Author Produced

Многоцветная 3D печать сложных внутричерепных опухолей в нейрохирургии

Medicine
 

Summary

Протокол описывает изготовление полностью цветных трехмерных отпечатков конкретных анатомических моделей черепа, которые будут использоваться для хирургического моделирования. Объясняются важнейшие этапы объединения различных методов визуализации, сегментации изображений, трехмерной добычи модели и производства отпечатков.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Kosterhon, M., Neufurth, M., Neulen, A., Schäfer, L., Conrad, J., Kantelhardt, S. R., Müller, W. E. G., Ringel, F. Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery. J. Vis. Exp. (155), e60471, doi:10.3791/60471 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Технологии трехмерной (3D) печати предлагают возможность визуализации специфических патологий пациента в физической модели правильных размеров. Модель может быть использована для планирования и имитации критических шагов хирургического подхода. Поэтому важно, чтобы анатомические структуры, такие как кровеносные сосуды внутри опухоли, могли быть напечатаны для того, чтобы быть окрашены не только на их поверхности, но и на протяжении всего их объема. Во время моделирования это позволяет удалить определенные детали (например, с высокоскоростной дрелью) и выявить внутренне расположенные структуры другого цвета. Таким образом, диагностическую информацию из различных методов визуализации (например, КТ, МРТ) можно комбинировать в один компактный и осязаемый объект.

Однако подготовка и печать такой полностью цветной анатомической модели остается сложной задачей. Поэтому предоставляется пошаговое руководство, демонстрирующее слияние различных наборов поперечных изображений, сегментацию анатомических структур и создание виртуальной модели. На втором этапе виртуальная модель печатается с объемно окрашенными анатомическими структурами с использованием штукатурки на основе цвета 3D-технологии. Этот метод позволяет высокоточное воспроизведение специфической анатомии пациента, как показано в серии 3D-печати petrous apex chondrosarcomas. Кроме того, созданные модели могут быть вырезаны и пробурены, открывая внутренние структуры, которые позволяют моделирование хирургических процедур.

Introduction

Хирургическое лечение опухолей основания черепа является сложной задачей, требующей точного предоперационного планирования1. Мультимодальная визуализация с использованием компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) дает хирургу информацию об индивидуальной анатомии пациента. В клинической практике эта диагностическая информация визуализирована путем отображения ряда двухмерных (2D) поперечных сечений, представляющих различные аспекты анатомии (например, КТ для визуализации костей, КТ ангиографии для сосудов, МРТ для мягких тканей).

Тем не менее, особенно для начинающих, студентов-медиков и пациентов, понимание сложных отношений различных 3D структур к поперечным изображениям является сложной задачей. Помимо трупных исследований2, эта проблема может быть решена путем создания реальных размеров анатомических моделей отдельных патологий, отображение анатомических структур в различных цветах3.

Благодаря техническим достижениям последних лет технологии 3D-печати позволяют рентабельно строить сложные формы4,5. Таким образом, этот метод дает возможность построить пациента конкретных анатомических моделей, которые являются ощутимыми, четко изображают пространственные отношения, и могут быть использованы для хирургического планирования и моделирования. Особенно в редких и сложных случаях, таких как petrous apex chondrosarcomas, предоперационное моделирование удаления опухоли в отдельном случае может помочь улучшить уверенность в себе хирурга и исход пациента.

Общие FDM-печати (моделирование осаждения филе) методы позволяют создавать объекты с закрытой поверхностью в одном или ограниченном разнообразии цветов6. Чтобы обеспечить модель для хирургического моделирования, которая содержит различные сложные анатомические структуры формы, в основном вложенные друг в друга, необходимы полностью объемно окрашенные 3D-принты. Это позволяет последовательное удаление слоев тканей до тех пор, пока не будет выявлена внутренняя структура.

Штукатурка на основе цвета 3D-связующего струи является метод, способный производить необходимые многоцветные модели7. В то время как в стандартных конфигурациях только поверхность объекта может быть окрашена, здесь описана модифицированная техника для обеспечения объемного применения цвета к внутренним анатомическим структурам.

