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Medicine

इंटरवेंशनल प्लानिंग एंड ट्रेनिंग के लिए 3डी-प्रिंटेड कार्डियोवस्कुलर फैंटम्स का विकास और मूल्यांकन

Published: January 18, 2021 doi: 10.3791/62063
Automatic Translation
1,2, 3, 4, 1,2, 3, 1, 4, 1
1Department of Cardiac Surgery, Ludwig Maximilian University Munich, 2Chair of Medical Materials and Implants, Technical University of Munich, 3Department Pediatric Cardiology and Pediatric Intensive Care, Ludwig Maximilian University Munich, 4Department of Radiology, Ludwig Maximilian University Munich

Summary

यहां हम मल्टीमॉडल थेरेपी मूल्यांकन, पूर्व हस्तक्षेप योजना, और हृदय शरीर रचना विज्ञान पर चिकित्सक-प्रशिक्षण के लिए एक नकली परिसंचरण सेटअप का विकास प्रस्तुत करते हैं। रोगी-विशिष्ट टोमोग्राफिक स्कैन के आवेदन के साथ, यह सेटअप व्यक्तिगत चिकित्सा में चिकित्सीय दृष्टिकोण, प्रशिक्षण और शिक्षा के लिए आदर्श है।

Abstract

कैथेटर आधारित हस्तक्षेप हृदय विकृतियों के लिए मानक उपचार विकल्प हैं। इसलिए, रोगी-विशिष्ट मॉडल चिकित्सकों के तार-कौशल को प्रशिक्षित करने के साथ-साथ हस्तक्षेप प्रक्रियाओं की योजना में सुधार करने में मदद कर सकते हैं । इस अध्ययन का उद्देश्य हृदय हस्तक्षेपों के लिए रोगी-विशिष्ट 3 डी-मुद्रित मॉडलों की एक विनिर्माण प्रक्रिया विकसित करना था।

3डी-मुद्रित लोचदार प्रेत बनाने के लिए, यांत्रिक विशेषताओं के संदर्भ में विभिन्न 3डी-प्रिंटिंग सामग्रियों की तुलना पोर्सिन जैविक ऊतकों (यानी महाधमनी ऊतक) से की गई थी। तुलनात्मक तन्य परीक्षणों के आधार पर एक फिटिंग सामग्री का चयन किया गया था और विशिष्ट सामग्री मोटाई को परिभाषित किया गया था। अनाम कंट्रास्ट-एन्हांस्ड सीटी-डेटासेट भूतलक्षी प्रभाव से एकत्र किए गए थे । रोगी-विशिष्ट वॉल्यूमेट्रिक मॉडल इन डेटासेट और बाद में 3 डी-मुद्रित से निकाले गए थे। हस्तक्षेप के दौरान इंट्राल्यूमिनल रक्त प्रवाह का अनुकरण करने के लिए एक पल्साइल प्रवाह लूप का निर्माण किया गया था। क्लीनिकल इमेजिंग के लिए मॉडल्स की उपयुक्तता का आकलन एक्स-रे इमेजिंग, सीटी, 4डी-एमआरआई और (डॉप्लर) अल्ट्रासोनोग्राफी द्वारा किया गया था । एक्स-रे आधारित इमेजिंग में दृश्यता बढ़ाने के लिए कंट्रास्ट मीडियम का इस्तेमाल किया गया । चिकित्सकों के प्रशिक्षण में 3डी-मुद्रित प्रेत के साथ-साथ पूर्व-इंटरवेंशनल थेरेपी योजना का मूल्यांकन करने के लिए विभिन्न कैथेटराइजेशन तकनीकों को लागू किया गया था।

मुद्रित मॉडलों ने एक उच्च मुद्रण संकल्प (~ 30 माइक्रोन) दिखाया और चुनी गई सामग्री के यांत्रिक गुण शारीरिक बायोमैकेनिक्स के बराबर थे। अंतर्निहित रेडियोलॉजिकल डेटासेट की तुलना में भौतिक और डिजिटल मॉडलों ने उच्च शारीरिक सटीकता दिखाई। मुद्रित मॉडल अल्ट्रासोनिक इमेजिंग के साथ-साथ मानक एक्स-रे के लिए उपयुक्त थे। डॉप्लर अल्ट्रासोनोग्राफी और 4डी-एमआरआई ने देशी डेटा से मेल खाते हुए प्रवाह पैटर्न और ऐतिहासिक विशेषताओं (यानी, अशांति, दीवार कतरनी तनाव) को प्रदर्शित किया। कैथेटर आधारित प्रयोगशाला सेटिंग में, रोगी-विशिष्ट प्रेत कैथेटराइज करना आसान था। चिकित्सा योजना और चुनौतीपूर्ण एनाटॉमी पर हस्तक्षेप प्रक्रियाओं का प्रशिक्षण (जैसे, जन्मजात हृदय रोग (CHD)) संभव था।

लचीला रोगी-विशिष्ट हृदय प्रेत 3 डी-मुद्रित थे, और आम नैदानिक इमेजिंग तकनीकों का अनुप्रयोग संभव था। यह नई प्रक्रिया कैथेटर-आधारित (इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल) हस्तक्षेपों के लिए एक प्रशिक्षण उपकरण के रूप में आदर्श है और रोगी-विशिष्ट चिकित्सा योजना में उपयोग किया जा सकता है।

Introduction

व्यक्तिगत चिकित्सा आधुनिक नैदानिक अभ्यास में बढ़ते महत्व प्राप्त कर रहे हैं। मूलतः, वे दो समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है: आनुवंशिक और morphologic दृष्टिकोण । अद्वितीय व्यक्तिगत डीएनए के आधार पर व्यक्तिगत उपचारों के लिए, या तो जीनोम अनुक्रमण या जीन अभिव्यक्ति के स्तर का मात्राकरण आवश्यक है1। एक ऑन्कोलॉजी में इन तरीकों को पा सकते हैं, उदाहरण के लिए, या मेटाबोलिक विकार उपचार2में। प्रत्येक व्यक्ति की अनूठी आकृति विज्ञान (यानी, शरीर रचना) इंटरवेंशनल, सर्जिकल और कृत्रिम चिकित्सा में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। व्यक्तिगत कृत्रिम अंग और पूर्व-हस्तक्षेप/ऑपरेटिव थेरेपी योजना काविकास आज3,4,5अनुसंधान समूहों के केंद्रीय फोकस का प्रतिनिधित्व करता है।

औद्योगिक प्रोटोटाइप उत्पादन से आ रहा है, 3 डी-प्रिंटिंग व्यक्तिगत चिकित्सा6के इस क्षेत्र के लिए आदर्श है। 3डी-प्रिंटिंग को एक योजक विनिर्माण विधि के रूप में वर्गीकृत किया गया है और सामान्य रूप से सामग्री के परत-दर-परत जमाव पर आधारित है। आजकल, विभिन्न मुद्रण तकनीकों के साथ 3डी-प्रिंटर की एक विस्तृत विविधता उपलब्ध है, जो पॉलीमेरिक, जीवविज्ञान या धातु सामग्रियों के प्रसंस्करण को सक्षम करती है। मुद्रण गति में वृद्धि के साथ-साथ 3 डी-प्रिंटर की निरंतर व्यापक उपलब्धता के कारण, विनिर्माण लागत उत्तरोत्तर कम महंगी होती जा रही है। इसलिए, दैनिक दिनचर्या में पूर्व हस्तक्षेप योजना के लिए 3 डी-प्रिंटिंग का उपयोग आर्थिक रूप से संभव हो गया है7।

इस अध्ययन का उद्देश्य रोगी-विशिष्ट या रोग-विशिष्ट प्रेत पैदा करने के लिए एक विधि स्थापित करना था, जो हृदय चिकित्सा में व्यक्तिगत चिकित्सा योजना में इस्तेमाल करने योग्य था। ये प्रेत आम इमेजिंग विधियों के साथ-साथ विभिन्न चिकित्सीय दृष्टिकोणों के साथ संगत होने चाहिए। एक और लक्ष्य चिकित्सकों के लिए प्रशिक्षण मॉडल के रूप में व्यक्तिगत शरीर रचना विज्ञान का उपयोग किया गया ।

