यह प्रोटोकॉल एक रोगी विशिष्ट खोपड़ी, मस्तिष्क और ट्यूमर प्रेत के निर्माण का वर्णन करता है। यह मोल्ड बनाने के लिए 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करता है, और पॉलीविनाइल अल्कोहल (पीवीए-सी) ऊतक नकल सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।
प्रेत नैदानिक प्रशिक्षण, शल्य चिकित्सा योजना और उपन्यास चिकित्सा उपकरणों के विकास के लिए आवश्यक उपकरण हैं। हालांकि, यथार्थवादी मस्तिष्क इमेजिंग गुणों के साथ शारीरिक रूप से सटीक सिर प्रेत बनाना चुनौतीपूर्ण है क्योंकि मानक निर्माण विधियों को किसी भी रोगी-विशिष्ट शारीरिक विस्तार को दोहराने के लिए अनुकूलित नहीं किया जाता है और इमेजिंग गुणों के लिए 3 डी प्रिंटिंग सामग्री अनुकूलित नहीं होती है। ब्रेन ट्यूमर सर्जरी के दौरान उपयोग के लिए एक उपन्यास नेविगेशन प्रणाली का परीक्षण और सत्यापन करने के लिए, यथार्थवादी इमेजिंग और यांत्रिक गुणों के साथ एक शारीरिक रूप से सटीक प्रेत की आवश्यकता थी। इसलिए, एक प्रेत इनपुट के रूप में वास्तविक रोगी डेटा का उपयोग करके विकसित किया गया था और मोल्डों की 3 डी प्रिंटिंग एक रोगी-विशिष्ट सिर प्रेत को बनाने के लिए विकसित किया गया था जिसमें अल्ट्रासाउंड और एक्स-रे दोनों के साथ खोपड़ी, मस्तिष्क और ट्यूमर शामिल थे। प्रेत में यांत्रिक गुण भी थे जो प्रेत ऊतक को इसी तरह से हेरफेर करने की अनुमति देते थे कि सर्जरी के दौरान मानव मस्तिष्क के ऊतकों को कैसे संभाला जाता है। एक आभासी ऑपरेटिंग कमरे में एक शल्य चिकित्सा सिमुलेशन के दौरान प्रेत का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया था।
प्रेत निर्माण विधि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सामग्रियों का उपयोग करती है और पुन: पेश करना आसान है। 3 डी प्रिंटिंग फ़ाइलों को आसानी से साझा किया जा सकता है, और तकनीक को कई विभिन्न प्रकार के ट्यूमर को शामिल करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
प्रेत जैविक ऊतकों के विशिष्ट गुणों की नकल करते हैं विभिन्न प्रयोगात्मक और शिक्षण अनुप्रयोगों के लिए एक उपयोगी संसाधन हैं। ऊतक-नकल करने वाले प्रेत अपने नैदानिक उपयोग से पहले चिकित्सा उपकरणों की विशेषता के लिए आवश्यक हैं1,2 और शारीरिक प्रेत का उपयोग अक्सर सभी विषयों3, 4, 5,6,7 में चिकित्सा कर्मचारियों के प्रशिक्षण में कियाजाताहै। रोगी विशिष्ट शारीरिक प्रेत उपयुक्त ऊतक नकल उतार गुणों के साथ बनाया अक्सर परीक्षण वातावरण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है और चिकित्सकों जो एक नए डिवाइस8का उपयोग करने के लिए सीख रहे है के विश्वास को बढ़ा सकते हैं । हालांकि, उच्च विनिर्माण लागत और जटिल निर्माण प्रक्रियाएं अक्सर रोगी-विशिष्ट प्रेत के नियमित उपयोग को बाधित करती हैं। यहां, आसानी से उपलब्ध, वाणिज्यिक सामग्री का उपयोग करके एक टिकाऊ, रोगी-विशिष्ट ब्रेन ट्यूमर मॉडल के निर्माण के लिए एक विधि का वर्णन किया गया है, जिसका उपयोग कंप्यूटरीकृत टोमोग्राफी (सीटी) इमेजिंग का उपयोग करके इंट्राऑपरेटिव अल्ट्रासाउंड (यूएस) के प्रशिक्षण और सत्यापन के लिए किया जा सकता है। इस अध्ययन में वर्णित प्रेत एक वेस्टिब्यूलर श्वानोमा (मस्तिष्क और आंतरिक कान को जोड़ने वाली संतुलन नसों में से एक से उत्पन्न होने वाला सौम्य ब्रेन ट्यूमर) के साथ एक रोगी से डेटा का उपयोग करके बनाया गया था, जिसने बाद में रेट्रोसिग्मोइड सबोसिपिटल क्रैनिओटॉमी10के माध्यम से सर्जरी और ट्यूमर रीसेक्शन किया। इस प्रकार की ब्रेन ट्यूमर सर्जरी के दौरान उपयोग के लिए एक एकीकृत इंट्राऑपरेटिव नेविगेशन प्रणाली का परीक्षण और सत्यापन करने के लिए प्रेत विकसित किया गया था।
