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Impressão 3D multicolorida de tumores intracranianos complexos na neurocirurgia

Medicine
 

Summary

O protocolo descreve a fabricação de impressões tridimensionais totalmente coloridas de modelos de crânio anatômico específicos do paciente para serem usados para simulação cirúrgica. Os passos cruciais da combinação de diferentes modalidades de imagem, segmentação de imagem, extração de modelotridimensional e produção das impressões são explicados.

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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).

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Abstract

As tecnologias tridimensionais (3D) de impressão oferecem a possibilidade de visualizar patologias específicas do paciente em um modelo físico de dimensões corretas. O modelo pode ser usado para planejar e simular etapas críticas de uma abordagem cirúrgica. Portanto, é importante que estruturas anatômicas, como vasos sanguíneos dentro de um tumor podem ser impressas para serem coloridas não apenas em sua superfície, mas em todo o seu volume. Durante a simulação, isso permite a remoção de certas partes (por exemplo, com uma broca de alta velocidade) e revelar estruturas localizadas internamente de uma cor diferente. Assim, informações diagnósticas de várias modalidades de imagem (por exemplo, TC, RM) podem ser combinadas em um único objeto compacto e tangível.

No entanto, a preparação e impressão de um modelo anatômico totalmente colorido continua a ser uma tarefa difícil. Portanto, um guia passo a passo é fornecido, demonstrando a fusão de diferentes conjuntos de dados de imagem transversal, segmentação de estruturas anatômicas e criação de um modelo virtual. Em uma segunda etapa, o modelo virtual é impresso com estruturas anatômicas de cor volumicamente usando uma técnica de aglutinação 3D à base de gesso. Este método permite uma reprodução altamente precisa da anatomia específica do paciente, como mostrado em uma série de condrosarcomas de ápice petroscóculo impresso em 3D. Além disso, os modelos criados podem ser cortados e perfurados, revelando estruturas internas que permitem a simulação de procedimentos cirúrgicos.

Introduction

O tratamento cirúrgico de tumores de base do crânio é uma tarefa desafiadora que requer planejamento pré-operatório preciso1. A imagem latente multimodal usando a tomografia computada (CT) e a imagem latente da ressonância magnética (MRI) fornece o cirurgião a informação sobre a anatomia individual do paciente. Na prática clínica, essas informações diagnósticas são visualizadas avistando uma série de seções transversais bidimensionais (2D) representando diferentes aspectos da anatomia (por exemplo, TC para visualização de angiografia óssea, CT para vasos, RM para tecidos moles).

No entanto, especialmente para iniciantes, estudantes de medicina e pacientes, entender as relações complexas das diferentes estruturas 3D com as imagens transversais é um desafio. Ao lado de estudos cadavéricos2,esse problema poderia ser abordado apartir modelos anatômicos de patologias individuais em tamanho real, exibindo estruturas anatômicas em diferentes cores3.

Graças aos avanços técnicos nos últimos anos, as tecnologias de impressão 3D permitem a construção econômica de formas complexas4,5. Portanto, essa técnica oferece a possibilidade de construir modelos anatômicos específicos do paciente que sejam tangíveis, retratem claramente as relações espaciais e possam ser usados para planejamento cirúrgico e simulação. Especialmente em casos raros e complexos, como condrosarcomas de ápice petroso, simulação pré-operatória da remoção do tumor em um caso individual pode ajudar a melhorar a autoconfiança do cirurgião e do resultado do paciente.

As técnicas comuns de impressão FDM (modelagem de deposição de filamento) só permitem a criação de objetos com uma superfície fechada em uma ou uma variedade limitada de cores6. Para fornecer um modelo para simulação cirúrgica que contém várias estruturas anatômicas em forma complexa, principalmente aninhadas entre si, são necessárias impressões 3D totalmente coloridas em volume. Isto permite uma remoção sucessiva de camadas do tecido até que uma estrutura interna esteja revelada.

Cor à base de gesso 3D pasta de pastagem é uma técnica capaz de produzir os modelos multicolor necessários7. Considerando que em suas configurações padrão apenas a superfície de um objeto pode ser colorida, aqui uma técnica modificada é descrita para garantir a aplicação volumétrica de cor para estruturas anatômicas internas.

