Summary
여기, 우리는 선 천 성 대동맥 예외를 처리할 때 수술 계획 및 복잡 한 혈관 위치의 내부 요원 개편에 대 한 3 차원 인쇄 모델을 사용 하는 프로토콜을 제시.
Abstract
복잡 한 선 천 성 대동맥 변칙 기형의 임상적으로 무 증상 또는 호흡기 나 식도 증상으로 될 수 있는 다양 한 유형이 포함 됩니다. 이러한 예외는 다른 선 천 성 심장 질환과 관련 있을 수 있습니다. 컴퓨터 단층 촬영 등의 2 차원 영상 데이터에서 정확한 해부학 선박 위치를 식별 하는 것이 어렵다. 첨가제 제조 방법으로 3 차원 (3 차원) 인쇄 3 차원 물리 모델에 은밀 하 게를 수집 된 영상 데이터를 수 있습니다. 이 프로토콜 3 차원 데이터 이미징 및 해부학 현실적인 3 차원 모델로 서 인쇄 체적 DICOM 모델링 절차를 설명 합니다. 이 모델을 사용 하 여, 외과 식별할 수 있습니다 복잡 한 대동맥 예외의 선박 위치는 수술 계획 및 내부 요원 안내에 대 한 도움이 됩니다.
Introduction
선 천 성 대동맥 예외는 극히 드문 선 천 성 기형 대동맥 아치 시스템의. 그들은 이미징 분석 또는 부전 실어증 같은 단체의 평가 의해 진단 될 수 있습니다 또는 하 도용1. 임상 시나리오에서는 수술2,3중 시각화 제한 된 좁은 수술 공간에서 해 부 변칙을 식별 하는 것이 중요입니다. 현재, 기존의 평면 2 차원 (2 차원) 영상, 컴퓨터 단층 촬영 (CT), 자기 공명 영상 (MRI), 등 일반적으로 외과 수술을 하기 전에 제공 됩니다. 그러나, 2 차원 영상에 따라 예외를 이미지를 외과 대 한 어렵습니다. 따라서, 그들은 수술 하는 동안 복잡 한 대동맥 혈관을 분리 하는 동안 예측할 수 없는 문제가 발생할 수 있습니다. 선박, 기도 식도를 예측할 수 없는 부상 발생 하 고 비참 한 결과에 결과 수 있습니다.
지난 10 년간, 3 차원 이미징 모델링 이해 복잡 한 해 부 변칙4,5,,67외과 수 있도록 심장 수술에서 사용 되었습니다. 3 차원 (3 차원) 인쇄 기술 실제 모델에 모델링 데이터를 변환할 수 있습니다. 디지털 개조와 비교 하면, 3 차원 인쇄 실제 모델 해 부 세부 사항을의 더 나은 이해를 제시 수 고 흉한의 직관적인 보기를 제공 합니다. 대동맥 변칙 수술에 대 한 인쇄 된 직관적인 3 차원 모델은 대동맥 위치의 빈약한 이해 환자에 게 재앙이 될 수 있기 때문에 중요 한. 수술 하는 동안 어떤 실수 예측할 수 없는 출혈과 손상 발생할 수 있습니다. 인쇄 된 모델을 사용 하 여, 외과 대동맥 분 지의 공간 관계를 완벽 하 게 이해할 수 있다. 수술 중 외과 의사는 복잡 한 혈관 위치의 혼동을 피하기 위해 3 차원 모델의 실시간 검토를 수행할 수도 있습니다.
여기, 우리가 현재 수술 계획 및 선 천 성 대동맥 질환을 다루는 동안 내부 요원 안내에 대 한 3 차원 인쇄 모델을 적용 하는 프로토콜. Kommerell의 계실, 복잡 한 선 천 성 대동맥 변칙, 유형의 사례 연구로 선정 되었습니다. 단계 진단 컴퓨터 단층 촬영 혈관 (CTA) 이미징, 관심 영역을 분할 3 차원 모델, 수술 전 수술 계획 및 3 차원 인쇄 모델8의 내부 요원 검토에 따라 포함 됩니다. 이 3 차원 인쇄 전략 실질적으로 수술 하는 동안 예측할 수 없는 조직 상해의 위험을 줄일 수 있습니다.