आदेश में इस आवेदन के लिए उपयुक्त होने के लिए, ब्रेन ट्यूमर प्रेत के लिए कई प्रमुख गुणों के अधिकारी की जरूरत है । सबसे पहले, यह गैर विषैले सामग्री से बना होना चाहिए, तो यह सुरक्षित रूप से एक नैदानिक प्रशिक्षण वातावरण में इस्तेमाल किया जा सकता है । दूसरा, इसमें यथार्थवादी इमेजिंग गुण होने चाहिए; इच्छित आवेदन के लिए, इनमें विशेष रूप से अल्ट्रासाउंड क्षीणता और सीटी कंट्रास्ट शामिल हैं। तीसरा, इसमें मानव ऊतक के समान यांत्रिक गुण होने चाहिए ताकि इसे उसी तरह से संभाला जा सके। चौथा, प्रेत वास्तविक रोगी डेटा पर आधारित होना चाहिए, ताकि यह शारीरिक रूप से सटीक हो और शल्य चिकित्सा योजना और प्रशिक्षण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । अंत में, उपयोग की जाने वाली सामग्री टिकाऊ होनी चाहिए, ताकि प्रेत का उपयोग बार-बार किया जा सके।
सामान्य तौर पर, प्रेत के लिए चुनी गई ऊतक-नकल सामग्री और निर्माण विधि इच्छित आवेदन पर निर्भर करती है। खोपड़ी जैसी कठोर संरचनाओं के लिए, चुनी हुई संपत्ति को विकृत या पानी में घुलनशील नहीं होना चाहिए और यह बार-बार उपयोग के साथ शारीरिक विस्तार का सटीक स्तर बनाए रखने में सक्षम होना चाहिए; यह प्रयोगों के लिए प्रेत का उपयोग करते समय विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां छवि पंजीकरण का उपयोग किया जाता है और शल्य चिकित्सा सिमुलेशन उद्देश्यों के लिए। गेल मोम जैसे खनिज तेल आधारित सामग्रीअल्ट्रासाउंड9,11, 12और फोटोकौस्टिक13 इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए वादा किया गया है, हालांकि, जब बार-बार यांत्रिक विरूपण के अधीन वे उदासीन हो जाते हैं, इसलिए विशेष रूप से मानक माइक्रोसर्जिकल न्यूरोसर्जरी उपकरणों के साथ विस्तारित उपयोग कासामना नहीं कर सकते हैं। एगर और जिलेटिन जलीय सामग्री हैं जो आमतौर पर ऊतक-नकल करने वाली सामग्रियों के रूप में भी उपयोग की जाती हैं। इन सामग्रियों के ध्वनिक गुणों को समायोजित करने के लिए आवश्यक एडिटिव्स अच्छी तरह से ज्ञात14हैं, लेकिन उनके पास सीमित यांत्रिक शक्ति है और विशेष रूप से टिकाऊ नहीं हैं इसलिए इस आवेदन के लिए उपयुक्त नहीं हैं, जहां प्रेत को बार-बार संभालने की आवश्यकता होती है।
पॉलीविनाइल अल्कोहल क्रायोगेल (पीवीए-सी) ऊतक-नकल करने वाली सामग्री का एक लोकप्रिय विकल्प है, क्योंकि इसके ध्वनिक और यांत्रिक गुणों को आसानी से अपने फ्रीज-गल चक्रों को अलग करके ट्यून किया जा सकता है। यह दर्शाया गया है कि पीवीए-सी के गुण15 , 16, 17,18तक मुलायम ऊतकों के समान हैं . अल्ट्रासाउंड और सीटी इमेजिंग19के लिए पीवीए-सी आधारित मस्तिष्क प्रेत का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है । सामग्री का उपयोग बार-बार करने के लिए पर्याप्त मजबूत है, और इसमें उच्च स्तर की लोच है, इसलिए पीवीए-सी से बने प्रेत ऊतक को स्थायी रूप से विकृत किए बिना हेरफेर किया जा सकता है। पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) एक आसानी से उपलब्ध कठोर सामग्री है और खोपड़ी के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया गया था, हालांकि, पीएलए के स्थान पर एक अलग प्रिंटिंग सामग्री का उपयोग किया जा सकता है, अगर इसमें समान यांत्रिक गुण हैं और पानी में घुलनशील नहीं है।