Для демонстрации этой техники, случаи пациентов с черепом базы хондросаркомы были выбраны в качестве примера. На хондросаркому приходится 20% всей неоплазии в скелетной системе, в основном расположенных в длинных костях. Первичные основы черепа хондросаркомы являются редким заболеванием, ответственным за 0,1-0,2% всех внутричерепных опухолей8. В основном расположенные на вершине петруса, эти опухоли растут в сложной анатомической среде с участием ключевых структур, таких как внутренняя сонная артерия, оптические и другие черепные нервы, а также гипофиза. Лечение этих неоплазм в основном сосредоточено на общей хирургической резекции, потому что адъювантная терапия сама по себе (например, радиация) не являются достаточно эффективными9.

Из-за сложности и редкости этой опухоли лица, предоперационное хирургическое моделирование в 3D печатных модель черепа может помочь лучше визуализировать и понять анатомию и помочь хирургу достичь полной резекции. Как показали другие10,11 3D-печать конкретных моделей пациента улучшает понимание как жителей, так и опытных нейрохирургов сложной нейроанатомии.

Однако создание таких индивидуальных моделей из медицинских данных изображений требует навыков сегментации изображений, 3D-моделирования и 3D-печати, особенно когда анатомические структуры должны быть напечатаны в разных цветах. Данная рукопись призвана сделать изготовление описанных анатомических моделей более доступными для других, предоставив подробный протокол для преобразования данных медицинской визуализации в виртуальные 3D-модели и для изготовления разноцветных 3D-объектов.

Рабочий процесс состоит главным образом из четырех частей: 1) сегментация медицинских изображений данных и создание виртуальной 3D-модели; 2) подготовка виртуальной 3D-модели для многоцветной 3D-печати; 3) подготовка к объемной окраске отдельных деталей; и 4) 3D-печать и постобработка.

Protocol

Протокол был одобрен ответственным местным комитетом по этике (Ethikkommission der Landes'rztekammer Rheinland-Pfalz, Deutschhausplatz 3, 55116 Mainz, Германия). Соблюдались все институциональные руководящие принципы по уходу и использованию данных о пациентах.

1. Сегментация медицинских изображений и создание виртуальной 3D-модели

ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение, мы использовали для сегментации был Amira 5.4.5. Процесс сегментации также может быть осуществлен с помощью программного обеспечения с открытым исходным кодом (например, 3D Slicer, https://www.slicer.org/)