Para demonstrar essa técnica, os casos de pacientes com condrosarcomas de base craniana foram selecionados como exemplo. Os chondrosarcomas são responsáveis por 20% de toda a neoplasia no sistema esquelético, principalmente localizado nos ossos longos. Os condrosarcomas primários da base do crânio são uma condição rara responsável por 0,1-0,2% de todos os tumores intracrananos8. Localizados principalmente no ápice petrous, esses tumores crescem em um ambiente anatômico complexo envolvendo estruturas fundamentais, como a artéria carótida interna, a ótica e outros nervos cranianos, bem como a glândula pituitária. O tratamento desses neoplasias é focado principalmente em uma ressecção cirúrgica total, pois as terapias adjuvantes sozinhas (por exemplo, radiação) não são eficazes o suficiente9.

Devido à complexidade e raridade desta entidade tumoral, a simulação cirúrgica pré-operatória em um modelo de crânio impresso em 3D pode ajudar a visualizar e entender melhor a anatomia e ajudar o cirurgião a alcançar a ressecção completa. Como mostrado por outros10,11 impressão 3D de modelos específicos do paciente melhora a compreensão dos neurocirurgiões residentes e experientes de neuroanatomia complexa.

No entanto, a criação desses modelos individualizados a partir de dados de imagem médica requer habilidades na segmentação de imagens, modelagem 3D e impressão 3D, especialmente quando as estruturas anatômicas devem ser impressas em cores diferentes. Este manuscrito pretende tornar a fabricação dos modelos anatômicos descritos mais acessível para outros, fornecendo um protocolo detalhado para a conversão de dados de imagens médicas em modelos 3D virtuais e para a fabricação de objetos 3D multicoloridos.

O fluxo de trabalho consiste principalmente em quatro partes: 1) segmentação de dados de imagem médica e criação de um modelo 3D virtual; 2) preparação do modelo 3D virtual para impressão 3D multicolor; 3) preparação para coloração volumétrica de peças selecionadas; e 4) impressão 3D e processamento pós.

Protocol

O protocolo foi aprovado pelo comitê de ética local responsável (Ethikkommission der Landesärztekammer Rheinland-Pfalz, Deutschhausplatz 3, 55116 Mainz, Alemanha). Todas as diretrizes institucionais para o atendimento e uso de dados do paciente foram seguidas.

1. Segmentação de dados de imagem médica e criação de um modelo 3D virtual

NOTA: O software que usamos para segmentação foi Amira 5.4.5. O processo de segmentação também pode ser realizado usando software de código aberto (por exemplo, cortador 3D, https://www.slicer.org/)