विशेष रूप से मस्तिष्क प्रेत विभिन्न तरीकों का उपयोग करके गढ़े गए हैं, जो आवश्यक जटिलता के स्तर और ऊतकों के आधार पर20,21, 22,23को दोहराया जाना चाहिए। आमतौर पर, एक मोल्ड का उपयोग किया जाता है, और तरल ऊतक-नकल करने वाली सामग्री इसमें डाली जाती है। कुछ अध्ययनों ने वाणिज्यिक मोल्डों का उपयोग किया है24 जबकि अन्य एक स्वस्थ मस्तिष्क के 3डी-मुद्रित कस्टम मोल्ड का उपयोग करते हैं, और मार्कर क्षेत्रों और इन्फ्लेटेबल कैथेटर19,25को प्रत्यारोपित करके मस्तिष्क के घावों का अनुकरण करते हैं। लेखक के ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, यह एक 3 डी मुद्रित रोगी विशिष्ट ब्रेन ट्यूमर प्रेत ऊतक नकल उतार अल्ट्रासाउंड और एक्स-रे गुणों के साथ बनाया मॉडल की पहली रिपोर्ट है । कुल निर्माण चित्रा 1में प्रवाहचार्ट द्वारा कल्पना की जाती है ; पूरी प्रक्रिया को पूरा करने के लिए लगभग एक सप्ताह लगते हैं ।
यह प्रोटोकॉल एक रोगी विशिष्ट मस्तिष्क प्रेत की निर्माण प्रक्रिया का विवरण देता है, जिसमें खोपड़ी, मस्तिष्क और वेस्टिबुलर श्वानोमा ट्यूमर शामिल हैं। शारीरिक रूप से सटीक विस्तार प्राप्त करने के लिए 3 डी प्रिंटिंग विधियों की अनुमति है। यहां वर्णित प्रेत को शारीरिक विस्तार के वांछित स्तर के साथ सफलतापूर्वक निर्मित किया गया था; सीटी और अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का इस्तेमाल यह प्रदर्शित करने के लिए किया जाता था कि ट्यूमर को आसानी से दोनों तौर-तरीकों के साथ कल्पना की गई थी । ऊतक नकल सामग्री, PVA-सी, अल्ट्रासोनिक प्रेत के लिए एक ऊतक नकल उतार सामग्री के रूप में अच्छी तरह से स्थापित है; इसके ध्वनिक और यांत्रिक गुणों को एडिटिव्स और फ्रीज-गल चक्रों की संख्या के साथ ट्यून किया जा सकता है। सामग्री आसानी से उपलब्ध है, उपयोग करने के लिए सरल और गैर विषैले। बार-बार उपयोग के साथ, प्रेत में वेस्टिबुलर श्वानोमा सर्जरी के भौतिक सिमुलेशन के दौरान अल्ट्रासाउंड जांच के साथ हेरफेर और संपर्क का सामना करने के लिए पर्याप्त स्थायित्व था।
कई प्रमुख कदमों की पहचान निर्माण प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण होने के रूप में की गई थी । सबसे पहले, प्रेत में शामिल करने के लिए संरचनाओं के विभाजन में शारीरिक विस्तार का वांछित स्तर शामिल होना चाहिए। सटीक एसटीएल फ़ाइलों और 3 डी मोल्डों का निर्माण फिर स्वाभाविक रूप से इस प्रकार है। दूसरे, चरण 3.1.9 में सेरिबैलम मोल्ड के भीतर विमानों की स्थिति पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए, ताकि प्रेत को बिना किसी क्षति के आसानी से हटाया जा सके; इसे शारीरिक विवरणों को बनाए रखने की अनुमति देने के लिए पर्याप्त टुकड़ों में काटा जाना चाहिए, जबकि मोल्ड में फंसे बिना प्रेत को हटाया जा सकता है। इस मामले में, कई पुनरावृत्तियों का परीक्षण किया गया और अंत में मोल्ड को चार अलग-अलग टुकड़ों में काट दिया गया। तीसरा महत्वपूर्ण विचार यह है कि PVA-c विनिर्माण प्रक्रिया (धारा 4) के दौरान, PVA-c कमरे के तापमान (चरण 4.1.6) को ठंडा करने के लिए छोड़ दिया जाना चाहिए। यदि यह चरण छूट जाता है और गर्म पीवीए-सी को मोल्ड्स में जोड़ा जाता है, तो यह मोल्डों को पिघला या विकृत कर सकता है। यह भी महत्वपूर्ण है कि एक बार कांच के गोले (चरण 5.1.2 – 5.1.4) जोड़े जाते हैं, तो पीवीए-सी को लगभग 10 मिनट से अधिक समय तक बैठने के लिए नहीं छोड़ा जाता है; यदि लंबे समय तक छोड़ दिया जाता है, तो ग्लास क्षेत्र नीचे तक बस जाएंगे, और परिणामस्वरूप प्रेत में असंगत अल्ट्रासाउंड कंट्रास्ट29होगा। एक बार जब कांच के गोले जुड़ जाते हैं, तो पीवीए-सी को सीधे मोल्ड्स में जोड़ा जाना चाहिए और फ्रीजर में रखा जाना चाहिए। पहले फ्रीज चक्र के बाद, कांच के गोले जगह में सुरक्षित होंगे, और प्रेत का उपयोग कमरे के तापमान पर किया जा सकता है। अंत में, यह महत्वपूर्ण है कि मोल्डों को ध्यान से सील कर दिया जाता है (उदाहरण के लिए, टेप के साथ) इससे पहले कि PVA-c जोड़ा जाता है, अंतराल के माध्यम से मिश्रण के रिसाव को कम करने के लिए जहां मोल्ड के अलग टुकड़े एक साथ शामिल हो गए।
प्रोटोकॉल की कई सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, कुछ विशेषज्ञ उपकरणों की आवश्यकता होती है, जिसमें पानी का स्नान और इलेक्ट्रॉनिक उभारक शामिल है। इस प्रोटोकॉल के हिस्से के रूप में एक सोनिकेटर का भी उपयोग किया जाता है, लेकिन सोनीशन चरण (5.1.3) को अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक सरगर्मी के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है; हालांकि, इस विकल्प के साथ, सोनीशन के उपयोग के साथ संभव होने की तुलना में एक सजातीय मिश्रण प्राप्त करने में अधिक समय लगेगा। PVA-c की एक सीमा यह है कि यह समय के साथ नीचा हो जाता है और फफूंदी बन जाता है । पोटेशियम शर्बत के अलावा, जैसा कि यहां वर्णित है, प्रेत के शेल्फ-लाइफ को बढ़ाता है, हालांकि इसे अभी भी हवा में तंग कंटेनर में रखा जाना चाहिए। PVA-सी की एक दूसरी सीमा यह है कि फ्रीज-गल चक्र की आवश्यकता होती है, जो प्रेत बनाने के लिए आवश्यक समय की मात्रा को बढ़ाता है। प्रेत निर्माण समय को कम करने के लिए, एक महत्वपूर्ण विचार ठंड और विगलन की गति है; एक बार प्रेत या तो पूरी तरह से जमे हुए है या पूरी तरह से गल, समय है कि यह उस राज्य में रहता है काफी अंतिम प्रेत16,30प्रभावित नहीं करता है . इसलिए, उपयोग की जाने वाली चक्र लंबाई भिन्न हो सकती है, बशर्ते कि प्रेत चक्र में प्रत्येक चरण में पूरी तरह से जमे हुए और गल जाए। उदाहरण के लिए, इस अध्ययन के प्रेत में ट्यूमर बहुत छोटा है, इसलिए मस्तिष्क की तुलना में ट्यूमर के लिए छोटे चक्रों का उपयोग किया जा सकता है। अंत में, मोल्ड और खोपड़ी को प्रिंट करने वाली 3डी एक समय लेने वाली प्रक्रिया है जो इस प्रोटोकॉल के साथ प्रेत बनाने के लिए आवश्यक कुल समय (1 सप्ताह) के एक महत्वपूर्ण हिस्से (3 दिन) का उपभोग करती है। उपयोग किया गया प्रिंटर 2018 से एक वाणिज्यिक मॉडल था; मुद्रण प्रक्रिया नए, तेज प्रिंटर के उपयोग के साथ कम समय फ्रेम में पूरी की जा सकती है।