  1. Используйте данные изображений с высоким пространственным разрешением (например, толщина среза толщиной 1 мм или менее). Здесь использовался набор данных черепной КТ с толщиной ломтика 0,5 мм и дополнительными данными МРТ с толщиной 1 мм. Используйте Данные КТ для сегментации костей, контрастные улучшенные Изображения T1 МРТ для сегментации опухолевых и нервных структур, а также изображения времени полета (TOF) для сосудов.
  2. Скачать файлы DICOM на компьютере и открыть программное обеспечение сегментации. Импортируйте файлы различных способов визуализации и выберите папку с данными изображений.
  3. Нажмите на изображения КТ и соедините их с модулем ререндеринга громкости (Volren). Выберите Specular для более реалистичной визуализации и отрегулируйте ползунок передачи цвета, чтобы визуализировать только кости. Продолжить импортирование последовательностей МРТ и подключить их к модулю рендеринга громкости, а также.
  4. Регистрации
    1. Поскольку МРТ и КТ-изображения не пересекаются, необходимо сплавить различные данные изображений. Таким образом, право нажмите на набор данных МРТ и выбрать вычислительной юgt; Affine Регистрация. Выберите Справку, нажав на белый квадрат модуля, а затем перетащите курсор на КТ.
    2. В свойствах регистрационного модуля оставляют все настройки по умолчанию и нажимайте на центры выравнивания,после чего нажимаете Register. Два различных набора данных изображений теперь слиты. Повторите этот шаг для всех дополнительных наборов данных изображений.
  5. Проверка точности соответствия:
    1. Проверьте точность соответствия, скрывая объем визуализации (нажмите на оранжевый квадрат модуля) и добавив модуль OrthoSlice к изображениям MR. Нажмите на белый треугольник и выберите Colorwash. Затем нажмите на белый квадрат, выберите данные и подключите этот порт к данным КТ, перетащив мышь на него.
    2. Отрегулируйте цветной ползунок, чтобы визуализировать нейронные структуры, наложенные на костные структуры черепа. Проверьте наличие каких-либо несогласованности путем toggling фактор веса ползунок, глядя на границу между черепом и поверхностями мозга, а также желудочков. Повторите эту процедуру на разных ломтиках в корональных и сагитальных направлениях.
  6. Объемное редактирование
    1. Отключите видимость модуля OrthoSlice и реактивируйте реактивацию реанификационном объема КТ. Перейдите к данным КТ и ищите наименьшее значение в наборе данных, в данном случае -2048.
    2. Затем добавьте модуль Volume Edit, подключите модуль Volren к выходным данным и установите значение Padding до -2,048.
    3. Нажмите на Cut Inside и пометьте область, которая будет удалена в 3D-поле.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Важно избегать перекрытия с частями, не предназначенными для удаления.
    4. В этом примере были удалены части челюстной кости и верхние шейные позвонки.
  7. Сегментация кости
    1. Затем оставшаяся кость должна быть сегментирована и преобразована в поверхностную сетку. Чтобы сделать это, нажмите на редактор сегментации,выберите измененную последовательность изображений КТ, и добавьте новый набор этикеток, нажав на Новый.
    2. Теперь выберите Threshold в качестве варианта сегментации. Установите нижний ползунок на значение 250 фунтов в случае КТ. Убедитесь, что тонкие костные структуры, такие как височная кость или верхняя орбитальная область, будут выбраны в предварительном просмотре. В противном случае отрегулируйте нижний порог, но избегайте выбора мягких тканей.
    3. Затем нажмите на Выберите и, наконец, добавить выбор в набор меток (нажав на красный плюс значок).
    4. Возвращение в бассейн. Для КТ создан новый набор меток. Правый щелчок и выберите Вычислить йgt; Surface Gen, проверить вариант Compactify, и нажмите Применить.
    5. Наконец, добавьте модуль SurfaceView и отрегулируйте цвет сгенерированной сетки.
  8. Сегментация других структур
    1. Добавьте другие соответствующие структуры, повторив предыдущие шаги. В случае опухоли использовалась ручная сегментация, а не операция порога.
    2. Для выполнения ручной сегментации перейдите в редактор сегментациии выберите опцию ручной сегментации (значок щетки) для обозначения структур, таких как опухоль в каждом срезе. Наконец добавить выбор еще раз, нажав на значок плюс. Таким образом, опухоль, зрительный нерв и внутричерепные сосуды будут сегментированы и добавлены к модели.
  9. Экспорт сетки
    1. Наконец экспортировать генерируемые сетки в формате STL, нажав на сетку и нажав на Save. Выберите двоичную STL в качестве формата файла.

2. Подготовка виртуальной 3D-модели для многоцветной печати

ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение, используемое для подготовки печати в этом протоколе Netfabb Premium 2019.0. Autodesk предлагает бесплатное использование этого программного обеспечения в своей образовательной программе.

  1. Импортируйте данные и выполняйте автоматический ремонт.
  2. Откройте программу подготовки печати и импортируйте сетки, созданные в предыдущих шагах, в качестве новых частей. Проверьте автоматический ремонт и нажмите Импорт.
  3. Удаляя мелкие свободные части
    1. Выберите череп и разделить его оболочки на части, нажав на изменение Это отделяет любые свободные объекты, не связанные с костью черепа.
    2. Выберите кость черепа и переключить его видимость.
    3. Теперь выберите все остальные части и удалите их.
    4. Снова включите видимость черепа.
    5. Повторите этот шаг для всех других объектов.
  4. Удалите перекрывающиеся области.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В некоторых регионах, таких как опухоль внутри вершины черепа, геометрии обоих объектов пересекаются друг с другом. Чтобы избежать ошибок печати, необходимо удалить такие пересечения.
    1. Выберите два пересекающихся объекта и нажмите на Boolean Operations.
    2. Переместите объект, который будет вычтен из другого, на красную сторону списка и нажмите на Apply. Теперь два объекта четко разделены. Это должно быть проверено путем toggling их видимость.
    3. Повторите эти шаги, чтобы опухоль, а также артерии внутри опухоли, чтобы стать четко отделены друг от друга.
  5. Добавить вспомогательные структуры, где это необходимо.
    1. В случае базилярной артерии, дополнительные опоры необходимы для предотвращения объекта от свободной части после печати.
    2. Добавить новый объект, в данном случае цилиндр (Файл йgt; Часть библиотеки), и настроить его размеры и подразделения по мере необходимости.
    3. Поместите цилиндр, чтобы полностью пересекаться с черепом и геометрией сосуда.
    4. Теперь выполните операцию Boolean снова, чтобы вычесть части в кости и кровеносных сосудах.
    5. Повторите этот шаг, чтобы добавить больше опор, где это необходимо (например, зрительный нерв).