  1. Use dados de imagem com alta resolução espacial (por exemplo, uma espessura de fatia de 1 mm ou menos). Aqui, um conjunto de dados de TC craniano com uma espessura de fatia de 0,5 mm e dados adicionais de ressonância magnética com uma espessura de fatia de 1 mm foram usados. Use dados de TC para a segmentação de imagens de Ressonância Magnética T1 aprimoradas por contraste para a segmentação de estruturas tumorais e neurais, bem como imagens no tempo de voo (TOF) para embarcações.
  2. Baixe os arquivos DICOM no computador e abra o software de segmentação. Importe os arquivos das diferentes modalidades de imagem e selecione a pasta com os dados de imagem.
  3. Clique nas imagens de TC e conecte-as com um módulo de renderização de volume (Volren). Escolha specular para uma renderização mais realista e ajustar o controle deslizante de transferência de cor para visualizar osso apenas. Continue importando as sequências de ressonância magnética e conectá-las a um módulo de renderização de volume também.
  4. Registo
    1. Como as imagens de RESSONÂNCIA magnética e TC não se sobrepõem, é necessário fundir os diferentes dados de imagem. Portanto, clique direito no conjunto de dados de ressonância magnética e escolha Compute > Affine Registration. Escolha referência clicando no quadrado branco do módulo, em seguida, arraste o cursor para o CT.
    2. Nas propriedades do Módulo de Registro deixam todas as configurações padrão e cliqueem nos Align Centers,seguidos por clicar no Register. Os dois conjuntos de dados de imagem diferentes agora são fundidos. Repita esta etapa para todos os conjuntos de dados de imagem.
  5. Verificação da precisão correspondente:
    1. Verifique a precisão correspondente, escondendo as renderizações de volume (clique no quadrado laranja do módulo) e adicionando um módulo OrthoSlice às imagens de RM. Clique no triângulo branco e escolha Colorwash. Em seguida, clique no quadrado branco, escolha dados e conecte esta porta com os dados de TC, arrastando o mouse para ele.
    2. Ajuste o controle deslizante de cor para visualizar as estruturas neurais sobrepostas às estruturas ósseas do crânio. Verifique se há desalinhamentos alternando o fator de peso deslizante ao olhar para a fronteira entre o crânio e as superfícies do cérebro, bem como os ventrículos. Repita este procedimento em diferentes fatias em direções coronais e softal.
  6. Edição volutrica
    1. Desativar a visibilidade do módulo OrthoSlice e reativar a renderização de volume do CT. Vá para os dados de TC e procure o menor valor no conjunto de dados, neste caso -2.048.
    2. Em seguida, adicione um módulo Volume Edit, conecte o módulo Volren com os dados de saída e defina o Valor do Estofamento para -2.048.
    3. Clique no Cut Inside e marque a região a ser removida no porto de visualização 3D.
      NOTA: É importante evitar a sobreposição com peças não destinadas a serem removidas.
    4. Neste exemplo, partes do osso da mandíbula e das vértebras cervicais superiores foram removidas.
  7. Segmentação de osso
    1. Em seguida, o osso restante deve ser segmentado e convertido em uma malha de superfície. Para fazer isso, clique no Editor de Segmentação,escolha a sequência de imagem de TC modificada e adicione um novo Labelset clicando no Novo.
    2. Agora escolha o Threshold como uma opção de segmentação. Defina o controle deslizante inferior a um valor de ~250 em caso de TC. Certifique-se de que estruturas ósseas finas, como o osso temporal ou a região orbital superior, sejam selecionadas na pré-visualização. Caso contrário, ajustar o limiar mais baixo, mas evitar a seleção de qualquer tecido mole.
    3. Em seguida, clique no Select e, finalmente, adicione a seleção ao conjunto de rótulos (clicando no ícone vermelho plus).
    4. Voltar para a vista da piscina. Um novo conjunto de etiquetas foi criado para o CT. Clique certo e escolha Compute > Surface Gen,verifique a opção Compactify e clique em Aplicar.
    5. Finalmente, adicione um módulo SurfaceView e ajuste a cor da malha gerada.
  8. Segmentação de outras estruturas
    1. Adicione outras estruturas relevantes, repetindo as etapas anteriores. Em caso de tumor, a segmentação manual foi utilizada em vez de uma operação de limiar.
    2. Para realizar segmentação manual, acesse o Editor de Segmentaçãoe escolha a opção de segmentação manual (ícone da escova) para marcar estruturas como o tumor em cada fatia. Finalmente adicione a seleção novamente clicando no ícone plus. Assim, o tumor, o nervo óptico e os vasos intracranianos serão segmentados e adicionados ao modelo.
  9. Exportando malinas
    1. Finalmente exportar as malhas geradas no formato STL, clicando na malha e clicando em Save. Escolha STL binário como o formato de arquivo.

2. Preparação do modelo 3D virtual para impressão multicolor

NOTA: O software usado para a preparação de impressão neste protocolo é Netfabb Premium 2019.0. Autodesk oferece o uso livre deste software em seu programa educacional.

  1. Importar dados e realizar reparo automático.
  2. Abra o programa de preparação de impressão e importe as malinas geradas nas etapas anteriores como novas peças. Verifique o reparo automático e clique na importação.
  3. Excluindo pequenas peças soltas
    1. Selecione o crânio e divida suas conchas em partes clicando em Modificar > dividir conchas em partes. Isso separa quaisquer objetos soltos não conectados ao osso do crânio.
    2. Selecione o osso do crânio e alternar sua visibilidade fora.
    3. Agora selecione todas as outras partes e excluí-las.
    4. Alterne a visibilidade do crânio novamente.
    5. Repita este passo para todos os outros objetos.
  4. Remova regiões sobrepostas.
    NOTA: Em algumas regiões, como o tumor dentro do ápice petrous do crânio, as geometrias de ambos os objetos se cruzam. Para evitar erros de impressão, é necessário remover tais cruzamentos.
    1. Selecione os dois objetos que se cruzam e clique em Operações Boolean.
    2. Mova o objeto para ser subtraído do outro para o lado vermelho da lista e clique em Aplicar. Agora os dois objetos estão claramente separados. Isso deve ser verificado alternando sua visibilidade.
    3. Repita estas etapas para permitir que o tumor assim como a artéria dentro do tumor torne-se separado claramente de se.
  5. Adicione estruturas de suporte quando necessário.
    1. Em caso de artéria basilar, suportes adicionais são necessários para evitar que o objeto seja uma peça solta após a impressão.
    2. Adicione um novo objeto, neste caso, um cilindro(File > Parte Biblioteca),e ajuste suas dimensões e subdivisões, conforme necessário.
    3. Coloque o cilindro para se cruzar completamente com o crânio e a geometria do vaso.
    4. Agora realize a operação Boolean novamente para subtrair as partes dentro do osso e do vaso sanguíneo.
    5. Repita esta etapa para adicionar mais suportes quando necessário (por exemplo, o nervo óptico).