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Protocol

लुडविग-मैक्सिमिलियंस-यूनीवर्सिट म्यूनचेन की नैतिक समिति द्वारा नैतिक अनुमोदन पर विचार किया गया था और यह देखते हुए माफ कर दिया गया था कि इस अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले रेडियोलॉजिकल डेटासेट को भूतलक्षी प्रभाव से एकत्र किया गया था और पूरी तरह से अनाम किया गया था।

कृपया संस्थान के एमआरआई सुरक्षा दिशानिर्देशों का उल्लेख करें, विशेष रूप से उपयोग किए गए एलडब्ल्यूएडी वेंट्रिकल और प्रवाह लूप के धातु घटकों के बारे में।

1. डेटा अधिग्रहण

  1. शारीरिक प्रेत बनाने से पहले, एक उपयुक्त रेडियोलॉजिकल डेटासेट का चयन करें, अधिमानतः हृदय विषयों में रोगियों से। वर्चुअल 3डी-मॉडल दोनों, कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) या मैग्नेटिक रेओनेंस इमेजिंग (एमआरआई) डेटासेट दोनों से लिया जा सकता है ।
  2. 3डी-मॉडल में प्रतिनिधित्व करने के उद्देश्य से संरचनाओं के आकार के अनुकूल होने के लिए डेटासेट के पिक्सेल आकार और स्लाइस मोटाई (एसटी) का चयन करें। इस प्रयोग में 0.6 मिमी का अनुसूचित जनजाति का उपयोग किया गया जिसमें मैट्रिक्स का आकार 512 x 512 और 500 मिमी का क्षेत्र 0.98 मिमी का पिक्सेल आकार था। सुनिश्चित करें कि पिक्सेल आकार और अनुसूचित जनजाति दोनों का मूल्य सबसे छोटी सुविधा के आकार से नीचे होना चाहिए जो छवियों में दिखाई देना चाहिए और 3 डी मॉडल, उदाहरण के लिए, शिशुओं के डेटासेट या कोरोनरी के प्रतिनिधित्व के लिए <0.3 मिमी, एक वयस्क रोगी की मुख्य हृदय संरचनाओं के लिए <0.6 मिमी।
  3. वयस्क रोगियों के लिए 0.6 मिमी के एसटी के साथ दोहरे स्रोत सर्पिल तकनीक में सीटी एंजियोग्राफी (सीटीए) के लिए मानक अधिग्रहण करें। वयस्कों के लिए, 4 एमएल/एस की गति से आयोडीन कंट्रास्ट एजेंट के ८० एमएल इंजेक्ट करें और १०० हू की दहलीज पर आरोही महाधमनी में बोलस ट्रैकिंग के बाद अधिग्रहण 11 एस शुरू करें । मरीज के बॉडी टाइप के हिसाब से स्कैनर द्वारा ट्यूब वोल्टेज और ट्यूब करंट का चयन अपने आप किया जाता है। उच्च स्तर के पुनरावर्तक पुनर्निर्माण का उपयोग करके नरम ऊतक गिरी में पुनर्निर्माण करें।
    नोट: सीटीए अधिग्रहण पैरामीटर और प्रोटोकॉल उपलब्ध सीटी स्कैनर, रोगी के आकार और रोगी परिधि पर अत्यधिक निर्भर हैं। प्रस्तुत पैरामीटर अनुभव आधारित हैं और एक निश्चित आवश्यकता के बजाय समायोजन के लिए एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में लिया जाना चाहिए ।
  4. एमआर एंजियोग्राफी (एमआरए) के लिए, एक इन-हाउस संशोधित अनुक्रम का उपयोग करके गैर-कंट्रास्ट-एन्हांस्ड (गैर-सीई) एमआरए करें जो ईसीजी और श्वसन ट्रिगर (टीई 3.59, टीआर 407.40, मैट्रिक्स आकार 224x224) दोनों का उपयोग करके पूरी तरह से संतुलित ढाल तरंग का उपयोग करता है। कंप्रेस्ड सेंसिंग का उपयोग करके त्वरित एमआरआई डेटा अधिग्रहण प्राप्त करें जो समानांतर इमेजिंग, विरल नमूना और पुनरावर्तक पुनर्निर्माण को जोड़ती है। एक उदाहरण के रूप में, वक्ष महाधमनी के लिए लगभग 5 मिनट का अधिग्रहण समय संभव है।
    नोट: एक डेटासेट का चयन करना सुनिश्चित करें जो आंदोलन कलाकृतियों से मुक्त है। गति कलाकृतियों को कम करने के लिए, गैर-सीई एमआरए के लिए संभावित ईसीजी ट्रिगरिंग और अतिरिक्त श्वसन ट्रिगरिंग का उपयोग करके छवि अधिग्रहण करें। इसके अलावा, सामान्य उपयोग के लिए एक मॉडल का चयन करते समय, यह सुनिश्चित करें कि कोई धातु प्रत्यारोपण नहीं है क्योंकि इससे तैयार मॉडल की गुणवत्ता में सुधार हो सकता है।
  5. हृदय शरीर रचना विज्ञान के विभाजन और 3डी-प्रिंटिंग के लिए, कंट्रास्ट-एन्हांस्ड डेटासेट का उपयोग करें। देशी हृदय डेटासेट का उपयोग लगभग 30 एचयू8के तुलनीय हौन्सफील्ड मूल्यों के कारण रक्त से खोखले शारीरिक संरचनाओं (जैसे, जहाजों या वेंट्रिकल) के पृथक्करण को बनाता है।
    नोट: रक्त की मात्रा और आसपास के नरम ऊतक के बीच एक उच्च Hounsfield मूल्य ढाल विभाजन प्रक्रिया में एक आसान जुदाई के लिए अनुमति देगा । यदि ढाल बहुत छोटा है, तो नरम ऊतक के कुछ हिस्सों को रक्त की मात्रा के हिस्से के रूप में प्रदर्शित किया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप एक खराब मॉडल गुणवत्ता और अतिरिक्त पोस्ट प्रसंस्करण होगा।
  6. डेटासेट का निर्यात करते समय, एक यथोचित कम स्लाइस मोटाई (सीटीए के लिए लगभग 0.3 - 0.6 मिमी और एमआरए के लिए 0.8 - 1.0 मिमी) का चयन करना सुनिश्चित करें, क्योंकि मुद्रित मॉडल की रिज़ॉल्यूशन और सतह की गुणवत्ता इस पैरामीटर पर बहुत निर्भर करती है।
    नोट: यदि टुकड़ा मोटाई बहुत पतली है, मॉडलिंग के लिए आवश्यक कंप्यूटिंग शक्ति काफी वृद्धि होगी, जो तदनुसार प्रक्रिया को धीमा कर देता है । दूसरी ओर, अत्यधिक टुकड़ा मोटाई रोगियों की शारीरिक रचना में छोटे विवरण के नुकसान में परिणाम कर सकते हैं ।

2.3D मॉडल निर्माण

नोट: रेडियोलॉजिकल डेटासेट से 3डी-मॉडल के निर्माण को विभाजन प्रक्रिया कहा जाता है, और एक विशेष सॉफ्टवेयर की आवश्यकता होती है। चिकित्सा छवियों का विभाजन ही Hounsfield इकाइयों पर आधार, 3 आयामी मॉडल9फार्म के लिए । यह अध्ययन एक वाणिज्यिक विभाजन और 3डी-मॉडलिंग सॉफ्टवेयर (सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करता है, लेकिन उपलब्ध फ्रीवेयर का उपयोग करके इसी तरह के परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं। निम्नलिखित चरणों को कंट्रास्ट-बढ़ी हुई सीटी डेटासेट से मॉडलिंग के लिए वर्णित किया जाएगा।