3. Подготовка к объемной окраске отдельных деталей

ПРИМЕЧАНИЕ: Для того, чтобы объемная окраска некоторых частей необходимо генерировать не только одну поверхностную оболочку, но и множество подshells (дополнительные поверхности) внутри объекта.

  1. Выберите опухоль, в этом случае, и генерировать новую оболочку из него (правый клик
  2. Установите толщину корпуса 0,3 мм в режиме внутреннего смещения с точностью 0,15 мм и нанесите. Выберите флажок Keep Original Part. Это создает внутреннюю оболочку с расстоянием 0,3 мм до исходной поверхности.
  3. Выберите внешнюю поверхность обеих оболочек и создайте из нее новую оболочку. Выберите корпус толщиной 0,25 мм в режиме Холлоу с точностью 0,15 мм. Также выберите флажок Отображайте исходную часть. Это создает пространство 0,05 мм между двумя соседними оболочками.
  4. Повторите шаги 3.1-3.3 так, что несколько внутренних оболочек с постоянной толщиной и инвариантными смещениями создаются.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется использовать толщину корпуса 0,35-0,25 мм, а также смещение 0,1-0,05 мм для достижения гладкой объемной окраски.
  5. Повторите шаги 3.1-3.4 со всеми другими объектами, такими как кровеносные сосуды.

4. Окраска и экспорт 3D-модели

ПРИМЕЧАНИЕ: Окраска всех частей модели, включая различные вложенные оболочки, осуществляется с помощью программного обеспечения Netfabb.

  1. Выберите часть, которая будет окрашена в меню части на левой стороне. Дважды щелкните значок текстуры и цветовой сетки. Выберите цвет, нажав на цветовую панель с правой стороны. В верхнем меню слева нажмите на значок Paint on Shells. Затем слева нажмите на модель отображается в центре экрана. Наконец слева нажмите на поле Apply Changes в правом нижнем углу. Обязательно подтвердите выбор старой части.
  2. Повторите эти шаги со всеми другими объектами и оболочками, соответственно.
  3. Экспортировать все объекты. Выберите все объекты, которые будут напечатаны, включая опоры и внутренние оболочки, и экспортите их в виде отдельных файлов. Обязательно выберите формат VRML (WRL), так как формат STL не способен транспортировать цветовую информацию.