3. Preparação para coloração volumétrica de peças selecionadas

NOTA: Para permitir coloração volumétrica de certas partes, é necessário gerar não apenas uma casca de superfície, mas muitas subconchas (superfícies adicionais) dentro do objeto.

  1. Selecione o tumor, neste caso, e gere uma nova concha a partir dele (clique direito > Modificar > Gerar Shell).
  2. Defina uma espessura de concha de 0,3 mm no modo de compensação interna com uma precisão de 0,15 mm e aplique. Selecione a caixa de seleção da parte original do sustento. Isso gera uma concha interna com uma distância de 0,3 mm até a superfície original.
  3. Selecione a superfície externa de ambas as conchas e gere uma nova concha a partir dele. Selecione uma espessura de projétil de 0,25 mm no Modo Hollow com uma precisão de 0,15 mm. Selecione também a caixa de seleção da parte original do remoção. Isso gera um espaço de 0,05 mm entre as duas conchas adjacentes.
  4. Repita os passos 3.1-3.3 para que várias conchas internas com espessuras constantes e compensações invariáveis sejam criadas.
    NOTA: Recomenda-se usar uma espessura de casca de 0,35-0,25 mm, bem como uma compensação de 0,1-0,05 mm para alcançar coloração volumétrica suave.
  5. Repita os passos 3.1-3.4 com todos os outros objetos, como os vasos sanguíneos.

4. Coloração e exportação do modelo 3D

NOTA: A coloração de todas as partes do modelo, incluindo as conchas distintas aninhadas, é feita usando o software Netfabb.

  1. Selecione uma peça para ser colorida no menu de peças no lado esquerdo. Clique duas vezes no ícone textura e malha de cor. Escolha uma cor clicando na barra de cores do lado direito. No menu superior à esquerda clique no ícone Paint on Shells. Posteriormente, deixou clique no modelo exibido no centro de tela. Finalmente à esquerda clique na caixa de alterações de aplicar no canto inferior direito. Certifique-se de confirmar a seleção remove a parte antiga.
  2. Repita esses passos com todos os outros objetos e conchas, respectivamente.
  3. Exportar todos os objetos. Selecione todos os objetos para serem impressos, incluindo suportes e conchas internas, e exporte-os como arquivos individuais. Certifique-se de escolher o formato VRML (WRL), porque o formato STL não é capaz de transportar as informações de cores.

5. Impressão e pós-processamento do modelo 3D

  1. Configure a impressora 3D
    NOTA: O Software 3DPrint (Versão 1.03) foi usado para controlar a máquina de jatozprinter 450.
    1. Abra o software e importe os arquivos VRML coloridos clicando no Open e escolhendo todos os dados relevantes. Clique no botão Open no canto inferior direito da janela. Na janela subseqüente escolha milímetros como unidades. Certifique-se de verificar a posição de manter e orientação, bem como as configurações de aplicar para todas as caixas de arquivos. Finalmente escolha Z151 como o tipo de material. Clique no botão Next.
    2. Para posicionar os objetos 3D dentro do volume de construção, marque todos os objetos pressionando a chave +A.
      1. Na janela superior esquerda, representando a visão XY do volume de compilação, clique e arraste os objetos marcados para o centro. Na janela inferior esquerda, representando a visão XZ do volume de construção, clique e arraste os objetos no meio da parte inferior acima da linha amarela.
      2. Se um modelo inteiro do crânio é impresso, seja certo que a abertura está virada para cima. Se pequenos modelos isolados são impressos, não se esqueça de partes delicadas, como embarcações com o avião XY, porque esta orientação irá aumentar a força das respectivas partes.
      3. Verifique a orientação correta dos modelos clicando e movendo-os na janela do lado direito.
    3. Para se preparar para o processo de compilação, clique no ícone de configuração no menu superior. Certifique-se de que o tipo material correto é selecionado e que a espessura da camada está definida como 0,1 mm. A Compensação bleed deve ser verificada e a opção Impressão em Monocromático não é controlada.
    4. Para iniciar o processo de impressão, clique no ícone Build no menu superior. Na janela subsequente escolha Whole Build e clique no botão OK. Certifique-se de que, no seguinte diálogo de status da impressora, todos os itens listados sejam definidos corretamente e que a impressora esteja on-line. Em seguida, clique no botão Print na parte inferior da caixa de diálogo.
  2. Pós-processamento do modelo
    NOTA: Use sempre um casaco de laboratório, luvas, proteção ocular e uma máscara enquanto manusea o pó solto e a solução de endurecimento. Sempre trabalhe em uma área bem ventilada.
    1. Desembalar
      1. Depois que a cópia é terminada, descompacte o modelo removendo com cuidado o pó frouxo com o aspirador de p30 integrado. É importante não entrar em contato diretamente com o modelo com o tubo de sucção para evitar que estruturas finas se sequetrem.
      2. Retire o modelo e limpe-o aplicando ar pressurizado, bem como limpá-lo com um pincel macio. Mais espessa, mais estável, partes do modelo podem adicionalmente ser moídas com um pincel mais duro. Esta etapa opcional permite um acabamento de superfície mais suave. Tenha em mente que neste estado o modelo ainda é muito frágil.
    2. Infiltração
      1. Coloque o modelo dentro de uma banheira de plástico.
      2. Infiltrá-lo cuidadosamente com a solução de endurecimento até que nenhuma área esbranquiçada seja visível.
      3. A solução excedente tem que ser removida com o ar pressurizado e as toalhas de papel descartáveis para manter todos os detalhes da superfície.
      4. Deixe o modelo curar por várias horas até que esteja completamente seco.