  1. डेटासेट को सेगमेंटेशन सॉफ्टवेयर में आयात करने के बाद, ब्याज के क्षेत्र यानी हार्ट और महाधमनी आर्क को सीमित करने के लिए डेटासेट को क्रॉप करें। क्रॉप इमेज टूल का चयन करके और फ्रेम के किनारों पर क्लिक करके और आगे बढ़ने से आरओआई के किनारों को स्थानांतरित करके इसे हासिल किया। यह तीनों झुकाव में किया जा सकता है। इसलिए, आरओआई पर ध्यान केंद्रित किया जाता है, साथ ही फ़ाइल आकार की कमी प्राप्त की जाती है, जो उच्च कंप्यूटिंग गति को सक्षम बनाता है, जिससे समग्र कार्य समय कम हो जाता है।
  2. थ्रेसहोल्ड टूल खोलकर हौंसल इकाई मूल्यों (लगभग 200-800 एचयू) की एक श्रृंखला को परिभाषित करें, जिसके परिणामस्वरूप कंट्रास्ट-बढ़ी हुई रक्त की मात्रा और हड्डीसंरचनाओं (चित्रा 1A,उदाहरण के लिए, उरोस्थि, रिबकेज के कुछ हिस्सों, और रीढ़) का एक संयुक्त मुखौटा होता है।
  3. स्प्लिट मास्क टूल का उपयोग करके अंतिम 3डी-मॉडल में अवांछनीय सभी अस्थि भागों को हटा दें जो हौंसल मूल्यों और स्थान के आधार पर कई क्षेत्रों और समग्र स्लाइस के अंकन और पृथक्करण को सक्षम बनाता है।
  4. इस अलगाव के बाद, यह सुनिश्चित करें कि कंट्रास्ट-बढ़ी हुई रक्त की मात्रा वाला एक मुखौटा बना हुआ है। यह किया जा सकता है, कोरोनल और अक्षीय विमानों के माध्यम से स्क्रॉल करके और अंतर्निहित डेटासेट के साथ बनाए गए मास्क का मिलान करके। इस मास्क से, एक प्रदान किए गए 3 डी बहुभुज सतह-मॉडल (तथाकथित एसटीएल)(चित्रा 1B) कीगणना करें।
    नोट: टूल नाम अन्य सेगमेंटेशन कार्यक्रमों में भिन्न हो सकते हैं।
  5. आगे अनुकूलन और हेरफेर के लिए, 3डी-मॉडल को 3डी-मॉडलिंग सॉफ्टवेयर में स्थानांतरित करें (सामग्री की तालिकादेखें)। 3डी-मॉडल को एक्सपोर्ट करने के लिए एक्सपोर्ट-टूलपर क्लिक करें और एक्सपोर्ट फाइल के लिए 3डी-मॉडलिंग सॉफ्टवेयर या फिटिंग डेटा फॉर्मेट का चयन करें । बाद में, अपने चयन की पुष्टि करें और निर्यात प्रक्रिया की जाएगी।
  6. रक्त की मात्रा को ब्याज के विशिष्ट क्षेत्र में फसल करने के लिए ट्रिम टूल का उपयोग करें (उदाहरण के लिए, महाधमनी के कुछ हिस्सों या दिल के कुछ गुहाओं को हटाना)। उपकरण पर क्लिक करें और उन हिस्सों के चारों ओर एक समोच्च खींचें जिन्हें हटाने की आवश्यकता है।
    नोट: डेटासेट गुणवत्ता और विभाजन की सटीकता के आधार पर, इस बिंदु पर कुछ मामूली सतह मरम्मत और संशोधनों की आवश्यकता हो सकती है। इसके अलावा डिजाइन संचालन उपयोग के उद्देश्य के अनुसार रोगी-विशिष्ट मॉडलों के हेरफेर की अनुमति देते हैं, उदाहरण के लिए, प्रशिक्षण में। मरीजों की शरीर रचना के अनुसार इंजीनियरिंग के लिए कुछ उदाहरणों में पूरे मॉडल या एकल संरचनाओं को स्केलिंग करना, कनेक्शन बनाना या हटाना, एक में विभिन्न मॉडलों के कुछ हिस्सों को मिलाकर शामिल है । इस तरह की विशेषताएं जन्मजात असामान्यताओं के साथ प्रशिक्षण मॉडल के लिए विशेष रूप से दिलचस्प हैं, क्योंकि सीटी और एमआरआई छवियां बाल रोग में दुर्लभ हैं, जहां विकिरण और सीसेरेशन का न्यूनतमीकरण महत्वपूर्ण है। इसलिए, मौजूदा मॉडलों का अनुकूलन और संशोधन जन्मजात हृदय दोष मॉडल के 3 डी-प्रिंटिंग के लिए विशेष रूप से सहायक है।
  7. खंडित मॉडल की सतह को मैन्युअल और स्थानीय रूप से समायोजित करने के लिए स्थानीय चौरसाई उपकरण पर क्लिक करें। किसी न किसी बहुभुज आकार, एकल चोटियों और पिछले ट्रिमिंग आपरेशनों द्वारा बनाई गई किसी न किसी किनारों को हटाने पर ध्यान केंद्रित ।
  8. मॉडल के बाद के कनेक्शन को फ्लो लूप में जाने की अनुमति देने के लिए, उपलब्ध नली कनेक्टर और ट्यूब व्यास(चित्रा 1C)में समायोजित परिभाषित व्यास के साथ ट्यूबलर भाग शामिल हैं। इसलिए, लगभग 10 मिमी की दूरी पर जहाजों के उद्घाटन क्रॉस-सेक्शन के समानांतर एक डैटम विमान रखें।
    1. विमान को रखने के लिए, टूल क्रिएट डैटम प्लेन का चयन करें और पूर्व निर्धारित 3-पॉइंट प्लेनका उपयोग करें। इसके बाद, विमान बनाने के लिए जहाजों के क्रॉस-सेक्शन पर तीन समान रूप से दूरी वाले बिंदुओं पर क्लिक करें। बाद में, कमांड विंडो में 10 मिमी का ऑफसेट इनपुट करें और ऑपरेशन की पुष्टि करें।
    2. मेनू से नए स्केच उपकरण का चयन करें और स्केच के स्थान के रूप में पहले से बनाया datum विमान का चयन करें। स्केच में, एक सर्कल को मोटे तौर पर पोत के केंद्र रेखा पर रखें और अपने नली कनेक्टर के बाहरी व्यास (महाधमनी इनलेट के लिए 24 मिमी, सबक्लेवियन, कैरोटिड और गुर्दे के जहाजों के लिए 8-10 मिमी, और पोत के डिस्टैल खोलने के लिए 16-20 मिमी) से मेल खाने के लिए त्रिज्या बाधा निर्धारित करें।
  9. बनाए गए स्केच से, एक्सट्रूड टूल का उपयोग 10 मिमी की लंबाई वाला सिलेंडर बनाने के लिए करें। सिलेंडर और 10 मिमी के पोत क्रॉस-सेक्शन के बीच दूरी बनाने के लिए, पोत खोलने से दूर जाने के लिए एक्सट्रूशन को उन्मुख करें। फिर, लोफ्ट टूल का उपयोग करें, पोत समाप्त होने और ज्यामितीय रूप से परिभाषित सिलेंडर के बीच एक संबंध बनाने के लिए। इस बिंदु पर, दो क्रॉस-सेक्शन के बीच एक चिकनी संक्रमण सुनिश्चित करें, जिससे अंतिम 3 डी प्रवाह मॉडल(चित्रा 1D)में अशांति और कम प्रवाह वाले क्षेत्रों से बचा जा सके।
    नोट: इन चरणों का पालन करके, महाधमनी और अनुयायी धमनियों के रक्त की मात्रा का एक 3 डी मॉडल बनाया जाएगा । इसके अलावा, इसमें बाद में इसे फ्लो लूप से जोड़ने के लिए आवश्यक कनेक्टर शामिल होंगे।
  10. खोखले खून की जगह बनाने के लिए सॉफ्टवेयर में खोखले टूल का इस्तेमाल करें। कमांड विंडो में, आवश्यक दीवार की मोटाई (इस प्रयोग में: 2.5 मिमी) इनपुट करें इसके अलावा, खोखले प्रक्रिया की दिशा को बाहरसेट करना होगा। बाद में, चयन की पुष्टि करें और खोखले प्रक्रिया को निष्पादित किया जाएगा।
    नोट: यह कदम पूरे मॉडल के लिए एक निश्चित दीवार मोटाई के चयन की अनुमति देता है। चूंकि "खोखले" सभी सतहों पर एक परिभाषित दीवार मोटाई बनाता है, एक पूरी तरह से बंद मॉडल का परिणाम होगा। इसलिए, सभी जहाजों के सिरों को एक बार और चरण 2.6(चित्रा 1E)में वर्णित चरण का उपयोग करके छंटनी करने की आवश्यकता होगी। लचीला 3 डी-प्रिंटिंग सामग्री का उपयोग करते समय, प्रेत के अंतिम जैव-मैकेनिक गुणों को परिभाषित करने के लिए यह कदम आवश्यक है। मॉडल की दीवार की मोटाई बढ़ाने से, उच्च लचीलापन और कम लोच तार्किक परिणाम होगा। यदि देशी ऊतक और 3 डी-प्रिंटिंग सामग्री के यांत्रिक गुण ज्ञात नहीं हैं, तो इस बिंदु पर तन्य परीक्षण किए जाने चाहिए। चूंकि दीवार की मोटाई पूरे मॉडल में स्थिर है, इसलिए मॉडल के हित के क्षेत्र में वांछित यांत्रिक गुणों को फिर से बनाया जाना चाहिए।
  11. कुछ प्रसंस्करण सॉफ्टवेयर अंतिम मॉडल की प्रिंटेबिलिटी सुनिश्चित करने के लिए "जादूगर" प्रदान करते हैं, जिसकी अत्यधिक सिफारिश की जाती है। यह वैकल्पिक प्रसंस्करण चरण मॉडल के बहुभुज जाल का विश्लेषण करेगा और ओवरलैप, दोष और छोटी वस्तुओं को चिह्नित करेगा, जो मॉडल से जुड़े नहीं हैं। आमतौर पर, जादूगर पाया मुद्दों को दूर करने के लिए समाधान प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रिंट करने योग्य 3 डी मॉडल(चित्रा 1F)में परिणामी है ।
  12. फाइल टैब में निर्यात विकल्प का चयन करके अंतिम मॉडल को .stl-फ़ाइल के रूप में निर्यात करें।
    नोट: डिजाइन किए गए 3डी-मॉडल की सटीकता की पुष्टि करने के लिए, कुछ सॉफ्टवेयर अंतिम एसटीएल के समोच्च और अंतर्निहित रेडियोलॉजिकल डेटासेट के ओवरले को सक्षम बनाता है। यह देशी शरीर रचना विज्ञान के लिए 3 डी मॉडल की एक दृश्य तुलना की अनुमति देता है। इसके अलावा, डिजिटल मॉडल के सटीक प्रिंट के लिए अनुमति देने के लिए, < 40 माइक्रोन के उपयुक्त स्थानिक संकल्प वाले प्रिंटर का चयन किया जाना चाहिए।