5. Печать и послеобработка 3D-модели

  1. Настройка 3D принтера
    ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение 3DPrint (версия 1.03) использовалось для управления машиной для струи связующего 450.
    1. Откройте программное обеспечение и импортируйте цветные файлы VRML, нажав на Open и выбрав все соответствующие данные. Нажмите на кнопку "Открытая" в правом нижнем углу окна. В последующем окне выбирайте миллиметры в качестве единиц. Убедитесь в том, чтобы проверить держать позиции и ориентации, а также применить настройки для всех файлов коробки. Наконец, выберите no151 в качестве типа материала. Нажмите на кнопку «Следующая».
    2. Для позиционирования 3D-объектов внутри объема сборки отметьте все объекты, нажав на клавишу «LTG»GTG.gt;
      1. В верхнем левом окне, представляющем представление XY объема сборки, нажмите кнопку и перетащите отмеченные объекты в центр. В левом нижнем окне, представляющем представление X' объема сборки, щелкните и перетащите объекты в середине нижней части над желтой линией.
      2. Если напечатана целая модель черепа, убедитесь, что отверстие обращено вверх. Если будут напечатаны отдельные небольшие модели, не забудьте выровнять деликатные детали, такие как сосуды с плоскостью XY, потому что эта ориентация увеличит прочность соответствующих частей.
      3. Проверьте правильную ориентацию моделей, нажав и перемещая их в окне с правой стороны.
    3. Чтобы подготовиться к процессу сборки, нажмите на значок настройки в верхнем меню. Убедитесь, что выбран правильный тип материала и толщина слоя установлена на 0,1 мм. Компенсация кровотечения должна быть проверена, а печать в монохромном варианте не проверена.
    4. Чтобы начать процесс печати, нажмите на значок сборки в верхнем меню. В последующем окне выберите Entire Build и нажмите кнопку OK. Убедитесь, что в следующем диалоге о статусе принтера все перечисленные элементы настроены правильно и что принтер находится в сети. Затем нажмите на кнопку Печать в нижней части диалогового окна.
  2. После обработки модели
    ПРИМЕЧАНИЕ: Всегда носите лабораторное пальто, перчатки, защиту глаз и маску при обращении с рыхлым порошком и раствором для закаливания. Всегда работайте в хорошо проветриваемом районе.
    1. Распаковка
      1. После того, как отпечаток закончен, распаковать модель, тщательно удалив свободный порошок с интегрированным пылесосом. Важно не связываться с моделью с всасывающей трубкой, чтобы предотвратить разрыв тонких конструкций.
      2. Удалите модель и очистите ее, применяя воздух под давлением, а также очищая ее мягкой щеткой. Более толстые, более стабильные части модели могут быть заземлены более жесткой щеткой. Этот дополнительный шаг позволяет более плавную отделку поверхности. Имейте в виду, что в этом состоянии модель все еще очень хрупкая.
    2. Проникновения
      1. Поместите модель в пластиковую ванну.
      2. Проникайте осторожно с затвердевающим раствором, пока не будут видны беловатые области.
      3. Излишки раствора должны быть удалены с под давлением воздуха и одноразовые бумажные полотенца для поддержания всех деталей поверхности.
      4. Пусть модель вылечить в течение нескольких часов, пока она полностью высохнет.

Representative Results

Восемь пациентов с хондросаркомой петрос вершины были отобраны для исследования и виртуальные 3D модели были созданы, каждый из которых содержит кости, опухоли, сосуды, гипофиза, и зрительного нерва пересечения. Три модели прошли разноцветную 3D-печать с использованием штукатурки на основе цвета 3D связующего метода струи(Рисунок 1A1,A2). Кроме того, была создана одна опухоль с внутренней артерией(рисунок 1B1),чтобы показать преимущества объемной окраски по сравнению с окраской поверхности(рисунок 1B2,B3).

Эти модели были использованы для демонстрации моделирования хирургического подхода (например, создание заусенных дыр) и резекции опухоли. Этот метод печати позволил объединить анатомические структуры, полученные из различных методов визуализации, в один объект.

Гипсовый материал имел костно-подобные свойства и мог быть легко просверлен без плавления. Таким образом, было возможно использовать его для имитации хирургического маршрута доступа. После процедуры затвердевания он был достаточно стабилен, чтобы воспроизвести даже хрупкие структуры, такие как внутримозговое сосудовое дерево.

Способность окрасить весь объем модели позволила четко визуализировать внутреннюю структуру объекта, такую как внутренняя сонная артерия, протекающая через опухоль. Удалив слои опухоли с помощью сверла, красная артерия постепенно была выявлена в ходе хирургического моделирования.

Чтобы доказать точность техники, 3D-модели были отсканированы в компьютерном томографе. Модели, созданные для печати, были наложены на эти сканы. Было создано отображение отклонений, и точность была определена в 50 случайно выбранных точках поверхности. Среднее отклонение 0,021 мм демонстрирует высокое соответствие 3D-печати по сравнению с исходными данными.