Representative Results

Foram criados oito pacientes com condrosarcoma do ápice petroso para o estudo e foram criados modelos 3D virtuais, cada um contendo osso, tumor, vasos, glândula pituitária e cruzamento óptico do nervo. Três modelos foram submetidos a impressão 3D multicolorida usando a técnica de azema 3D baseada em gesso(Figura 1A1,A2). Além disso, um único tumor com artéria interna foi criado(Figura 1B1)para mostrar os benefícios da coloração volumétrica em comparação com a coloração da superfície (Figura 1B2,B3).

Esses modelos foram utilizados para demonstrar a simulação de uma abordagem cirúrgica (por exemplo, criação de buracos de burr) e ressecção tumoral. Esta técnica de impressão permitiu a combinação de estruturas anatômicas derivadas de diferentes modalidades de imagem em um único objeto.

O material de gesso tinha propriedades semelhantes a ossos e poderia ser facilmente perfurado sem derreter. Assim, era viável utilizá-la para simular uma rota de acesso cirúrgico. Após o procedimento de endurecimento, foi estável o suficiente para reproduzir até mesmo estruturas frágeis, como a árvore do vaso intracerebral.

A capacidade de colorir todo o volume do modelo permitiu que a estrutura interna de um objeto, como a artéria carótida interna que viaja através do tumor, fosse claramente visualizada. Ao remover camadas de tumor com a broca, a artéria vermelha foi gradualmente revelada durante a simulação cirúrgica.

Para provar a precisão da técnica, os modelos 3D foram digitalizados em um tomógrafo de computador. Os modelos criados para impressão foram sobrepostos a esses exames. Um mapeamento de desvio foi criado, e a precisão foi determinada em 50 pontos de superfície escolhidos aleatoriamente. Um desvio médio de 0,021 mm demonstra o alto deacordo da impressão 3D em comparação com os dados originais.

Figure 1
Figura 1: Impressões 3D coloridas em volume vs. superfície. A1. Exemplar de cor 3D impressão colorida de um paciente com condrosarcoma no ápice petroso direito. A2. Visão detalhada das estruturas anatômicas (seta = bifurcação interna da artéria carótida; O = chiasm óptico do nervo; T = tumor). B1. Vaso sanguíneo cruzando o volume do tumor e nível transversal (linha pontilhada). B2, b2. A técnica convencional de impressão multicolorida revela cor apenas na superfície. B3, b3. A técnica modificada produz objetos volumicamente coloridos adequados para simulação cirúrgica avançada. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figure 2
Figura 2: Fluxo de trabalho para coloração volumétrica de impressões 3D. R. Modelo 3D virtual de um tumor com um vaso sanguíneo cruzando seu volume sem conchas internas. B. Um tumor e um vaso sanguíneo com múltiplas conchas internas (distância 0,05 mm). C. Um exemplo de uma distância de alta concha (1 mm). As únicas camadas de conchas coloridas e brancas ainda são visíveis. D. Um exemplo de distância de conchapequena (0,1 mm). O volume interno do objeto é completamente colorido. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Discussion

A terapia do condrosarcoma intracraniano é baseada principalmente na remoção cirúrgica completa. Muitas vezes localizado no ápice petroso, este tumor está próximo a estruturas importantes, como a artéria carótida interna, o nervo óptico e a glândula pituitária. Portanto, planejar as trajetórias cirúrgicas é um passo crucial antes da cirurgia. A impressão 3D multicolorida permite a fusão dessas estruturas, cada uma derivada de diferentes modalidades de imagem, em um único objeto.

