Anatomik olarak gerçekçi yenidoğan kalp modeli kullanılmak üzere yenidoğan hasta simülatörleri

Özet

Bu iletişim kuralı manyetik rezonans görüntüleme, 3D baskı ve enjeksiyon kalıplama bileşimi kullanarak işlevsel yapay yenidoğan kalp modelleri oluşturmak için bir yordam açıklanır. Bu modellerin entegre edilebilen fizyolojik ve anatomik araştırmalar yeni nesil Yenidoğan hasta simülatörleri ve bir araç olarak hazırlanmıştır.

Özet

Yenidoğan hasta simülatörleri (NPS) tıbbi simülasyon eğitimi bağlamında kullanılan yapay hasta Suretler. Neonatologists ve hemşirelerin klinik müdahaleler gibi bradikardi veya kardiyak arrest durumunda hasta hayatta kalmasını sağlamak için göğüs sıkıştırma uygulama. Şu anda kullanılan simülatörleri düşük fiziksel aslına uygunluğunu vardır ve bu nedenle göğüs sıkıştırma yordamı nitel bilgi sağlayamaz. Bir anatomik olarak gerçekçi kalp modeli gelecekte simülatörleri kardiyak çıkış göğüs sıkıştırma sırasında oluşturulan algılanmasını sağlar katıştırma; Bu kan akımı oluşturulan miktarı ile ilgili olarak sıkıştırma etkisi anlayışı derinleştirmek bir çıkış parametresi klinisyenler sağlayabilir. Bu izleme elde önce bir anatomik olarak gerçekçi kalp modeli içeren oluşturulmalıdır: iki kulakçık, iki ventrikül, dört kalp kapakları, pulmoner damarlar ve arterler ve sistemik damarları ve arterler. Bu iletişim kuralı, manyetik rezonans görüntüleme (MRG), 3D baskı ve soğuk enjeksiyon şeklinde döküm bir birleşimini kullanarak böyle bir işlevsel yapay yenidoğan kalp model oluşturma yordamı açıklanmaktadır. Esnek 3D yazdırılan iç kalıpları içinde enjeksiyon kalıplama işlemi ile bu yöntemi kullanarak, bir anatomik olarak gerçekçi kalp modeli elde edilebilir.

Giriş

Her yıl milyonlarca ventilasyon yenidoğan yoğun bakım üniteleri (NICU) kazanmışlardır. NICUs, en acil sorunları hava yolu, solunum ve dolaşım (ABC) ile arasında bir ilişki ve göğüs sıkıştırma gibi müdahaleler gerektirir. NPS bir değerli öğretim ve eğitim aracı böyle müdahaleler uygulamaya sunuyoruz. Bazı olabilmesi için katıştırılmış sensörler performans derinlik ve göğüs sıkıştırma hızı için önerilen klinik yönergeleri¹ uygun olup olmadığını algılayabilir. Kurallara aderans hesaplamak ve performansını ölçmek için kullanılabilir ve bu bağlamda, böyle sanatın devlet NPS performans değerlendirilmesi için bir somut ve beyaz kutu ölçü olarak görüntülenebilir.

Önerilen kurallara aderans hasta Fizyoloji artırmayı amaçlamaktadır. Örneğin, kalp masajına yeterli kan akımı dolaşım sistemi oluşturma amacı ile teslim edilir. Geçerli yüksek sadakat (Örneğin, PremieAnne (Laerdal, Stavanger, Norveç) ve Paul (SIMCharacters, Viyana, Avusturya)), NPS için entegre bir kalp bulunmadığından eğitim sırasında kan akımı gibi fizyolojik parametrelerini ölçmek için herhangi bir sensörler içermez Bu fizyolojik parametre oluşturmak. Göğüs sıkıştırma geçerli NPS'de etkinliği bu nedenle fizyolojik bir düzeyde değerlendirilemez. Kalp masajına fizyolojik değerlendirilmesi etkinleştirmek olabilmesi için NPS entegre olmak anatomik olarak gerçekçi yapay bir kalbin var. Ayrıca, araştırma² fiziksel anatomik sadakat artış NPS fonksiyonel kalitesini bir artışa neden olabilir gösterir. Fiziksel olarak yüksek sadakat organ sistemine entegre eğitim fonksiyonel sadakat yararlanın ve fizyolojik performans değerlendirme etkinleştirmek.

NPS kalitesini önemli bir artış ile 3D baskı elde edilebilir. Tıpta, 3D görüntüleme ve yazdırma çoğunlukla cerrahi hazırlık ve implantlar^3,4,5oluşturulması için kullanılır. Örneğin, cerrahi simülasyon alanında, organları cerrahlar cerrahi işlemler⁶yapılması hakkında eğitmek için üretilmektedir. 3D baskı olanakları henüz kapsamlı NPS'de uygulanmadı. 3D görüntüleme ve 3D baskı ile birlikte fiziksel sadakat daha yüksek bir seviyeye ulaşmasını NPS için olasılığı açılır. Kalp gibi gelişmiş, esnek, yenidoğan organlarda çoğaltma teknikleri ve 3D yazdırma⁷için kullanılan malzemelerin hiç genişleyen yelpazesi nedeniyle mümkün olur.

Bu yazıda, fonksiyonel, yapay yenidoğan kalp bir MRI, 3D baskı ve soğuk enjeksiyon kullanarak oluşturmak için bir protokol ayrıntı. Bu kağıt kalp modelinde iki kulakçık, iki ventrikül, dört işlevsel Subaplar ve pulmoner ve sistemik atar ve toplar damarlardaki tüm döküm bir tek silikon üretilen içerir. Kalp modeli bir sıvıyla dolu, sensörler ile donatılmış ve çıkış parametresi jeneratör (yani, kan basıncı ya da kardiyak çıkış sırasında göğüs sıkıştırma ve Vana işlevselliği) kullanılıyor.

Protokol

Tüm kurumsal onayları önce hasta görüntüleme elde edilmiştir.

1. görüntü edinme ve segmentasyon

1. Bir kardiyolojik Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) biçiminde torasik MRI tarama elde etmek. Tarama ventrikül diyastolik kalp döngüsü aşamasında her dilim yakalamak veya torasik MRI otopsi alın.
   Not: Kalp kası, hem de kulakçık ve ventriküller, gözle görülür net bir tanımı esastır.
2. İşleme yazılımı kullanarak (bakınız Tablo reçetesi) alma torasik MRI DICOM dosyası. 'Maskeleri düzenleme' menü öğesini kullanarak, kalbi mevcut nerede her MRI dilim üzerinde kalp kası alanı seçin. Kulakçık ve ventriküller, bu durumda, de karşılanabilir.
3. Yeni bir kroki katman oluşturun ve ayrı ayrı iki kulakçık ve iki ventrikül seçimi kalp kası için aynı şekilde bölümlere ayırmak. Kulakçık ve ventrikül arasında ve ventrikül ve arterler arasında mevcut vanalar segment yapmak.
4. Kas render ve odalar ayrı 3D temsilcilikleri 'Calculate 3D' menüsünü kullanarak içine madde ve 'STL +' menü öğesini kullanarak en iyi çözünürlük ayarları kullanarak beş stereolitografi (.stl) dosyaları olarak dışa aktarın.
5. The.stl dosyaları CAD yazılımı yüklemek ( Tablo malzemelerigörmek). Örtüşen üçgenler ve kötü kenarları the.stl dosyaları onarmak için düzeltme Sihirbazı menü öğesini kullanın. The.stl dosyalarını yeniden kaydedin.
   Not: Kalbi MRI kullanılabilir durumdaysa, bu protokol için kullanılan kalp modeli kullanmayı düşünün. Bu dosyayı da ayrı kalp kapak modelleri içerir. Dosyaları indirmek için buraya tıklayınız.

2. işleme ve kalıp baskı

1. Kulakçık ve ventrikül kümesi bir bilgisayar destekli tasarım yazılımı yüklemek ( Tablo malzemelerigörmek). Dosyaları indirmek için buraya tıklayınız.
   1. Özgün MRI (Şekil 1) kullanarak aort, akciğer, mitral ve trikuspit kapakların konumu belirleyin.
2. Her vana pozitif ve negatif kalıp yarısı onların anılan sıraya göre konumunu kulakçık ve ventrikül için yüklü küme işlev 'bölümü Ekle' aktive geçerli dosyaya (Yukarıdaki linki elde edilen) Vana dosya sürükleyerek ekleyin. Yerleştirme konumunu Kulakçık veya ventrikül yüzeyinin konumunu tıklatılarak belirtilir.
   1. Pozitif ve negatif Vana kullanarak Bankası Yükselt ' Özellikler sekmesini > patron/taban Yükselt ' onların anılan sıraya göre odaları çıkıntı ve onların anılan sıraya göre odasına vana parçaları birleştirmek için.
      Not: Mitral kapak triküspid, aort, süre iki semilunar bölümden oluşur ve pulmoner vanalar üç oluşur.
3. 2.2. adımda açıklanan yordamı kullanarak ilgili ventrikül konumlarına pulmoner ve aort kapak dosyası ekleyin. Bu kapakların en baştan, 5 mm çapında iki kemer silindir yanında tıkırtı kroki ' skeç sekmesi > Daire ' kabataslak bir takip kemerli satırını kullanarak ' Özellikler sekmesini > patron/taban süpürme ' her iki dairesel silindir yüzeyler yatay konumu ulaşana kadar. Onların anılan sıraya göre ventrikül ve arterler için vana parçaları birleştirmek.
4. Her biri dört odalarının yanı sıra iki kemerli silindir tabanından tıklatarak 5 mm çapında dikey silindir çizmek ' skeç sekmesi > Daire ' madde ve onları 40 mm uzunluğunda tıklayarak Yükselt ' Özellikler sekmesini > patron/taban bükün ' madde. Onların kendi odasına çıkıntı her silindir izin.
   1. Altı iç parçalar kalıp montaj zaman konumlandırma chambers emin olmak için fark çentikler altı silindir (Şekil 2) semicircles silindir üzerine çizim ekleyin: tıklayın ' skeç sekmesi > Daire kroki ' menü öğesini ve kullanımı ' Özellik sekmesi > kesme/Yükselt ' farklı derinlik girintilerine oluşturmak için menü öğesi.
      1. Odalar ve katı beden odasının seçerek arterler ve sağ tıklatıp sonra çıkarma ayarı seçilebilir 'birleştirmek' işlev tuşuna basarak arter, onların şekillerden çıkartma. Bölümleri birleştirme değil. Tüm odalar ve damar ayrı olarak kaydedin.
5. Kalp kas modeli alın. Yeni bir taslak başlayan ve 'shift' tuşunu basılı tutarak tüm silindir temel çizimler seçerek altı silindirli temel çizimler ofset. O zaman, seçme ' skeç sekmesi > varlıklar menü öğesini dönüştürmek. Seçin ' skeç sekmesi > skeçler 2 mm tarafından Ofset için varlıkları menü öğesini ofset.
   1. Bükün ve tıklatarak bu çizimler birleştirme ' Özellikler sekmesini > Yükselt patron/bass menü öğesi ile kalp kas modeli; Kemer silindir için yineleyin. Tıklatarak bu silindir kalp kas modeli ile birleştirme ' Özellikler sekmesini > patron/bass menü öğesini yükselt.
      Not: kulakçık karşısında kalp kas modeli 2 mm mesafe (Şekil 1) olduğundan emin olun. Aksi takdirde duvar iç kalıpları kaldırırken rüptürü.
6. İlk başvuru düzlemi tıklatarak yerleştirerek aşağı altı silindir tabanı bir küp model ' Özellikler sekmesini > Referans Geometri > Uçak '. Bundan sonra tıklayın ' skeç sekmesi > Meydanı ' menü öğesini ve kroki bir uzunluk ve genişlik yani 4 mm kalp kas modeli en geniş bölümünü daha geniş bir kare.
   1. Bu aşağıya doğru 8 mm kalınlığında ile tıklayarak Yükselt ' Özellikler sekmesini > patron/taban Yükselt ' menü öğesinin ve bu 'parçaları birleştir' menü öğesini işaretleme altı silindir tabanına birleştirme. Dört bir yanına Bankası üzerinde aynı yöntemi kullanarak 4 mm küp ekleyin.
7. Kare Kaide bir kroki kullanarak, tüm kalp modeli kapak ve bu diğer tüm bölümleri çıkarmak için A'ya. Kalp modeli en geniş kısmında kalan dikdörtgenin üst kısmı bölün. Başvuru düzlemi istenilen yükseklik kullanmada birinci ' Özellikler sekmesini > Referans Geometri > uçak. Bundan sonra menü öğesini kullanmak ' Ekle > kalıpları > Böl ' üzerinde bölünmüş olan yer ve bölme gerektiren nesne almak yüzeye seçmek için.
   1. Artık dikdörtgen bölünmüş tekrar en uygun kalıp 2.7 dikey pozisyonda henüz adımda açıklanan aynı yöntemi kullanarak konumunu serbest bırakın. 4 mm küp yuva kalıp boyuna bölgelerinde bulunan kroki ve üst kapağı kullanarak köşeleri için 4 mm küpleri ekleyin ' skeç sekmesi > Meydanı ' ve ' Özellikler sekmesini > patron/taban Yükselt ' menü öğeleri.
8. Tüm dış kalıp modelinin üst kapsayan çapı 1 mm 50 daire kroki ve kesim bunlar aracılığıyla tüm dış kalıpları bükün. Ayrıca, kalp kas modelinin en geniş yerlerinde üst kapağı kenarında birkaç 1 mm silindir A'ya. Kesme-A'ya üst kapağı tek 8 mm iğne deliğinden.
   1. Dört dış kalıp parçaları ayrı ayrı kaydedin.
      Dikkat: toplamda, olmalıdır on kalıp bileşenleri: kalıp, iki dış kalıp yan paneller, bir dış kalıp üst kapağı, vana ekleri olan iki iç kalıp atria, iki iç kalıp ventrikül Vana eki olan ve her aort ve pulmoner iç biri kalıp arter Vana montaj ile.
9. Jeti bir yazıcıya yazdırmak için yüklü katı ve kauçuk benzeri Fotopolimer malzemelerle kullanın.
   (bkz. Tablo malzeme). Parçaları yazdırmak için yazdırma yatağa yerleştirirken, vana negatifleri tüm basılı bakan yukarı sağlamak (dikey) (Şekil 3).
   1. Parlak için yazdırma ayarlarını seçin. Dört chambers gibi için akciğer ve aort kalıp ekleri, esnek S95 malzeme seçin; diğer dört kalıp parçaları için katı yazdırma malzeme seçin.
10. Kalıp parçaları yazdırdıktan sonra yazdırma sırasında waterjet tarafından inşa destek malzeme çıkarmak ( Tablo malzemelerigörmek). Kalıp parçaları temizlendikten sonra 24 h için % 5 sodyum hidroksit çözüm parçaları yerleştirin. Eriyik--dan belgili tanımlık taksimat çıkardıktan sonra yıka döküm önce 48 saat için kuru için soğuk su ve bırak kullanarak.

3. soğuk enjeksiyon kalıplama ve bitirme

1. Tüm kalıp parçaların tüm yüzeylerde bir yayın aracı ile sprey (bkz. Tablo malzemeler), Vana ve temiz kağıt mendil ile temizleme işlemi dışında. 15 dakikadır kurumaya bırakın.
   1. Kalıp ve iki yan paneller kapatın ve kalıp tabanına tablo yüzey ile doğrudan temas değil bu yüzden iki çubukları üstüne yerleştirin. Silikon silikon kartuş kullanım kılavuzuna ekleyerek hazırlamak dağıtımı silah ( Tablo malzemelerigörmek).
2. 5 mL silikon losyonlu silahtan bir ölçme fincan ve bir kürdan karışımının içine sıkılmış de ekleyin. Bir kürdan kullanarak, erimiş silikon bol miktarda sağ kulakçık ve ventrikül vanalar negatif ve pozitif tarafına uygulanır. Silikon (Şekil 4) entrapped hava hava kabarcığı yok olduğundan emin olun.
   1. Doğru Vana açıyla iki odaları bağlayın ve bunları temel kalıp onların anılan sıraya göre silindir itin. Bu sol taraf için tekrarlayın. Son olarak, pulmoner ve aort kemerli silindir benzer şekilde takın. Bu kapakların için 2 dk katılaşmaya terk sonra kalıp üst kısmı iliştirin.
3. Statik bir karıştırıcı için kartuşu takın, silikon meme çıkıyor kadar sıkmak, sonra basıncı. Pozisyon iki çubukları (Şekil 5), üzerinde tüm kalıp eklemek silahı 8 mm enjeksiyon kalıplama soket ve düşük basınç ile sıkmak 3 dk boyunca tüm havalandırma göstermek işaret-in silikon taşma kadar.
   1. Bu noktada silikon enjekte durdurmak, mikser kaldırmak ve böylece tüm alt havalandırma kapalı ve hiçbir daha fazla silikon kalıp alt akabilir kalıp tablo yüzeyine yerleştirin. Silikon için 30 dk kuvvetlendirmek için bırakın.
4. Kalıp üst kısmı meraklı ve kalıp üst ve alt parçası arasında çatlamak içine metal ayırıcı kaldırma açın. Bir tarafı teker teker kaldırma aynı yöntemi kullanarak kalıp yan bölümlerini kaldırın.
   Not: kalp duvar spacer eklerken ponksiyon değil emin olun.
   1. Kalp dış, herhangi bir hava kabarcıkları üç dış kalıp bileşenleri (Şekil 6) bırakmadan sonra algılamak. Kabarcık işlemek ve bir kürdan kullanarak bir miktar silikon ile doldurmak için neşter kullanın, daha sonra başka bir 30 dk için tedavi için bırakın.
5. Basınçlı hava kullanmanızı (kalp model altı iç kalıpları kalp modelinde bırakarak kalıp tabanına kapalı darbe için Malzemeler tablobkz:). Kalp modeli kalp duvar rüptür hava önlemek için tek elle sıkıca aldığınızdan emin olun.
   1. Bir şırınga su ile doldurun ve iç kalıpları serbest bırakmak için sol ve sağ ventrikül basınç için kullanın. Bundan sonra kapmak ve bu iç iki kalıp parçalar çekmek için bir Magill forseps ( Tablo malzemelerigörmek) kullanın. Aort ve pulmoner arterler için bu adımları tekrarlayın ve son olarak sol ve sağ kulakçık iç kalıpları kaldırmak için.
      Not: kelepçe basınç uygulandığında forseps konumlandırma Vana segment sıkıştırmak değil emin olun; yazdırılan Vana yok ederler.
6. Doğrudan aşağıya doğru önde gelen ventrikül kravat tamamladı kullanarak kalp modeli dibinde iki tüp bağlama ve kalp duvar yüzeyi koparma tarafından erişim hava havalandırma dizeleri kaldırın.

Sonuçlar

Bu çalışmada Mr görüntüleme, 3D baskı ve soğuk enjeksiyon kalıplama birleştiren bir anatomik olarak gerçekçi yenidoğan kalp modeli oluşturmak için bir yöntem ayrıntıları. Ductus arteriosus gibi deliği ovale bu raporda sunulan kalp modeli dahil değildi. Bu makalede açıklanan yöntemi, akciğer ve göğüs kafesi yapıları gibi diğer iç organlara da uygulanabilir. Göğüs kafesi yapıları yok kalıpları gerektirir ve doğrudan esnek malzemeler kullanılarak yazdırılabilir. (Şekil 7...

Tartışma

Bu çalışmada geliştirilen model için 3 dk süre içinde enjeksiyon döküm (Şekil 5, Şekil 6) giren hava önlemek için gerekli tespit edilmiştir. Silikon kapakların dar alanlarda ulaştığından emin olmak için "öncesi döküm" veya "kaplama" kalıp Vana yerlerde esastır. Kalp odaları şekillendirme iç kalıpları 5 mm açıklıklar döküm son silikon çıkmak olduğundan, çoklu malzeme 3D baskı kalıpları için bir tek döküm kalp model (Şekil 4) oluşturm...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Ecoflex 5	Pürüzsüz		Silikon döküm malzemesi
400ml Statik karıştırıcılar	Pürüzsüz		Karıştırma tüpleri
Manuel dağıtım tabancası			Enjeksiyon kalıplama için kullanılır
5-56 PTFE sprey	CRC		Kalıplar için kalıp ayırıcı
Sodyum-hidroksit	N/A		Bu, hırdavatçıda kuru,% 99 saf halde kostik soda olarak satın alındı. Yaygın olarak bulunabildiği için firma tarafından belirlenmiş bir
firma bulunmamaktadır VeroWhite	Stratasys		Baskıda kullanılan sert malzeme
TangoBlackPlus	Stratasys		Baskıda kullanılan kauçuk malzeme
Destek Malzemesi	Stratasys		tarafından kullanılan standart destek malzemesi
Magill Forseps	GIMA		Bebek boyutu. Bu,
Stratasys Connex 350	Stratasys'in		; Bu makineye sahip olunmuyorsa, başka bir seçenek de parçaların basılmasını ve sevk edilmesini sağlamak için parçaların 3D hub'lar gibi üçüncü taraf bir baskı firması aracılığıyla yazdırılmasıdır.
Balco Powerblast (Su Jeti)	Stratasys
Euro 8-24 Set P (Hava Kompresörü)	iSC	4007292
Künt iğneli şırınga	N/A		0,5 mm çapında künt iğneli 20 ml şırınga.
Mimics 17.0 yazılımı	Materialise		Bu yazılım, kalp modelini MRG'den ayırmak için kullanıldı. InVesalius veya Osirix gibi sevaral ücretsiz MRI görüntüleme yazılımı araçları mevcuttur, ancak daha az işlevsellik sağladıkları kanıtlanabilir.
Magics 9.0 yazılımı	Materialise		Bu, mimics tarafından oluşturulan .stl dosyalarını onarmak ve düzgünleştirmek için kullanıldı. Bu yumuşatma ayrıca  diğer birçok 3D modelleme ücretsiz yazılımında yapılabilir.
Solidworks			Yazılımı. Diğer birçok ücretsiz CAD yazılımı, işlemenin bu aşamasını gerçekleştirmek için kullanılabilir.

Pürüzsüz iç kalıplarını çıkarmak içindirKalp modelini düzenlemek için kullanılan