Figure 1
Рисунок 1: Объемный против поверхности цветные 3D принты. A1. Образцовый полный цвет 3D-печати пациента с хондросаркомой на правой вершине petrous. A2. Детальный вид анатомических структур (стрелка и внутренняя бифуркация сонной артерии; O - зрительный нерв chiasm; T и опухоль). B1. Кровеносный сосуд, пересекающий объем опухоли и поперечный уровень (пунктирная линия). B2. Обычная техника разноцветной печати показывает цвет только на поверхности. B3. Модифицированный метод производит объемно окрашенные объекты, пригодные для продвинутого хирургического моделирования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Рабочий процесс для объемной окраски 3D-принтов. A. Виртуальная 3D-модель опухоли с кровеносным сосудом, пересекающим ее объем без внутренних оболочек. B. Опухоль и кровеносный сосуд с несколькими внутренними оболочками (расстояние 0,05 мм). C. Пример высокого расстояния оболочки (1 мм). Одиночные слои цветных и белых оболочек все еще видны. D. Пример небольшого расстояния оболочки (0,1 мм). Внутренний объем объекта полностью окрашен. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Discussion

Терапия внутричерепной хондросаркомы в основном основана на полном хирургическом удалении. Часто расположен на вершине петруса, эта опухоль близка к важным структурам, таким как внутренняя сонная артерия, зрительный нерв и гипофиз. Таким образом, планирование хирургических траекторий является важным шагом перед операцией. Многоцветная 3D печать позволяет сливить эти структуры, каждая из которых получена из различных методов визуализации, в один объект.

При подготовке к 3D-печати важно тщательно отбирать адекватные данные изображений. Изображения высокого разрешения с небольшой толщиной ломтика хорошо подходят для 3D-реконструкции и плавных переходов, в то время как высокие толщины срезов будут производить грубые, неравномерные объекты. Другим важным шагом метода является предотвращение пересечений двух соседних объектов, таких как опухоль и кость черепа. Таким образом, boolean операции должны быть выполнены, чтобы вычесть один объект из другого.

Для обеспечения объемной окраски необходимо создать луковые оболочки, как подповерхности внутри объекта(рисунок 2A,B). Для получения гладкоцветных объектов(рисунок 2D)необходимо иметь минимальное расстояние между двумя смежными поверхностями не менее 0,1 мм. Если выбранное расстояние превышает это значение, отдельные оболочки внутри объекта могут стать видимыми(рисунок 2C). Следует обратить внимание на повышенное потребление цвета 3D принтера при использовании объемной окраски. Кроме того, важно также проверить модель на наличие свободных деталей и добавить опоры, когда это необходимо (например, базилярную артерию).

Метод может производить только жесткий, штукатурка, как материал, который не очень прочный. Особенно без процедуры закаливания, модель может быть легко уничтожена во время процедуры распаковки. Таким образом, хрупкие элементы, такие как кровеносные сосуды, часто имеют тенденцию распадаться.

Техника также не подходит для моделирования мягких тканей. Для имитации ткани мозга, например, может быть необходимо либо распечатать его с помощью метода, который способен производить мягкие и твердые материалы непосредственно12,13 или печатать формы, которые могут быть использованы для отливки мягких объектов, таких как силиконоваярезина 14. В одном тестовом случае, последний метод был использован для имитации мягкой опухоли. Ограничение этой последней процедуры было то, что, хотя силиконовая опухоль была очень гибкой, необходимо было иметь достаточно места, чтобы вставить его в 3D печатной модели. Кроме того, не было возможности создать внутренние структуры, такие как кровеносный сосуд.

3D связующего струи является аддитивная техника производства, которая собирает объекты путем частичного затвердевания и окраски тонких слоев гипсового порошка. Таким образом, он позволяет печатать почти неограниченный диапазон цветов, цветовых переходов и цветных структур внутри объема объектов в одном процессе.

По сравнению с другими методами печати, такими как нити принтеры, которые производят самые низкие затраты, но только позволяют два или три цвета одновременно, и Poly Jet принтеры, которые производят многоцветные, многоматериальные объекты, но очень дорого, этот метод предлагает компромисс по доступной цене. Средняя стоимость материала для печатного черепа составила около 150 евро.

С помощью этого метода можно визуализировать еще более абстрактные данные, такие как волокна нити, полученные из последовательностей отслеживания МРТ волокна или функциональной визуализации, изображающие, например, область речи мозга (например, область Broca%s).

Помимо хирургического моделирования, 3D печатные, полностью цветные модели реальной анатомии пациента может помочь улучшить образование студентов-медиков или молодых врачей, чтобы они могли лучше понять сложные анатомические отношения. Это также важный инструмент в обучении пациентов.

Disclosures

Это исследование было поддержано грантом от медицинского факультета от Иоганнеса Гутенберга-Университета Майнца до М.К. ("Биоматика - Stufe 1 Фердерунг").