Durante a preparação para a impressão 3D, é importante selecionar cuidadosamente os dados de imagem adequados. Imagens de alta resolução com uma pequena espessura de fatia são bem adequadas para reconstrução 3D e transições suaves, enquanto espessuras de fatias altas produzirão objetos grosseiros e irregulares. Outra etapa crítica do método é evitar cruzamentos de dois objetos vizinhos, como tumor e osso do crânio. Portanto, as operações boolean tem que ser realizada para subtrair um objeto do outro.

Para permitir coloração volumétrica é necessário criar subsuperfícies semelhantes a cascas de cebola dentro de um objeto (Figura 2A,B). É necessário ter uma distância mínima entre duas superfícies adjacentes de pelo menos 0,1 mm para obter objetos de cores lisas (Figura 2D). Se a distância escolhida estiver acima desse valor, as conchas individuais dentro do objeto podem se tornar visíveis(Figura 2C). A atenção deve ser dada a um aumento do consumo de cores da impressora 3D ao usar coloração volumétrica. Além disso, também é importante verificar o modelo para quaisquer peças soltas e adicionar suportes quando necessário (por exemplo, a artéria basilar).

O método só pode produzir material rígido, semelhante a gesso, que não é muito durável. Especialmente sem o procedimento de endurecimento, o modelo pode ser facilmente destruído durante o procedimento de desembalagem. Assim, elementos frágeis, como os vasos sanguíneos, muitas vezes tendem a quebrar.

A técnica também não é adequada para simulação de tecidomole. Para simular o tecido cerebral, por exemplo, pode ser necessário imprimi-lo com um método que é capaz de produzir materiais macios e duros diretamente12,13 ou para imprimir moldes que podem ser usados para lançar objetos macios, como borracha de silicone14. Em um caso de teste, o último método foi usado para simular um tumor macio. A limitação deste último procedimento era que embora o tumor do silicone fosse muito flexível, era necessário ter bastante espaço para introduzi-lo no modelo impresso 3D. Além disso, não foi possível criar estruturas internas, como um vaso sanguíneo.

O aperto de pasta 3D que jorra é uma técnica de fabricação aditiva que monte objetos por endurecimento parcial e colorindo camadas finas de pó de gesso. Assim, permite imprimir uma escala quase ilimitada das cores, das transições da cor, e das estruturas coloridas dentro do volume dos objetos em um único processo.

Em comparação com outras técnicas de impressão, como impressoras de filamento, que produzem os custos mais baixos, mas só permitem duas ou três cores ao mesmo tempo, e impressoras Poly Jet que produzem objetos multicoloridos e multimateriais, mas são muito caras, esta técnica oferece um compromisso a um preço acessível. O custo médio do material para um crânio impresso era aproximadamente 150 €.

Com este método, é possível visualizar dados ainda mais abstratos, como fibras de filamento derivadas de sequências de rastreamento de fibra de ressonância magnética ou imagens funcionais que retratam, por exemplo, a área da fala cerebral (por exemplo, área de Broca%).

Além da simulação cirúrgica, modelos impressos em 3D e totalmente coloridos de anatomia real do paciente podem ajudar a melhorar a educação de estudantes de medicina ou médicos jovens para que possam entender melhor as relações anatômicas complexas. É também uma ferramenta importante na educação do paciente.

Disclosures

Este estudo foi apoiado por uma bolsa da faculdade de medicina da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz para M.K. ("Biomatics - Stufe 1 Förderung").

Acknowledgments

Partes deste trabalho foram apresentados como um cartaz na reunião anual da Sociedade Alemã de Neurocirurgia (DGNC) 2019 em Würzburg, Alemanha e como uma breve apresentação na reunião anual da Sociedade Alemã de Cirurgia Assistida por Computador e Robô (CUV) 2019 em Reutlingen, Alemanha.

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

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