3.3D-प्रिंटिंग और फ्लो लूप सेटअप

  1. शरीर रचना विज्ञान के भौतिक प्रेत का उत्पादन करने के लिए निर्माता द्वारा प्रदान किए गए स्लाइसिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके.stl-फ़ाइल को 3डी-प्रिंटर पर अपलोड करें। आदर्श रूप से, उच्च रिज़ॉल्यूशन और अच्छी प्रिंटिंग गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए 0.15 मिमी ≤ की प्रिंटिंग परत ऊंचाई का उपयोग करना चाहिए।
    नोट: बाजार पर लोचदार मुद्रण सामग्री और उपयुक्त 3डी प्रिंटर की एक विस्तृत श्रृंखला उपलब्ध है। पहले वर्णित डिजिटल मॉडल को प्रिंट करने के लिए विभिन्न सेटअप का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, रिज़ॉल्यूशन, पोस्ट-प्रोसेसिंग और मैकेनिकल व्यवहार प्रस्तुत परिणामों से अलग हो सकता है।
  2. टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर से 3 डी प्रिंटर के लिए मुद्रण फ़ाइल अपलोड करने के बाद, सुनिश्चित करें कि प्रिंटर के कारतूस में मुद्रण सामग्री और समर्थन सामग्री की मात्रा 3 डी मॉडल के लिए पर्याप्त है और प्रिंट शुरू करते हैं ।
  3. मुद्रण प्रक्रिया का पालन करते हुए, तैयार मॉडल से समर्थन सामग्री निकालें। सबसे पहले, धीरे-धीरे मॉडल को निचोड़कर मैन्युअल रूप से समर्थन सामग्री निकालें, इसके बाद पानी या संबंधित विलायक (समर्थन सामग्री के आधार पर) में विसर्जन किया जाए। रात भर 40 डिग्री सेल्सियस तक एक इनक्यूबेटर सेट में सूखा।
    नोट: समर्थन सामग्री को हटाना शारीरिक मॉडल की जटिलता के आधार पर एक समय लेने वाला कदम हो सकता है। जबकि स्पैटुला, चम्मच और चिकित्सा जांच जैसे उपकरणों का उपयोग प्रसंस्करण के बाद के समय को थोड़ा कम कर सकता है, यह मॉडल की दीवार को छिद्रित करने का खतरा भी बढ़ाता है, जिससे यह तरल पदार्थ परीक्षण के लिए बेकार हो जाता है। पॉलीजेट प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग करते समय, पूरे मॉडल को एक समर्थन सामग्री द्वारा संलग्न किया जाएगा। यह जगह में ठीक मॉडल सामग्री रखने के लिए आवश्यक है, जबकि यह यूवी प्रकाश का उपयोग कर ठीक हो जाता है । खोखले ट्यूबलर मॉडल में, इससे वास्तविक मॉडल सामग्री की तुलना में समर्थन सामग्री की बहुत अधिक मांग होगी। चित्रा 2 में प्रस्तुत मॉडल लगभग 200 ग्राम मॉडल सामग्री और 2,000 ग्राम समर्थन सामग्री का उपयोग करता है।
  4. इसके बाद, मॉडल को 1% एगर में एम्बेड करें। यह मॉडल के नैदानिक इमेजिंग के दौरान आंदोलन कलाकृतियों को कम कर देता है। दूसरे, आगर सोने का विज्ञान इमेजिंग के दौरान एक बेहतर हैप्टिक प्रतिक्रिया प्रदान करता है, और पानी में पनडुब्बी की तुलना में कैथेटराइजेशन के दौरान एक बेहतर बल प्रतिक्रिया प्रदान करता है।
    1. मॉडल के चारों ओर कम से कम 2 सेमी साइड मार्जिन के साथ एक प्लास्टिक बॉक्स का उपयोग करें। बॉक्स की दीवारों में छेद ड्रिल करने के लिए ट्यूबों से पंप और जलाशय के लिए जहाजों से जुड़ा जा करने के लिए अनुमति देते हैं ।
    2. पानी में 1% w/v जोड़कर और फोड़ा लाकर एगर सॉल्यूशन तैयार करें। उबलते और मिश्रण सरगर्मी के बाद, इसे 5 मिनट के लिए ठंडा करने दें और कम से कम 2 सेमी ऊंचाई का बिस्तर बनाने के लिए बॉक्स में डालें, जिस पर मॉडल रखा जाएगा।
      नोट: यदि मॉडल को सीधे बॉक्स के नीचे रखा जाता है, तो मॉडल के अंदर तरल पदार्थ की पल्सटिलिटी एक असममित ऊपर की ओर आंदोलन पैदा करेगी।
  5. जबकि आगर बिस्तर सेट, हर खोलने पर वाणिज्यिक नली कनेक्टर का उपयोग कर, गैर-अनुरूप पीवीसी ट्यूबों के लिए मॉडल कनेक्ट। 3/8 के एक ट्यूब व्यास "बड़े जहाजों के लिए सिफारिश की है (जैसे, महाधमनी) और/या उच्च रक्त प्रवाह के साथ शारीरिक संरचनाओं (जैसे, वेंट्रिकल्स) । छोटे जहाजों के लिए एक 1/8 "ट्यूब पर्याप्त है । नली कनेक्टर्स और 3डी-मॉडल के बीच संबंध को ठीक करने के लिए ज़िप संबंधों का उपयोग करें और यह सुनिश्चित करें कि कोई तरल रिसाव नहीं है।
  6. बॉक्स में ड्रिल छेद के माध्यम से पीवीसी ट्यूबों गाइड और फिर सेट आगर बिस्तर के शीर्ष पर मॉडल जगह है । इन छेदों से आगर लीक होने से रोकने के लिए हीट प्रूफ मॉडलिंग क्ले का इस्तेमाल कर इसे सील कर दें। इसके बाद, बॉक्स को आगर से भरें, शीर्ष पर 2 सेमी की परत जोड़कर मॉडल को कवर करें और आगर के लिए कमरे के तापमान पर एक घंटे के लिए पूरी तरह से ठंडा और सेट करें। इसके लिए स्टेप 3.4 में वर्णित एगर मिश्रण की अधिक आवश्यकता होगी।
    नोट: अगर फ्रिज में रखा जाए तो एक बार ठीक हो जाने वाला आगर लगभग एक सप्ताह तक इस् सपेरे जाने योग्य होगा। एक बार जब यह मात्रा में कम हो जाता है, तो इसे एक नए बैच द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए।
  7. समीपस्थ खोलने से जुड़े 3/8 "टयूबिंग का उपयोग करके मॉडल के लिए एक स्पंदन वायवीय वेंट्रिकल पंप कनेक्ट करें। अन्य ट्यूबों को जलाशय से जोड़ें और बाद में, बंद प्रवाह लूप बनाने के लिए जलाशय को वेंट्रिकल पंप के इनलेट से जोड़ें। (चित्र2;उदाहरण के लिए, वेंट्रिकुलर असिस्ट डिवाइस (VAD)-वेंट्रिकल)। वयस्क शरीर रचनाओं में पर्याप्त शारीरिक प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए पंप में 80 - 100 एमएल की स्ट्रोक की मात्रा होनी चाहिए। बाल चिकित्सा शरीर रचना के लिए, छोटे पंपिंग कक्ष उपलब्ध हैं।
  8. संयोजीय ट्यूब सिस्टम में हवा संपीड़न के लिए खाते में, 120 - 150 एमएल की स्ट्रोक की मात्रा के साथ एक पिस्टन पंप द्वारा वेंट्रिकल को उत्तेजित किया जाना चाहिए।