Acknowledgments

Часть этой работы была представлена в качестве плаката на ежегодном собрании Немецкого нейрохирургического общества (DGNC) 2019 в Вюрцбурге, Германия, и в качестве краткой презентации на ежегодном собрании Немецкого общества компьютерной и роботизированной хирургии (CURAC) 2019 в Ройтлинген, Германия.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D printer 3D Systems (formerly Zcorp) x Zprinter Z450
3D printing software 3D Systems (formerly Zcorp) x 3DPrint Software (Version 1.03)
Binder solution for cartridge 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany 42-0100-7001 VisiJet PXL Binder Cartridge clear 1 x ca. 1 Liter
Infiltration solution 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany 42-0250-1090 Color-Bond 90, 1 bottle, 454 g
Modeling Software for 3D print preparation Autodesk, San Rafael, CA, USA x Netfabb Premium (Version 2019.0)
Print head for binder 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany 42-0150-2010 HP 11 print head (C4810A)
Print head for color 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany 42-0150-2011 HP 57 printhead C 6657 AE Tricolor
Printing powder 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany 42-0050-2061 VisiJet PXL Core Eco Drum ca. 14 kg - ca. 11,47 L
Segmentation software Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA x Amira 5.4.5

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Frank, G., et al. The endoscopic transnasal transsphenoidal approach for the treatment of cranial base chordomas and chondrosarcomas. Neurosurgery. 59, 50-57 (2006).
  2. Wu, P., et al. Quantitative evaluation of different far lateral approaches to the cranio-vertebral junction using the microscope and the endoscope: a cadaveric study using a tumor model. Acta Neurochirurgica. 160, 695-705 (2018).
  3. Huang, X., et al. A small 3D-printing model of macroadenomas for endoscopic endonasal surgery. Pituitary. 22, (1), 46-53 (2018).
  4. Stone, J. J., Matsumoto, J. M., Morris, J. M., Spinner, R. J. Preoperative Planning Using 3-Dimensional Printing for Complex Paraspinal Schwannoma Resection: 2-Dimensional Operative Video. Operative Neurosurgery. 16, (3), 80 (2018).
  5. Scerrati, A., et al. A workflow to generate physical 3D models of cerebral aneurysms applying open source freeware for CAD modeling and 3D printing. Interdisciplinary Neurosurgery. 17, 1-6 (2019).
  6. Kamio, T., et al. Utilizing a low-cost desktop 3D printer to develop a "one-stop 3D printing lab" oral and maxillofacial surgery and dentistry fields. 3D Printing in Medicine. 4, 6 (2018).
  7. Kondo, K., et al. A neurosurgical simulation of skull base tumors using a 3D printed rapid prototyping model containing mesh structures. Acta Neurochirurgica. 158, 1213-1219 (2016).
  8. Awad, M., Gogos, A. J., Kaye, A. H. Skull base chondrosarcoma. Journal of clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 24, 1-5 (2016).
  9. Jones, P. S., et al. Outcomes and patterns of care in adult skull base chondrosarcomas from the SEER database. Journal of Clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 21, 1497-1502 (2014).
  10. Karakas, A. B., Govsa, F., Ozer, M. A., Eraslan, C. 3D Brain Imaging in Vascular Segmentation of Cerebral Venous Sinuses. Journal of Digital Imaging. 32, (2), 314-321 (2018).
  11. Dong, M., et al. Three-dimensional brain arteriovenous malformation models for clinical use and resident training. Medicine. 97, 9516 (2018).
  12. Dolinski, N. D., et al. Solution Mask Liquid Lithography (SMaLL) for One-Step, Multimaterial 3D Printing. Advanced Materials. 30, 1800364 (2018).
  13. Coelho, G., et al. Multimaterial 3D printing preoperative planning for frontoethmoidal meningoencephalocele surgery. Child's Nervous System: ChNS: Official Journal of the International Society for Pediatric Neurosurgery. 34, 749-756 (2018).
  14. Javan, R., Cho, A. L. An Assembled Prototype Multimaterial Three-Dimensional-Printed Model of the Neck for Computed Tomography- and Ultrasound-Guided Interventional Procedures. Journal of Computer Assisted Tomography. 41, 941-948 (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics