Login processing...

JoVE Journal
Bioengineering

This content is Open Access.

JoVE Journal Bioengineering

Pasientspesifikk polyvinylalkohol phantom fabrikasjon med ultralyd og røntgenkontrast for hjernesvulstkirurgi planlegging

Isolation of Primary Human Colon Tumor Cells from Surgical Tissues and Culturing Them Directly on Soft Elastic Substrates for Traction Cytometry

Journal (Bioengineering)

Isolation of Primary Human Colon Tumor Cells from Surgical Tissues and Culturing Them Directly on Soft Elastic Substrates for Traction Cytometry

Transplantation of Induced Pluripotent Stem Cell-derived Mesoangioblast-like Myogenic Progenitors in Mouse Models of Muscle Regeneration

Journal (Bioengineering)

Transplantation of Induced Pluripotent Stem Cell-derived Mesoangioblast-like Myogenic Progenitors in Mouse Models of Muscle Regeneration

Click here for the English version

Pasientspesifikk polyvinylalkohol phantom fabrikasjon med ultralyd og røntgenkontrast for hjernesvulstkirurgi planlegging

Article DOI: 10.3791/61344-v

July 14th, 2020 •

Eleanor C. Mackle*^1,2, Jonathan Shapey*^1,2,3,4, Efthymios Maneas^1,2, Shakeel R. Saeed^3,5,6, Robert Bradford³, Sebastien Ourselin⁴, Tom Vercauteren⁴, Adrien E. Desjardins^1,2

¹Wellcome / EPSRC Centre for Interventional and Surgical Sciences, University College London, ²Department of Medical Physics and Biomedical Engineering, University College London, ³Department of Neurosurgery, National Hospital for Neurology and Neurosurgery, ⁴School of Biomedical Engineering & Imaging Sciences, King's College London, ⁵The Ear Institute, University College London, ⁶The Royal National Throat, Nose and Ear Hospital, London

* These authors contributed equally

Chapters

Summary
Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

July 14th, 2020

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Denne protokollen beskriver fabrikasjonen av en pasientspesifikk hodeskalle, hjerne og tumorfantom. Den bruker 3D-utskrift for å lage former, og polyvinylalkohol (PVA-c) brukes som vev etterligne materiale.

Transcript

Phantom-modeller er viktige verktøy, men det er utfordrende å gjøre dem anatomisk nøyaktige. Denne protokollen bruker CT og ultralyd for å skape et pasientspesifikt fantom som inkluderer en svulst. Vi bruker komplekse heterogene modeller og 3D-utskrift for å oppnå en høy grad av anatomisk realisme.

Pasientspesifikke hjernefantomer er svært nyttige da de tillater kirurgisk planlegging og klinisk trening, og de tillater kirurger å praktisere nye teknikker og teste nye instrumenter og maskinvare. Etter å ha fått preoperative kontrastforbedrede T1-vektede MR- og volumetriske CT-data, laster du bildene inn i et 3D-modelleringsprogram og bruker det enkle snittverktøyet til å dele hjernesegmenteringen i to halvkuler. Lagre hver halvkule som separate høyre og venstre hjerne STL filer og importere filene til en passende dataassistert design program.

I mesh-arbeidsområdet bruker du reduser-funksjonen til å redusere størrelsen på hver modell så mye som mulig, slik at den kan håndteres av programmet samtidig som du beholder alle nødvendige detaljer. I det solide arbeidsområdet bruker du verktøyet for å konvertere det importerte nettet til en brødtekst som kan manipuleres. Klikk opprett og boks for å tegne en boks rundt svulsten, rotere visningen for å sikre at boksen helt omslutter svulsten på alle sider.

Angi boksen som en ny brødtekst i rullegardinmenyen for drift. Klikk på endre-fanen og bruk kombinasjonsverktøyet til å kutte svulsten fra boksen for å lage en boks med en hul form av svulsten inni den. For å lage fly gjennom boksen på de stedene som formen skal kuttes, klikk konstruere og midtfly for å lage et fly gjennom midten av boksen.

Høyreklikk på midtflyet og velg offsetplan for å plassere flyet mer presist. Under kategorien endre bruker du den delte kroppsfunksjonen til å dele formen langs de opprettede planene og klikker på opprett skisse og senterdiametersirkel for å legge til små sirkulære nagler i ansiktet på hver del av formen. Høyreklikk for å ekstrudere sirklene utover noen få millimeter på det ene ansiktet og ekstrudere dem innover på det tilsvarende ansiktet.