यहां प्रस्तुत मस्तिष्क प्रेत का उपयोग सीधे नैदानिक प्रशिक्षण और न्यूरोनैग्नेशन सिस्टम के सत्यापन के लिए किया जा सकता है। ऊतक नकल करने वाली सामग्री के रूप में, पीवीए-सी परिणामस्वरूप प्रेत को बार-बार उपयोग करने में सक्षम बनाता है, उदाहरण के लिए एक प्रशिक्षण उपकरण के रूप में या वेस्टिबुलर श्वानोमा सर्जरी में इंट्राऑपरेटिव अल्ट्रासाउंड के सत्यापन के लिए, क्योंकि यह एक टिकाऊ और गैर-विषाक्त सामग्री है। इस प्रकार, निर्माण विधि पहले वर्णित लोगों के पूरक है जिनमें रोगी विशिष्ट मस्तिष्कप्रेत 20 ,21, 22, 23,24,25बनाने के लिए3डी प्रिंटिंग का उपयोग कियाजाताथा। टीएमएम के रूप में पीवीए-सी का उपयोग न्यूरोसर्जरी के सिमुलेशन में उपयोग के लिए उपयुक्त प्रेत बनाता है, क्योंकि सामग्री अल्ट्रासाउंड जांच से बार-बार मैन्युअल हेरफेर और संपर्क का सामना कर सकती है। यह कार्य आगे मात्रात्मक सत्यापन अध्ययन के लिए मंच निर्धारित करता है। यहां वर्णित प्रेत विधि बहुत बहुमुखी है और कई प्रकार के रोगी-विशिष्ट ट्यूमर प्रेत बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है, मस्तिष्क से अन्य अंगों तक विस्तारित, कई इमेजिंग तौर-तरीकों में अनुकूलता के साथ।
The authors have nothing to disclose.
लेखक 3डी स्लाइसर का उपयोग करने और कुछ प्रसंस्करण चरणों को स्वचालित करने के लिए हमें कोड प्रदान करने के लिए मेशमिक्सर और फर्नांडो पेरेस-गार्सिया का उपयोग करने पर उनकी सलाह के लिए डैनिल निकितिचेव और स्टेफी मेंडेस का धन्यवाद करते हैं।
इस काम को वेलकम ट्रस्ट [203145Z/16/Z; 203148/Z/16/Z; द्वारा समर्थित किया गया था। WT106882], ईपीएसआरसी [एनएस/A000050/1; एनएस/A000049/1], एमआरसी [MC_PC_17180] और नेशनल ब्रेन अपील [एनबीए/एनएसजी/एसबीएस] फंडिंग । टीवी एक मेडट्रॉनिक इंक/रॉयल एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग रिसर्च चेयर [RCSRF1819 \ 7 \ 34] द्वारा समर्थित है ।
AutodeskFusion 360 | Autodesk Inc., San Rafael, California, United States | https://www.autodesk.co.uk/products/fusion-360/overview | CAD software |
Barium sulphate | Source Chemicals | – | |
CT scanner | Medtronic Inc, Minneapolis, USA | – | O-arm 3D mobile X-ray imaging system |
Glass microspheres | Boud Minerals | ||
Mechanical stirrer | IKA | 4442002 | Eurostar Digital 20, IKA |
Meshmixer | Autodesk Inc., San Rafael, California, United States | http://www.meshmixer.com | 3D modelling software. Version 3.5.484 used |
Neuronavigation system | Medtronic Inc, Minneapolis, USA | – | S7 Stealth Station |
PLA | Ultimaker (Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands) | UM9016 | |
Potassium sorbate | Meridianstar | – | |
PVA | Ultimaker | – | |
PVA powder | Sigma-Aldrich | 363146 | 99%+ hydrolysed, average molecular weight 85,000-140,000 |
Sonicator | Fisher Scientific | 12893543 | |
Ultimaker Cura | Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands | https://ultimaker.com/software/ultimaker-cura | 3D printing software. Version 4.0.0 used |
Ultimaker S5 Printer | Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands | – | |
Ultrasound scanner | BK Medical, Luton, UK | – | BK 5000 scanner |
Water bath | IKA | 20009381 | HBR4 control, IKA |
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