Bioengineering
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手術前計画と実習訓練における応用を有する患者特異的シリコーン心臓モデルの作成
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Summary February 10th, 2022
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患者固有のモデルは、外科計画を開発または学習する際に、外科医と仲間の信頼を向上させます。3次元(3D)プリンタは、手術の準備に十分な詳細を生成しますが、組織触覚忠実度を複製することができません。3Dプリンティング精度とシミュレートされたシリコーン組織を組み合わせた、患者固有のシリコーン心臓モデルの作成を詳述したプロトコルが提示されます。
Transcript
複雑な先天性心疾患は難しい3D問題です。既存の3Dプリンティング技術は、心筋組織特性を密接に再現することができません。このプロトコルは、忠実度の高い外科トレーニングのためのモデルを作成します。
この技術は、画像処理から患者固有の3Dモデルを効果的に作成します。彼らの臓器の内部および外部の解剖学をモデル化することは、私たちが患者を親密に知り、世話することを可能にします。解剖組織を密接に表す材料でこれらのモデルを作成することは解剖学を含むプロシージャトレーナーに適用するためにこの技術を可能にする。
まず、CAD プログラムで心筋ケース モデル STL ファイルを開きます。マジックで、インポートパート2で生成されたSTLファイルをインポートします。プロジェクト管理ウィンドウで、モデルレンダリングの透明オプションを選択します。
左マウスボタンと右マウスボタンを使用して、心臓の頂点を下に向け、大波弧を水平にして心筋の視界を調整するための回転およびパンツールを制御します。余分な心筋ケースマテリアルをモデルからトリムするには、ツールに移動し、カットを選択してポリラインを指定してから、対象の点を選択して[適用]をクリックします。同様に、心筋ケースを複数の部分にカットします。
切り取りに行き、ポリラインを選択し、心筋ケースを頂点と上半分を含む下半分に分割する大動脈を水平にカットする場合、および心筋ケースの下半分と上半分の最も広い部分に沿って2つの垂直カットを行うための目的の点を選択します。そして最後に、[適用]をクリックします。アセンブリ中に適切な位置合わせを行うために、プロップ生成ツールと 0.25 ミリメートルのクリアランス値を持つブール値の減算ツールを使用して、一致するプロップとプロップキャビティを作成し、[props を追加] をクリックして心筋ケースピースに追加します。
モデル上の位置を指定し、[適用] をクリックします。心筋ケースの上半分の片で、直径1センチメートルのシリコーン充填孔を作成し、SMEで穴の配置を確認します。すべてのケースピースの診断を個別にチェックするためのチェック診断を選択して、反転した正常、悪いエッジ、悪い輪郭、近い悪いエッジ、平面の穴、または心筋ケースピースのシェルなどのエラーを検出します。
エラーが検出された場合は、[自動解決] をクリックして修復します。また、手動でエラーを修正することも、修正ツールやウィザードを使用して修正することもできます。代替オプションを使用してエラーを修正できない場合は、折り返しツールを使用してエラーを修正します。
修正をクリックし、シュリンクラップを選択し、SMEレビュー時に生理学を変更することなく、特定のピースのエラーを修正するために必要に応じて、シュリンクラップサンプル間隔とギャップ塗りつぶし値を調整します。その後、個々の心筋ケースの部分をSTLファイルとして保存またはエクスポートします。3D印刷ファイルを作成するには、適切なスライサーソフトウェアで心筋ケースと血液プールモデルを開きます。
3D プリント サポートを手動ですべてのピースに追加するか、ソフトウェアで提供される自動サポート生成ツールを使用します (可能な場合)。モデルをスライスして、3Dプリンターで使用するGコードを、テキスト原稿に記載されているパラメータで生成し、Gコードを保存またはエクスポートします。3D プリンタに印刷ファイルをアップロードします。