4. क्लीनिकल इमेजिंग

नोट: नैदानिक इमेजिंग में कलाकृतियों को रोकने के लिए, यह सुनिश्चित करना होगा कि द्रव सर्किट में कोई हवा की जेब नहीं हैं।

  1. सीटी इमेजिंग
    1. सीटी इमेजिंग के लिए, ड्राइव यूनिट के पास खड़े के साथ सीटी स्कैनर के भीतर पूरे प्रवाह पाश जगह है । इसके विपरीत एजेंट पंप को सीधे प्रवाह लूप के जलाशय से कनेक्ट करें, इसलिए स्कैनिंग के दौरान इसके विपरीत एजेंट के साथ मॉडल की बाढ़ को नकली किया जा सकता है। यह विशेष रूप से संवहनी विकृतियों की कल्पना के लिए उपयोगी है।
    2. इसके विपरीत एजेंट प्रवाह की कल्पना करने के लिए पूरे मॉडल पर एक गतिशील स्कैन के रूप में सीटी प्रदर्शन करते हैं । ट्यूब वोल्टेज 100 केवीपी पर सेट है, 400 एमए पर ट्यूब करंट। कोलिमेशन 1.2 मिमी है। 4 एमएल/एस की गति से मॉडल के जलाशय में 1:10 पतला आयोडिनेटेड कंट्रास्ट एजेंट के १०० एमएल इंजेक्ट करें । 100 एचयू सीमा और 4 एस देरी के साथ, अग्रणी ट्यूब में ट्रिगर बोलस का उपयोग करके स्कैन शुरू करें।
  2. सोनोग्राफी
    1. कलाकृतियों को कम करने के लिए आगर ब्लॉक के शीर्ष पर अल्ट्रासोनिक जेल की एक छोटी राशि रखो। पंप शुरू करें और अल्ट्रासोनिक इमेजिंग (यानी, दिल वाल्व) के लिए ब्याज की शारीरिक संरचना का पता लगाने के लिए अल्ट्रासोनिक सिर का उपयोग करें। पत्रक आंदोलन का मूल्यांकन करने के साथ-साथ वाल्व के उद्घाटन और समापन व्यवहार के लिए 2डी-इको मोड का उपयोग करें। हृदय वाल्व के बाद प्रवाह वेग की मात्रा निर्धारित करने के लिए वाल्व और स्पेक्ट्रल डॉप्लर भर में रक्त प्रवाह का मूल्यांकन करने के लिए रंग डॉप्लर का उपयोग करें।
  3. कैथेटराइजेशन/हस्तक्षेप
    1. कार्डियक कैथेटर या गाइडवायर के साथ शरीर रचना विज्ञान की आसान पहुंच की अनुमति देने के लिए, सीधे 3डी-मॉडल के नीचे पीवीसी ट्यूब में एक एक्सेस पोर्ट डालें। प्रवाह लूप शुरू करने के बाद, बंदरगाह प्रवेश बिंदु पर रिसाव की जांच करें। यदि आवश्यक हो, तो उद्घाटन को सील करने के लिए दो-घटक चिपकने वाला उपयोग करें।
    2. एक्स-रे मशीन के सी-आर्म (एस) के नीचे रोगी टेबल पर 3डी-मॉडल रखें। शारीरिक संरचना के माध्यम से कैथेटर और गाइडवायर का मार्गदर्शन करने के लिए एक्स-रे इमेजिंग का उपयोग करें। गुब्बारा फैलाव या स्टेंटबेड़ा प्लेसमेंट के लिए डिवाइस के विस्तार की कल्पना करने के लिए निरंतर एक्स-रे मोड का उपयोग करें।
      नोट: 3डी-मुद्रित मॉडल पर कैथेटराइजेशन और हस्तक्षेप प्रशिक्षण विभिन्न शारीरिक और रोग मॉडलों के विनिमेय उपयोग के लिए अनुमति देता है। इससे प्रशिक्षण सेटिंग की विविधता और यथार्थवाद और बढ़ जाता है।
  4. 4डी-एमआरआई
    1. एमआरआई अधिग्रहण के लिए 1.5 टी स्कैनर का उपयोग करें और यह सुनिश्चित करें कि अधिग्रहण प्रोटोकॉल में ऊपर वर्णित एक गैर-विपरीत-संवर्धित एमआरए और 4डी-फ्लो अनुक्रम शामिल हैं। 4डी-फ्लो के लिए 25 चरणों के साथ एक आइसोट्रोपिक डेटासेट और 1.2 मिमी (ते 2.300, टीआर 38.800, एफए 7 डिग्री, मैट्रिक्स आकार 298 x 298) की एक टुकड़ा मोटाई प्राप्त करता है। वेग एन्कोडिंग को 100 सेमी प्रति सेमी पर सेट करें। इन विट्रो माप नकली ईसीजी और श्वसन ट्रिगर का उपयोग करके किया जाता है।
    2. 4D-प्रवाह विश्लेषण के लिए एम्बेडेड मॉडल और वीएडी-वेंट्रिकल के साथ बॉक्स को एमआरआई स्कैनर में रखा गया है और 18-चैनल शरीर के कुंडल से ढका हुआ है। एमआरआई स्कैनर के चुंबकीय क्षेत्र के संबंध में, वायवीय ड्राइव इकाई को स्कैनर कक्ष के बाहर रखा जाना चाहिए; इसलिए, एक लंबे समय तक कनेक्टिव ट्यूब सिस्टम आमतौर पर आवश्यक है।
    3. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सॉफ़्टवेयर के साथ 4D-फ्लो छवि विश्लेषण करें। सबसे पहले, फ्लैश ड्राइव से इसका चयन करके 4डी-एमआरआई डेटासेट आयात करें। इसके बाद, छवि की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए अर्ध-स्वचालित ऑफसेट सुधार और उपनाम का सुधार करें। बाद में, पोत की सेंटरलाइन स्वचालित रूप से पता लगाया जाता है, और सॉफ्टवेयर 3डी वॉल्यूम निकालता है।
    4. अंत में, विश्लेषण विंडो में व्यक्तिगत टैब पर क्लिक करके प्रवाह मापदंडों का मात्रात्मक विश्लेषण करें। फ्लो विज़ुअलाइज़ेशन, पथलीन विज़ुअलाइज़ेशन और फ्लो वेक्टर को आगे इनपुट के बिना कल्पना की जाएगी। संबंधित टैब में दबाव और दीवार कतरनी तनाव की मात्रा के लिए, बटन ऐड प्लेन पर क्लिक करके दो विमान रखें। विमानों को स्वचालित रूप से पोत के केंद्र रेखा के लंबवत रखा जाएगा ।
    5. विमानों को सेंटरलाइन के साथ खींचकर आरओआई की ओर ले जाएं, इसलिए एक विमान को आरओआई की शुरुआत में और एक अंत में रखा जाता है। 3 डी मॉडल के बगल में आरेख में आरओआई और दीवार कतरनी तनाव भर में दबाव ड्रॉप कल्पना और मात्रात्मक किया जाएगा ।