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Protocol
현재 연구는 중산 병원 복 단 대학 (B2016-142R)의 윤리 위원회에 의해 승인 되었다 그리고 모든 참가자 준 그들의 동의.
1. 증상 및 영상 데이터의 수집에 의해 대동맥 변칙의 진단
- 외래 환자 클리닉 가슴 통증, 부전 실어증, 또는 위 사지의 혈압 차이 등의 증상이 있는 환자를 식별 합니다. 작업의 관용 수 있습니다 누가 환자를 제외 합니다.
- Kommerell의 계실8진단이 환자에서 CT angiography를 수행 합니다.
2입니다. 관심 영역 세분화
- DICOM 형식으로 소프트웨어에 모든 CT angiography 이미지를 가져옵니다. 이러한 이미지의 해상도 512 × 512 픽셀, 그리고 슬라이스 두께 1 m m 이었다.
- 대 도서관에서 환자의 경우 두 번 클릭 하 고 그것을 엽니다.
- DICOM 시리즈를 선택 하 고 모델 정찰 정찰 모델 페이지를 열려면 클릭 합니다.
- 엔지니어 그리고 심장 외과 의사 검토는 DICOM의 팀 형식의 원시 데이터를 주요 해부학 기능과 관심 (ROI)의 지역.
- 회색 값 기반 임계 처리를 사용 하 여 투자 수익 세그먼트를.
- 임계값 분할 버튼을 클릭 하 고 혈관 마스크에 대 한 임계값 범위 조정. 기본 범위는 226 3071입니다.
- 임계값 세분화에 대 한 확인 단추를 클릭 하 고 혈관 마스크 개체 목록에 표시 됩니다. 마스크와 3 차원 혈관 마스크의 오른쪽에서 정찰 단추 클릭 재건축 고 3 차원 보기에 표시 됩니다.
- 임계값 분할 버튼을 클릭 하 고 기관지 마스크에 대 한 임계값 범위 조정. mediastinum 및 폐에 관심 영역을 제한 하려면 선택 윤곽 세분화 단추 클릭 합니다. 기본 범위는-520에-1024입니다.
- 마스크 편집 단추를 클릭 하 고 기관지와 폐 사이의 연결을 삭제 합니다.
- 지역 성장 버튼을 클릭 하 고 어떤 포인트/픽셀 2 차원 뷰어 중 하나에서 마스크를 클릭 하 여 씨앗을 선택 합니다. 확인 하 고 확인 지역 결과, 성장 하 고 기관지 마스크 개체 목록에 표시 됩니다.
- 마스크의 오른쪽에 있는 정찰 버튼을 클릭 하 고 3 차원 기도 3 차원 뷰어에서 개축 될 것 이다.
- 3 차원 재구성에 대 한 마스크로 투자 수익을 저장 합니다.
3. 투자 수익의 3 차원 재구성
- 3 차원 모델의 서피스 메쉬를 계산 하려면 회색 값 보간 알고리즘을 채택 한다. 마스크의 가장 바깥쪽 복에 맞게 삼각형 표면 확인 합니다.
- STL 파일로 3 차원 모델을 내보내려면 내보내기 버튼을 클릭 합니다.
- 모델 빌딩 플랫폼의 중앙에 놓습니다. 건물 플랫폼의 Z 축에 평행 하는 말단에 선박 중심선의 탄젠트를 정렬 하 여 모델을 방향을 정하십시오. 지원 기본 매개 변수를 사용 하 여 돌출부를 자동으로 생성 되었습니다.
- 조각 을 클릭 | 3 차원 인쇄 준비 파일을 저장 하려면 저장 을 합니다.