Lagre deretter hver del av formen som en egen STL-fil. Hvis du vil skrive ut 3D-hjerne- og tumorformene, velger du en stor laghøyde på ca. 0,2 millimeter og en lav påfyllingsverdi på 20 % i 3D-utskriftsprogramvaren. Hvis formene er plassert riktig på bunnplaten, bør støttematerialer ikke være nødvendig.

Skriv ut formene ved hjelp av et stivt materiale som polylaktisk syre. Før du skriver ut skallen mold, velg legg til støtte i programvaren for å bruke PVA som støttemateriale. For å forberede PVA for modellene, varme 1, 800 gram deionisert vann til 90 grader Celsius i en to liter konisk kolbe og måle ut 200 gram PVA pulver.

Plasser en elektronisk røre i kolben, og vær forsiktig så det ikke berører bunnen eller sidene. Sett hastigheten til 1500 omdreininger per minutt. Tilsett PVA pulveret til kolben over en periode på ca. 30 minutter.

Når hele PVA er lagt til, rør oppløsningen i ytterligere 90 minutter. Når en klebrig gel er oppnådd, fjern kolben fra vannbadet og dekk toppen med plastfolie for å forhindre dannelse av en hud på toppen av materialet. Når den er avkjølt, vil PVA vises gjennomsiktig.

Hell den i et beger. Små hvite krystaller kan observeres, men eventuelle bobler på overflaten må forsiktig skrapes av. Tilsett deretter 0,5% kaliumsorbat til PVA som konserveringsmiddel og rør oppløsningen grundig.

For å forberede fantomene, mål ut nok PVA til å fylle tumorformen i et beger og hell resten i et eget beger. For å forberede PVA for svulsten, tilsett 1% glassmikrosfærer for ultralydkontrast og 5% bariumsulfat for røntgenkontrast til det første begeret. Rør den resulterende oppløsningen for hånd.

Sonicate begeret for å sikre homogen blanding av tilsetningsstoffer og la løsningen avkjøles i ca 10 minutter, fjerne eventuelle bobler ved skraping etter behov. Fest tumorformen sammen og hell PVA gjennom hullet i toppen av formen. La PVA hvile i noen minutter for å tillate eventuelle bobler dannet i helleprosessen å unnslippe gjennom hullet, før du plasserer formen i en minus 20 grader Celsius fryser.

Etter seks timer, tine formen i seks timer ved romtemperatur. Gjenta den 12-timers fryse-tinesyklusen, og fjern deretter forsiktig formen fra modellen. Lag cerebellum og hjernen halvkule modeller i de riktige formene som nettopp demonstrert.

Etter den andre fryse-tine syklus for hver fantom modell stykke, forsiktig fjerne modellene fra formene og plassere lillehjernen tumor fantom på spissen ved foten av skallen bunnmodell. Plasser de to hjernehalvdelene i den øverste delen av lillehjernen tumor stykke og plassere de fire plugger i hvert rom på skallen bunnmodell. Plasser deretter skallen toppmodell på toppen.

Om nødvendig kan modellen manøvreres i ønsket posisjon for å simulere intraoperativ bruk i kirurgi. Etter protokollen som demonstrert, kan et anatomisk realistisk fantom bestående av en pasientspesifikk hodeskalle, hjerne og svulst fabrikkeres. De relevante anatomiske strukturene for fantomet segmenteres ved hjelp av pasient-MR- og CT-data.

Masker kan deretter opprettes for hver del av modellen for å produsere 3D-formene som demonstrert. Lillehjernen mold er den mest komplekse å designe og montere. Skallen er den vanskeligste delen å skrive ut som det krever støttemateriale.

Det ferdige fantomet tilbyr en realistisk modell av pasientens hodeskalle, hjerne og svulst. De to hjernehalvdelene produseres separat og har et realistisk utseende med gyri og sulci i hjernen. Lillehjernen passer komfortabelt inn i bunnen av den trykte skallen og hjernehalvdelene sitter på toppen av denne strukturen.

Svulsten er lett synlig i lillehjernen som den ekstra kontrasten lagt til svulsten resulterer i en off-white farge som skiller den fra det omkringliggende materialet som det er festet til. Svulsten kan visualiseres i fantomet med både CT og ultralydavbildning. Pasientens intraoperative ultralyddata kan deretter brukes til å sammenligne fantombildene med de virkelige pasientbildene.

Når du oppretter formene, vær spesielt oppmerksom på kuttenes posisjon for å sikre at fantomet vil kunne fjernes når det har størknet. Ved å skape et pasientspesifikt hjernefantom, har vi vært i stand til å teste et nytt nevrale navigasjonssystem som også kan brukes til å trene nevrokirurger i bruk av intraoperativ ultralyd.

X

Simple Hit Counter