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Representative Results

वर्णित प्रतिनिधि परिणाम आमतौर पर योजना, प्रशिक्षण या परीक्षण सेटिंग्स में उपयोग की जाने वाली कुछ हृदय संरचनाओं पर ध्यान केंद्रित करते हैं। इन्हें 1.0 मिमी के अनुसूचित जनजाति और 1.0 मिमी के स्वर आकार के साथ आइसोट्रोपिक सीटी-डेटासेट का उपयोग करके बनाया गया था। महाधमनी एन्यूरिज्म मॉडल की दीवार की मोटाई 2.5 मिमी पर स्थापित की गई थी जो मुद्रण सामग्री के तुलनात्मक तन्य परीक्षण परिणामों का अनुपालन करती थी (तन्य शक्ति: 0.62 ± 0.01एन/मिमी 2; एफअधिकतम:1. 55 ± 0.02 एन; विस्तार: 9.01 ± 0.34%) और पोर्सिन महाधमनी नमूने (चौड़ाई: 1 मिमी; एफअधिकतम:1.62 ± 0.83 एन; विस्तार: 9.04 ± 2.76%)।

प्रस्तुत 3डी-मुद्रित मॉडल सीटी-इमेजिंग में संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करते हैं। मुद्रित सामग्री को आसानी से आसपास के एगर और संभावित धातु प्रत्यारोपण(चित्रा 3 ए)से प्रतिष्ठित किया जा सकता है। इसलिए, गतिशील इमेजिंग दृश्यों को उत्पन्न करने के अलावा, सामान्य रूप से एक विपरीत एजेंट का उपयोग आवश्यक नहीं है। यह एंडोवैस्कुलर स्टेंटबेड़ा के मूल्यांकन के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है, क्योंकि यह संभावित कृत्रिम अंग बेमेल के दृश्य और बाद में एंडोलीक्स प्रदर्शित होने की अनुमति देता है।

दैनिक नैदानिक कार्य में एक प्रधान के रूप में, सोनोग्राफिक इमेजिंग प्रशिक्षण सेटअप के रूप में 3 डी-मुद्रित मॉडल के अनुप्रयोग के लिए एक प्रमुख उदाहरण है। यह दिल वाल्व गतिशीलता के मूल्यांकन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, साथ ही पूरे दिल की जांच, विशेष रूप से बाल रोग में । 3डी-मुद्रित मॉडल की अल्ट्रासोनिक इमेजिंग अल्ट्रासोनिक तरंगों की एक अच्छी पारमशीलता का पता चलता है। इसके अलावा, मॉडल की दीवार, आसपास के एगर और पतली गतिशील वस्तुओं के बीच अंतर करना संभव है, जैसे दिल वाल्व पत्रक(चित्रा 3B)। मॉडल के शीर्ष पर आगर परत स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान यथार्थवादी हैप्टिक प्रतिक्रिया प्रदान करती है।

प्रवाह लूप के भीतर प्रवाह विश्लेषण में 4डी-एमआरआई का उपयोग पूर्व-इंटरवेंशनल इमेजिंग में संभावित अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है। 4D-एमआरआई अनुक्रम 3 डी-मुद्रित मॉडल के भीतर तरल प्रवाह, अशांति और दीवार कतरनी तनाव के दृश्य को सक्षम बनाता है। यह कृत्रिम हृदय वाल्व के बाद प्रवाह पैटर्न के विश्लेषण के लिए अनुमति देता है, जो आरोही महाधमनी और महाधमनी आर्क(चित्रा 3 सी)में उच्च दीवार कतरनी तनाव और अशांति का कारण बन सकता है। अशांति और उच्च दीवार कतरनी तनाव का प्रभाव महाधमनी एन्यूरिज्म के विश्लेषण के लिए विशेष रूप से दिलचस्प है। इस प्रकार, 3 डी-मॉडल वक्ष और उदर महाधमनी दोनों में एन्यूरिज्म की घटना को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकते हैं।

3 डी मुद्रित हृदय मॉडल नैदानिक और इंटरवेंशनल कार्डियोलॉजी के लिए एक यथार्थवादी प्रशिक्षण वातावरण प्रदान करते हैं। सिमुलेशन सेटअप प्रशिक्षुओं को मार्गदर्शक तारों/कैथेटर की हैंडलिंग का अभ्यास करने और जहाजों और हृदय संरचनाओं के माध्यम से युद्धाभ्यास करने की अनुमति देता है, इंट्राकार्डिएक दबाव माप, स्टेनोटिक जहाजों या वाल्व के गुब्बारे फैलाव, स्टेंट की स्थिति और फैलाव, साथ ही एंजियोग्राफी इमेजिंग (3 डी-मॉडल, जैसे, हृदय वाल्व की आंतरिक संरचनाओं का दृश्य) । कौशल और दोनों भूमिकाओं के लिए कार्य, पहले और दूसरे ऑपरेटर, साथ ही दोनों के बीच संचार प्रशिक्षण के दौरान शामिल हैं । 3डी-मॉडलिंग सॉफ्टवेयर में 3डी-मुद्रित मॉडल का संशोधन मॉडल संरचना और आकार (वयस्क से वयस्क के लिए शिशु) के अनुकूलन को किसी भी प्रशिक्षण स्तर और लक्ष्यों में सक्षम बनाता है। इसलिए छात्रों के साथ-साथ दक्ष चिकित्सकों को प्रशिक्षण से लेकर एक ही हद तक लाभ मिलता है। सभी प्रशिक्षण स्तरों के लिए कार्यशालाएं - वर्षों के अनुभव के साथ बाल रोग विशेषज्ञों के लिए चिकित्सा छात्रों को सफलतापूर्वक 3 डी-मॉडल पर किया गया है जो सबसे आम जन्मजात दोषों का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिसमें पेटेंट डक्टस आर्टेरियोसस (पीडीए), पल्मोनरी वाल्व स्टेनोसिस (पीएस), महाधमनी वाल्व स्टेनोसिस (एएस), महाधमनी (सीओए) का कोऑर्केशन और एक्रियल सेप्टल डिफेक्टल (एएसडी) शामिल हैं। एक्स-रे इमेजिंग के तहत 3डी-मॉडल की उपस्थिति, साथ ही मॉडल के अंदर उपकरणों के हेरफेर से हैप्टिक प्रतिक्रिया, बेहद यथार्थवादी के रूप में मूल्यांकन किया गया था। 3 डी-मॉडल पर दोहराए जाने वाले प्रशिक्षण से 3 डी में अच्छी तरह से निपुण अभिविन्यास, हैप्टिक प्रतिक्रिया की बेहतर धारणा और - रोगी के लिए सबसे महत्वपूर्ण - विकिरण जोखिम को कम करना।