4. 3 차원 인쇄
- 3 차원 프린터 stereolithographic 인쇄를 수행 합니다. 다음 매개 변수를 사용 하 여: 0.1 m m의 두께 80 μ m의 레이저 스폿 직경 1 m m, 512 × 512 픽셀, 건물의 해상도의 슬라이스 거리 레이어.
- 405에서 자외선을 사용 하 여 윤곽선을 스캔 하 여 감광 성 수 지를 강화 하는 nm는 소프트웨어에 의해 슬라이스. 자외선 라이트 레이저 속도 3 m/s입니다.
참고: 디지털 3 차원 모델의 한 조각 건축 되었다 때 건물 플랫폼 다음 슬라이스 0.1 m m 올라 갔다. 물리적 모델 레이어 계층에 의해 건축 되었다. 다음 레이어가 이전 레이어 위에 형성 되었다. 이 방법으로 3 차원 물리적 모델 레이어 레이어 세워 졌습니다.
5. 수술 전 계획 및 3 차원 인쇄 모델을 사용 하 여 자가 검토
- 수술 전에 외과 상세한 게 있고 3 차원 학습 하 여 각 환자에 대 한 정확한 수술 계획 인쇄 모델.
- 수술을 하는 동안 상황 실에서 3 차원 인쇄 모델을 놓고 그들을 잡아 간호사가. 해부학 정보 관 위치와 분리 하는 동안 외과 의사에 의해 검토 되었다.
참고: 수술 치료 포함 계실의 절제술 및 대동맥 분 지의 재건. 임신된 짠된 폴리에스터 튜브 이식 절제 대동맥1,2,,39대체를 적용 했습니다. 모든 환자는 수술 후 심장 수술 집중 치료 단위에 보내졌다.
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Representative Results
모든 병원에서 CT angiography 이미지, 디지털 모델링 및 3 차원 인쇄의 수집 행 해졌다. 2 시간 3 차원 인쇄 준비 CT angiography 이미지에서 3 차원 모델을 얻을에 소비 되었다. 여기 절차 및 3 차원 프린터를 사용, 환자 전용 3 차원 물리적 모델 신속 하 게 의사에 게 보낼 수 있습니다 그리고 수술 결정 시간에 만들 수 있습니다. 3 차원 인쇄 CT angiography 데이터의 수집에서 워크플로 그림 1에 표시 했다. (그림 2A) 코로나 비행기, 가로 평면 (그림 2B), 화살 비행기 (그림 2C)에서 CT angiography 이미지 3 차원 모델 (그림 2D)으로 개축 되었다. 해부학 관계 및 tracheal 대동맥 사이의 y 축을 따라 표시 했다 (그림 3A-3D).
그림 1. 3 차원 모델에 CT 혈관에서 워크플로 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2. 코로나 비행기에 CT angiography 데이터의 처리 (A), 가로 평면 (B)와 화살 비행기 (C). (D)는 재구성 된 CT angiography 데이터 얻은 것입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3. 3 차원 복원된 대동맥 기관지 모델 코로나 비행기 (A), 가로 평면 (B), 화살 비행기 (C) y 축을 따라 표시 됩니다. (D)는 재구성 된 CT angiography 데이터 얻은 것입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
종종 복잡 한 대동맥 예외를 표시 하는 심혈 관 질환의 드문 스펙트럼을 구성 하는 선 천 성 대동맥 변칙. 코네티컷과 미스터, 같은 의료 영상, 복잡 한 대동맥 아치 예외를 명료 하 게 하는 데 필요한, 비정상적인 패턴, 기도와 식도, 그들의 관계를 분기 및 다른 관련 된 병 리. 코네티컷과 미스터 혈관 대동맥 혈관 위치의 2 차원 정보를 제공할 수 있습니다. 2 차원 영상의 3 차원 디지털 재건와 대동맥 혈관의 해부학 적 관계를 더 정의할 수 있습니다. 그러나, 그것은 외과 의사에 대 한 현실적인 해 부 구조의 명확한 보기를 제공 하기에 충분입니다. Kommerell의 계실, 드문 선 천 성 대동맥 변칙, 가변성 및 복잡성이 질병1의 일부 외과 대 한 이해 하기가 어렵습니다. 따라서,이 질병의 외과 관리 최적화가 필요 합니다.
여기에 설명 된 워크플로 데이터를 이미징, 관심 영역을 분할 디지털 3 차원 모델을 생성, 3 차원 모델, 수술 전 계획 및 검토 하는 자가 인쇄에 따라 진단 포함 되어 있습니다. CT는 수술 전에 대동맥 변칙의 진단 위한 일반적인 이미징 적임. Submillimeter 및 우수한 공간 해상도, CT는 3 차원 인쇄에 주로 사용 됩니다. 경우에 따라 3 차원 모델링 씨 이미지를 사용할 수 있습니다, 비록 미스터의 공간 해상도 CT 데이터 집합에 코네티컷 기반으로 보다 일반적으로 낮은, 세분화 환자 전용 디지털 3 차원 모델에 ROI의 해 부 정보를 변환할 수 있습니다. DICOM 데이터의 소스, 예외, 및 소프트웨어와 함께 연산자 경험의 복잡 수 있습니다 크게 영향을 미칠 이미지 세분화에 필요한 시간. 또한, 외과 세그먼트화 절차에서 ROI의 안내 하는 데 필요한 있습니다. 따라서, 외과, 방사선 및 엔지니어 팀 효율적인 성능에 대 한 수술을 하기 전에 토론을 충족. 빠른 진단과 병원에서 인쇄 긴급 해 부에서 고통을 하는 사람들을 위해 특히 환자에 대 한 시간을 절약할 수 또는10파열. 따라서, 병원에서 3 차원 인쇄 연구소 효율적인 워크플로우를 위한 설립 될 필요가 있다.
친구 들과 심지어 복잡 한 대동맥 변칙에 수술을 수행 하기 위해 몇 가지 경험 있는 외과 의사가 참석에 대 한 주민에 대 한 인쇄 된 3 차원 모델 복잡 한 비정상을 이해할 수 있도록 사용 될 수 있습니다. 3 차원은 귀중 한 교육 및 훈련 도구에 대 한 쉽게 인쇄 모델 실제 해 부 표본에 액세스 하 고 학습 곡선을 평평 하 게 하는 데 도움이. 그들은 또한 상담 사전 수술 중 환자와 그들의 가족 통신에 대 한 효과적인 도구가 될 수 있습니다.
실제 인쇄 된 3 차원 모델은 외과 의사는 변칙을 직관적으로 이해 하기 위해 도움이 된다, 하지만 그것은 또한 외과 연습 모델에 계획 된 작업을 허용할 수 있습니다. 따라서, 소설 자료 자연 조직 모방을 3 차원 인쇄에 적용 되어야 한다. 공동으로, 인쇄 된 3 차원 모델 보기 및 환자의 복잡 한 대동맥 해부학을 이해 하는 직관적인 방법을 제공 합니다. 그것은 Kommerell의 계실에 대 한 맞춤된 수술 과정을 결정 하 고 상해의 잠재적인 위험을 줄일 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
저자는 "첸 Guang" 상하이 시 교육 위원회와 상하이 교육 프로젝트 지원 국가 자연 과학 재단의 중국 (No. 81771971), 상하이 푸 프로그램 (No. 14PJD008 및 17PJ1401500)에서 자금 인정 개발 재단 (CG 06 14 호), 상하이 (번 17411962800 및 17ZR1432900), 그리고 과학의 자연 과학 재단 및 상해 자치 제 (17JC1400200)의 기술 위원회. W.Z. 인정 중국의 1000 젊은 재능 프로그램, 상하이 시 (영 동부 교수 수상), 그리고 과학의 교육 위원회는 국가 자연 과학 재단의 중국에서 (31501555 및 81772007, 및 21734003), 자금 및 상하이 시의 기술 위원회 (17JC1400200 및 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).