正しいフィラメントが3Dプリンタにロードされていることを確認したら、印刷を開始します。印刷が完了したら、針の鼻のペンチとピンセットを使用して、印刷物からすべてのサポート材料を取り除きます。血液プール金型の周りに心筋ケースピースを組み立て、すべてのピースがしっかりと一緒にフィットすることを確認します。
心筋ケースが血液プールの周りに収まらない場合は、ハンドホールドロータリーサンディングツールを使用してケースモールドピースを小さく調整して材料を除去します。次に、アセトン蒸気を用いて心筋ケースの表面を平滑化する。これを行うには、アセトンの影響を受けないペーパータオルで容器の底と側面を並べます。
底のペーパータオルにアセトンを注ぎ、ペーパータオルを容器の側面に拡散させますが、底にプールを形成しません。底のペーパータオルを覆うために容器にアルミホイルを入れます。滑らかなようにしたい面が垂直になるように、心筋ケースピースをアルミ箔の上に向け、片方に触れないようにしたり、容器の壁にペーパータオルを触れないようにします。
容器をアルミホイルで覆い、所望の表面仕上げの80%まで容器内に邪魔されずに心筋ケースピースを残します。表面が滑らかになったら、容器から心筋ケース片を慎重に取り出し、外側の表面だけに触れ、換気の良い場所で30分ほど、または完全に乾燥して硬くなるまで、その部分を完全に脱気させます。CADソフトウェアを使用して心筋セグメンテーションの体積を測定し、必要なシリコーンの量を決定します。
シリコーンのA部とB部を充分に撹拌する。色がモデルに必要な場合は、顔料を追加し、すべての部品と顔料を十分に混合し、29インチの水銀で2〜3分間真空チャンバーに十分に混合したシリコーンを置きます。このシリコーン混合物が完全に脱気したら、チャンバーから取り出し、シリコーン混合物中の血液プールを水没させ、血液プール内のすべての空隙と空洞がシリコーンで満たされ、血液プールが十分にコーティングされるようにします。
換気の良い場所で、心筋ケースのすべての部分に簡単なリリース製品を十分にスプレーします。血液プールの頂点の周りに心筋ケースの下半分を組み立てます。漏れた場合は、クランプ、ホットグルー、または粘土を使用して漏れを密封してください。
次に、組み立てられた心筋金型片が満たされるまで、血液プールとケースウォールの間のスペースにシリコーンを注ぎます。心筋ケースの残りの部分を組み立てた後、必要に応じてゴムバンドとクランプを使用してケースピースをしっかりと固定します。シリコーンが固まったら、心筋ケースからシリコーンの心臓を取り除き、ケースピースまたは充填穴の間のスペースから作成されたシリコーンの縫い目を切り落とします。
シリコーンモデル上の開いた端を持つすべての血管を識別した後、内部のABS血液プールを露出させるために血管を覆う任意のシリコーンをトリミングします。シリコーン心臓をアセトンに沈め、ABSはアセトン沈水後10~15分で軟化し始めます。ABSが柔らかくなると、ピンセット付きの大きな塊を取り除き、ABS溶解プロセスの速度を上げます。
ほとんどのABS血液プールが溶解したら、きれいなアセトンでシリコーンの心臓を2〜3回洗い流し、シリコーンからすべてのABSを取り除きます。アセトンから心臓モデルを取り外し、残りのアセトンが換気の良い領域でモデルから蒸発するようにします。シリコーンモデルの精度と機能性を評価するために、2つの切開が行われ、1つは前左心室、もう1つは後右心室で内部解剖学を視覚化した。
期待される心室中隔欠損は適切な内部構造であったように存在し、GORE-TEXパッチは心室中隔欠損を矯正するために先天性心外科医によってモデルに縫い付けられた。金型の設計は非常に重要です。血液プールの周りに収まる必要がある限り多くの部分に金型をカットすることを確認してください。
この技術は複雑な患者特有のシリコーンモデルの作成のロックを解除する。3D印刷材料の制限によって制約されなくなりました。むしろ、我々は複雑な外科トレーナーのための任意の需要を満たすために権限を与えられています。
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