Figure 1
चित्रा 1:रेडियोलॉजिकल डेटासेट से प्रिंटेड एनाटॉमिकल मॉडल (पैथोलॉजी: इन्फ्रारेडल महाधमनी एन्यूरिज्म) तक डिजाइन स्टेप्स। (ए)सीटी-डेटासेट-आधारित सेगमेंटेशन प्रोसेस(बी)रफ 3डी-मॉडल के बाद सेगमेंटेशन(सी)संशोधित ट्यूबलर कनेक्टर्स के साथ चिकनी मॉडल(ई)परिभाषित दीवारी मोटाई(एफ)3 डी-प्रिंटेड मॉडल के साथ रक्त की मात्रा का अंतिम मॉडल । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2:फ्लो लूप का सेटअप। (A)फ्लो लूप का योजनाबद्ध मॉडल(बी)एलडब्ल्यूडी (1), एम्बेडेड मॉडल (2), एक जलाशय (3) और 3डी-प्रिंटेड ट्यूब कनेक्टर (वैकल्पिक) (4) के साथ फ्लो लूप का योजनाबद्ध मॉडल कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3:नैदानिक इमेजिंग तकनीक। (ए)एक 3डी-मुद्रित महाधमनी आर्क का सीटी-पुनर्निर्माण एक जैविक सर्जिकल हार्ट वाल्व के साथ(B)एक खुले जैविक शल्य चिकित्सा हृदय वाल्व के साथ 3 डी मुद्रित महाधमनी जड़ (1) की अल्ट्रासोनिक छवि (1) 2)(C)4D-MRI प्रवाह दृश्य में महाधमनी आर्क(डी)एक कैथेटर हस्तक्षेप के दौरान 3 डी मुद्रित बाल चिकित्सा दिल (1) के एक्स-रे इमेजिंग (2) कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

प्रस्तुत कार्यप्रवाह व्यक्तिगत मॉडल स्थापित करने की अनुमति देता है और इस तरह पूर्व-इंटरवेंशनल थेरेपी योजना, साथ ही व्यक्तिगत शारीरिक शरीर रचना पर चिकित्सक प्रशिक्षण करता है। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, रोगी-विशिष्ट टोमोग्राफिक डेटा का उपयोग लचीले हृदय प्रेत के विभाजन और 3 डी-प्रिंटिंग के लिए किया जा सकता है। नकली परिसंचरण में इन 3डी-मुद्रित मॉडलों के कार्यान्वयन से, विभिन्न नैदानिक स्थितियों को वास्तविक रूप से नकली किया जा सकता है।

आजकल, कई चिकित्सा योजना प्रक्रियाएं विभिन्न परिदृश्यों के डिजिटल सिमुलेशन पर ध्यान केंद्रित करती हैं, ताकि सबसे अनुकूल परिणाम10,11की पहचान की जा सके। इन इन-सिलिको सिमुलेशन के विपरीत, वर्णित 3डी-मुद्रित सेटअप प्रशिक्षण प्रक्रियाओं में स्पर्श प्रतिक्रिया को सक्षम बनाता है; स्पंदनीय परफ्यूजन में मानव मूल के करीब एक सामग्री अनुपालन संभव है। दूसरी ओर, कई प्रकाशित 3 डी-मुद्रित हृदय प्रेत केवल कठोर सामग्री का उपयोग करते हैं और इसलिए मुख्य रूप से दृश्य उपयोग12,13तक सीमित हैं।

हालांकि, यह समझना चाहिए कि वर्तमान 3डी-प्रिंटिंग तकनीकें और सामग्री प्रस्तुत कार्यप्रवाह14के लिए बायोमैकेनिकल गुणों को पुन: उत्पन्न करने में सबसे बड़ी सीमा बनी हुई है। जबकि शारीरिक आकार का सटीक मनोरंजन संभव है, बनाए गए मॉडल का यांत्रिक व्यवहार अभी भी देशी महाधमनी ऊतक से एक हद तक अलग होगा। एक प्रेत में अलग-अलग जैव-यांत्रिक गुणों के साथ विभिन्न ऊतकों की नकल करने के लिए, जहां तक यह संभव है, केवल कुछ परिष्कृत बहु-सामग्री 3डी-प्रिंटर15द्वारा पूरा किया जा सकता है। 3 डी-प्रिंटिंग के लिए ऊतक नकल करने वाली सामग्री बनाना वैज्ञानिक अनुसंधान का ध्यान केंद्रित रहता है; उपन्यास सामग्री के विकास और भी यथार्थवादी परिणाम16में परिणाम होगा ,17, जब तक, केवल व्यावसायिक रूप से उपलब्ध मुद्रण सामग्री और/या एक घटक-मुद्रण उपलब्ध है, प्रेत के यांत्रिक गुणों को दीवार की मोटाई की विविधताओं के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है, जैसा कि इस अध्ययन में किया गया था । इसलिए, अंतर्निहित टोमोग्राफिक डेटा से ब्याज के ऊतकों की मोटाई को डुप्लिकेट करने के लिए केवल अनुशंसित नहीं है। इस बात पर जोर देना महत्वपूर्ण है कि बाजार18पर विभिन्न सामग्रियों और अलग-अलग यांत्रिक गुणों के साथ विभिन्न 3डी प्रिंटर की एक विस्तृत श्रृंखला मौजूद है। इसलिए, 3डी-प्रिंटिंग से पहले व्यापक यांत्रिक परीक्षण की सिफारिश की जाती है। हृदय संरचनाओं के मुद्रण के लिए, (यानी, महाधमनी या वेंट्रिकुलर दीवारों), संदर्भ के लिए विभिन्न देशी ऊतक नमूनों की आवश्यकता होती है। वर्णित विभाजन और मुद्रण कार्यप्रवाह के बाद, लचीले और शारीरिक रूप से सटीक के साथ-साथ हृदय शरीर रचना की एक विस्तृत श्रृंखला के यथार्थवादी लेकिन यथार्थवादी 3 डी-मुद्रित मॉडल का निर्माण संभव है।

3डी-मुद्रित मॉडल की लागत-प्रभावशीलता सामग्री गुणों पर काफी निर्भर करती है। समग्र लागत को कम करने के लिए प्रत्येक मॉडल (यहां तक कि गुब्बारे के फैलाव के बाद) के उच्च स्थायित्व के हस्तक्षेप प्रशिक्षण में आवश्यक है। जब रोगी-विशिष्ट चिकित्सा योजना को देखते हैं, तो किसी को मुद्रित मॉडल के लाभकारी प्रभाव को ध्यान में रखना चाहिए। एक 3 डी मुद्रित मॉडल एक "मानक" शल्य चिकित्सा रोगी के लिए लागत प्रभावी साबित नहीं होगा, लेकिन जटिल शरीर रचना के साथ रोगियों में जबरदस्त अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है । इसलिए, प्रशिक्षण मॉडलों की लागत को उनके संभावित लाभों के खिलाफ तौला जाना चाहिए ।

