne listesinde görünür onayla.
- Maskeyi sağındaki Recon düğmesini tıklatın ve 3-b trakea 3B görüntüleyicide yeniden olabilir.
- 3-b yeniden inşası için maskeler olarak yatırım getirisi kaydedin.
3. 3-b ROI inşası
- 3B modelin yüzey mesh hesaplamak için gri değeri ilişkilendirme algoritması benimsenmesi. Yüzey maskesinin dıştaki voxels eşleştirmek için bir üçgen olun.
- 3B modelin bir STL dosyaları olarak dışa aktarmak için Dışa Aktar düğmesini tıklatın.
- Model yapı platformu ortasına yerleştirin. Model gemi Merkez Bina platform Z eksenine paralel olmak onun ekstremite, tanjantını hizalayarak gelecek şekilde yönlendirin. Destekler otomatik olarak ve varsayılan parametrelerle çıkıntılar üretildi.
- Dilim tıklatın | 3-b yazdırma için hazır bir dosya olarak kaydetmek için Kaydet .
4. 3-b yazdırma
- 3-b bir yazıcı ile yazdırma stereolithographic gerçekleştirin. Aşağıdaki parametreleri kullanın: bir dilim mesafe 1 mm, 512 × 512 piksel, bir bina çözünürlüğe katman kalınlığı 0.1 mm ve lazer spot çapı 80 mikron.
- 405 ultraviyole ışık kullanımı kontür tarayarak ışığa duyarlı reçine sertleşmesine nm dilimlenmiş yazılım tarafından. 3 m/s ultraviyole ışık lazer hızıdır.
Not: dijital 3 boyutlu modeli bir dilim inşa edilmiş, bina platform sonraki dilim için 0,1 mm kadar gitti. Fiziksel modeli katman katman inşa edilmiştir. Bir sonraki katman üzerinde önceki katmanı kuruldu. 3-b fiziksel model katman katman bu şekilde inşa edilmiştir.
5. preoperatif planlama ve 3-b yazdırılan modelleri kullanarak intraoperatif gözden geçirme
- Ameliyattan önce cerrahları detaylı yapmak var ve 3-b öğrenme tarafından her hasta için doğru cerrahi planları modelleri yazdırılır.
- Ameliyat sırasında 3-b yazdırılan modelleri işlemi Odaya yerleştirin ve onları bir hemşire var. Anatomik detaylar vasküler konumu ve ayırma sırasında cerrahlar tarafından incelendi.
Not: Cerrahi tedavi divertikülü rezeksiyon ve aort dalları yeniden inşası dahil. Emprenyeli dokuma polyester tüp greft rezeke aort1,2,3,9değiştirmek için uygulandı. Tüm hastalar ameliyattan sonra kalp cerrahisi yoğun bakım ünitesine gönderildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
BT anjiyografi görüntüleri, dijital modelleme ve 3-b yazdırma edinimi bir hastanede yaptı. İki saat 3-b modeli CT anjiografi resimdeki 3-b yazdırma için hazır için harcandı. Burada yordam ve 3-b yazıcı kullanarak, bir hastaya özgü 3-b fiziksel model hekimler için hızlı bir şekilde gönderilebilir ve cerrahi kararı zamanında yapılabilir. Edinimi BT anjiyografi veri akışından 3-b yazdırma için Şekil 1' de gösterildi. Koronal uçak (Şekil 2A), enine uçak (Şekil 2B) ve sagittal düzlem (Şekil 2C), CT anjiyo görüntü bir 3-b modeli (Şekil 2B) olarak yeniden. Trakeal ve aort arasındaki anatomik ilişkiyi y ekseni görüntülenen (Şekil 3A-3D).
Şekil 1. BT anjiyografi iş akışından 3-b modellere Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2. Koronal düzlemde BT anjiyografi veri işleme (A), enine uçak (B) ve sagittal (C) uçak. (D) yeniden oluşturulan BT anjiyografi veri elde edildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3. Yeniden oluşturulan 3-b aort ve trakea modeli koronal uçak (A), enine uçak (B) ve sagittal düzlem (C) y ekseni boyunca görüntülenmiştir. (D) yeniden oluşturulan BT anjiyografi veri elde edildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Konjenital Aort anomaliler kez karmaşık aort anomaliler göster: kalp-damar hastalıkları, nadir bir spektrum oluşturmaktadır. Tıbbi görüntüleme, CT ve MR, gibi karmaşık aort anomaliler aydınlatmak için gereklidir, anormal dallanma desen, trakea ve yemek borusu ile ilişkilerini ve diğer ilgili patolojiler. BT ve MR anjiyografi aort damarı yerlerin 2B bilgiler sağlar. Dijital 3-b 2-B görüntüleme inşası ile aort damarları anatomik ilişki daha da tanımlanabilir. Ancak, cerrahlar için gerçekçi anatomik yapısı açık bir görünümünü sağlamak yeterli değildir. Kommerell'ın divertikülü, nadir konjenital aort anomali, değişkenliği ve bu hastalığı1karmaşıklığı nedeniyle bazı cerrahlar için anlaşılması zordur. Bu nedenle, bu hastalığın cerrahi yönetimi optimize edilmiş olması gerekir.