अब तक, नैदानिक प्रशिक्षण के लिए कुछ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रेत बाजार पर मौजूद हैं; कुछ एकेडमिक मॉडल19,20प्रकाशित किया गया है . इन मॉडलों में आम तौर पर पूर्व-परिभाषित शरीर रचनाएं होती हैं और आमतौर पर रोगी-विशिष्ट सेटिंग्स में नियोजित करना मुश्किल साबित होता है। इसके अलावा, उच्च अधिग्रहण लागत चिकित्सकों के प्रशिक्षण में इन उपकरणों के व्यापक उपयोग को जटिल बनाता है। जरूरत पड़ने पर कम बजट पर प्रस्तुत कस्टमाइज मॉक सर्कुलेशन बनाया जा सकता है। रोगी-विशिष्ट डेटा के अधिग्रहण के साथ-साथ मॉक सर्कुलेशन के बाद के उपयोग के लिए टोमोग्राफिक, फ्लोरोस्कोपी और सोनोग्राफिक स्कैनर, विकसित देशों में किसी भी सामान्य या विश्वविद्यालय अस्पताल के मानक उपकरण हैं। हृदय शरीर रचना विज्ञान का विभाजन और आभासी 3 डी-मॉडल का निर्माण उल्लिखित लाइसेंस प्राप्त सॉफ्टवेयर के साथ किया जा सकता है, लेकिन फ्रीवेयर भी21उपलब्ध है। रेडियोलॉजिकल डेटासेट से 3डी-मॉडल बनाते समय फ्रीवेयर विकल्प उत्कृष्ट परिणाम प्रदान करते हैं, हालांकि सॉफ्टवेयर को व्यक्तिगत आवश्यकताओं में समायोजित करने के लिए उच्च मात्रा में प्रारंभिक कार्य की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, डिजिटल 3 डी मॉडल के बाद के संपादन के लिए एक अतिरिक्त सॉफ्टवेयर की आवश्यकता होती है, यही कारण है कि इन सभी पहलुओं को कवर करने वाला एक व्यापक सॉफ्टवेयर सुइट त्वरित और चिकनी कार्यप्रवाह के लिए अत्यधिक अनुशंसित है। यदि आवश्यक हो, तो लचीला प्रेत की छपाई अनुबंध 3डी-विनिर्माण द्वारा की जा सकती है यदि साइट पर कोई उपयुक्त 3डी-प्रिंटर नहीं है। ब्याज के क्षेत्र पर शारीरिक कमी से, 3 डी-मुद्रित प्रेत के आकार को कम किया जा सकता है, जो तेजी से मुद्रण समय और कम लागत के साथ आता है।

ऊपर वर्णित प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण बिंदु प्रारंभिक छवि अधिग्रहण है। नतीजतन, टोमोग्राफिक डेटा की गुणवत्ता जितनी अधिक होगी, उतना ही सटीक अंतिम 3डी-मुद्रित प्रेत साबित होगा। सीटी या एमआरआई से उपयुक्त डेटा प्राप्त करने में दो प्रमुख कारक हैं: कलाकृतियों की रोकथाम और स्थानिक संकल्प। कलाकृतियों को रोकने के लिए, आदर्श रूप से कोई धातु सामग्री (जैसे, प्रत्यारोपण) ब्याज के क्षेत्र के बगल में नहीं होगा, यदि कोई विशिष्ट विरूपण साक्ष्य कटौती तकनीक22उपलब्ध नहीं है। गति कलाकृतियों को कम करने के लिए, छवि अधिग्रहण23, 24के दौरान ईसीजी औरश्वसनट्रिगर किया जाना चाहिए। स्थानिक संकल्प इमेजिंग डिवाइस पर निर्भर करता है; हालांकि, अत्यधिक डिजिटल पोस्टप्रोसेसिंग के बिना उपयुक्त 3डी-मुद्रित प्रेत प्राप्त करने के लिए 1.0 मिमी या उससे कम की एक टुकड़ा मोटाई आवश्यक है।

उपर्युक्त मॉड्यूलरिटी, लागत-प्रभावशीलता के साथ-साथ बहुमुखी प्रतिभा दैनिक नैदानिक दिनचर्या में पूरक उपयोग के लिए व्यक्तिगत मॉक सर्कुलेशन को संवेदनशील बनाता है। प्रस्तुत विधि नैदानिक और बुनियादी अनुसंधान क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए फायदेमंद हो सकती है। यथार्थवादी मॉडल का उपयोग युवा डॉक्टरों और छात्रों को सोनोग्राफी की मूल बातें, साथ ही हस्तक्षेप तकनीकों को पढ़ाने के लिए उत्कृष्ट है। विशेष रूप से हस्तक्षेप के साथ, इस तरह के एक मॉडल प्रौद्योगिकी और अधिक सुलभ प्रदान करेगा और डॉक्टरों के समग्र ज्ञान के आधार में वृद्धि, दीर्घकालिक । सीटी और एमआरआई इमेजिंग, खासकर जब महाधमनी जहाजों में हीमोडायनामिक प्रवाह पैटर्न को देखते हैं, तो बुनियादी विज्ञान दोनों में एक प्रमुख अतिरिक्त हो सकता है, साथ ही सर्जिकल और ट्रांसकैथेटर हस्तक्षेपों के परिणाम का निर्धारण भी हो सकता है।

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Disclosures

लेखक हितों के टकराव की घोषणा नहीं करते हैं ।

Acknowledgments

इस प्रकाशन को जर्मन हार्ट फाउंडेशन/जर्मन फाउंडेशन ऑफ हार्ट रिसर्च ने समर्थन दिया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-matic Materialise AB Software Version 15.0 - Commercial 3D-Modeling Software
Affiniti 50 Philips Medical Systems GmbH Ultrasonic Imaging System
Agilista W3200 Keyence Co. Polyjet 3D-Printer with a spatial resolution of 30µm
AR-G1L Keyence Co. flexible 3D-Printing material
Artis Zee Siemens Healthcare GmbH Angiographic X-ray Scanner
cvi42 CCI Inc. Software Version 5.12 - 4D Flow Analysis Software
Diagnostic Catheter, Multipurpose MPA 2 Cordis, A Cardinal Health company Catheter for pediatric training models, Sizes 4F for infants and 5F for children, young adults
Excor Ventricular Assist Device Berlin Heart GmbH 80 -100ml stroke volume
Imeron 400 Contrast Agent Bracco Imaging CT - Contrast Agent
IntroGuide F Angiokard Medizintechnik GmbH Guidewire with J-tip; diameter: 0.035" length: 220cm
Lunderquist Guidewire Cook Medical Inc. (T)EVAR interventional guidewire
MAGNETOM Aera Siemens Healthcare GmbH MRI Scanner
Magnevist Contrast Agent Bayer Vital GmbH MRI - Contrast Agent
Mimics Materialise AB Software Version 23.0 - Commercial Segmentation Software
Modeling Studio Keyence Co. 3D-Printer Slicing Software
PVC tubing
Radifocus Guide Wire M Terumo Europe NV Straight guidewire; diameter: 0.035" length: 260cm
Really useful box 9L Really useful products Ltd.
Rotigarose - Standard Agar Carl Roth GmbH 3810.4
Solidworks Dassault Systemes SE Software Version 2019-2020; CAD Design Software
SOMATOM Force Siemens Healthcare GmbH Computed Tomography Scanner
syngo via Siemens Healthcare GmbH Radiological Imaging Software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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चिकित्सा अंक 167 3 डी-प्रिंटिंग हृदय चिकित्सा योजना रोगी विशिष्ट प्रशिक्षण मॉडल हस्तक्षेप
इंटरवेंशनल प्लानिंग एंड ट्रेनिंग के लिए 3डी-प्रिंटेड कार्डियोवस्कुलर फैंटम्स का विकास और मूल्यांकन
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Grab, M., Hopfner, C., Gesenhues, A., König, F., Haas, N. A., Hagl, C., Curta, A., Thierfelder, N. Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training. J. Vis. Exp. (167), e62063, doi:10.3791/62063 (2021).

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