Burada açıklanan iş akışı tabanlı veri görüntüleme, faiz bölgelerinde bölümleme, dijital 3 boyutlu modeller oluşturmak, 3-b modellere, ameliyat öncesi planlama ve intraoperatif gözden geçirme yazdırma üzerinde tanı içerir. CT ameliyattan önce aort anomaliler tanısı için ortak bir görüntüleme yöntemidir çünkü. Submillimeter ve mükemmel uzaysal çözünürlük nedeniyle CT genellikle 3-b yazdırmak için kullanılır. Bay görüntüleri de bazı durumlarda 3 boyutlu modelleme için kullanılabilir olsa da, Bay Uzaysal Çözünürlük CT veri kümeleri üzerinde genellikle CT Based daha düşük, segmentasyon ROI anatomik bilgi bir hastaya özgü dijital 3 boyutlu modeli olarak dönüştürebilirsiniz. DICOM veri kaynağı, anomali ve operatör deneyim ile belgili tanımlık bilgisayar yazılımı görüntü segmentasyonu için gereken süreyi büyük ölçüde etkileyebilir. Ayrıca, cerrahlar de segmentasyon yordamdaki ROI seçiminde rehberlik gereklidir. Bu nedenle, cerrahlar, radyologlar ve mühendisleri ile ilgili bir takım tanışın verimli performans için ameliyattan önce bir tartışma için. Hızlı tanı ve hastane yazdırma hastalar, özellikle için o kim acil bir diseksiyon acı için zaman kazanmak veya10rüptürü. Bu nedenle, bir hastane 3-b yazdırma laboratuvarı verimli iş akışı için kurulacak gereklidir.
Arkadaşlarının ve sakinleri üzerinde karmaşık aort anomali, ameliyat için birkaç deneyimleri var. cerrahlar katılıyor için bile, yazdırılan bir 3-b modeli karmaşık anormallik anlamanıza yardımcı olmak için kullanılabilir. 3-b bir değerli öğretim ve eğitim aracı için kolay bir basılı modeli gerçek anatomik numuneler için erişmek ve öğrenme eğrisi dümdüz yardımcı olur. Onlar da danışmanlık ameliyat öncesi sırasında hastalar ve aileleri ile iletişim için etkili bir araç olarak hizmet verebilir.
Fiziksel yazdırılan 3B modelin anomali sezgisel anlamak cerrahlar için yararlı olsa da, aynı zamanda cerrahlar modeli planlı işlemi uygulamaya olanak verebilir. Bu nedenle, yeni malzemeler doğal doku taklit etmek için 3-b baskıda uygulanmalıdır. Toplu olarak, yazdırılan 3-b modeli ile ilgilenen ve hastanın karmaşık aort anatomi anlama, başta bir yol sağlar. Kommerell'ın divertikülü için kişiselleştirilmiş bir cerrahi işlem belirlemek ve yaralanma potansiyel riskini azaltmaya yardımcı olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin'den (No. 81771971), Shanghai Pujiang programı (No 14PJD008 ve 17PJ1401500), Şangay Belediye Eğitim Komisyonu ve Shanghai eğitim tarafından desteklenen "Chen Guang" proje finansman yazarlar kabul Kalkınma Vakfı (No. 14 CG 06), Doğa Bilimleri kuruluşu Shanghai (NOS 17411962800 ve 17ZR1432900) ve bilim ve Teknoloji Komisyonu Shanghai Belediyesi (17JC1400200). W.Z. kabul eder Ulusal Doğal Bilim Vakfı, Çin'den (31501555 ve 81772007 ve 21734003), Çin'in 1000 genç yetenek programı, Shanghai Belediyesi (Genç Doğu profesörlük Ödülü) ve Bilim Eğitim Komisyonu finansman ve Teknoloji Komisyonu Shanghai Belediyesi (17JC1400200 ve 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).
