نموذج شخصي مطبوع 3D للتقييم قبل الجراحة في جراحة الغدة الدرقية

Summary

هنا ، يتم اقتراح طريقة جديدة لإنشاء نموذج مطبوع 3D مخصص لتقييم جراحة الغدة الدرقية قبل الجراحة. إنه يفضي إلى مناقشة ما قبل الجراحة ، مما يقلل من صعوبة جراحة الغدة الدرقية.

Abstract

التركيب التشريحي للمنطقة الجراحية لسرطان الغدة الدرقية معقد. من المهم جدا إجراء تقييم شامل ودقيق لموقع الورم وعلاقته بالكبسولة والقصبة الهوائية والمريء والأعصاب والأوعية الدموية قبل العملية. تقدم هذه الورقة طريقة مبتكرة لإنشاء نموذج مطبوع 3D يعتمد على صور DICOM المقطعية المحوسبة (CT). أنشأنا نموذجا مطبوعا بتقنية 3D مخصصا لمجال جراحة الغدة الدرقية العنقية لكل مريض يحتاج إلى جراحة الغدة الدرقية لمساعدة الأطباء على تقييم النقاط الرئيسية وصعوبات الجراحة واختيار طرق تشغيل الأجزاء الرئيسية كأساس. أظهرت النتائج أن هذا النموذج يفضي إلى مناقشة ما قبل الجراحة وصياغة استراتيجيات التشغيل. على وجه الخصوص ، نتيجة للعرض الواضح لمواقع العصب الحنجري والغدة الدرقية المتكررة في مجال عملية الغدة الدرقية ، يمكن تجنب إصابتها أثناء الجراحة ، وتقليل صعوبة جراحة الغدة الدرقية ، وتقليل حدوث قصور جارات الدرق بعد العملية الجراحية والمضاعفات المتعلقة بإصابة العصب الحنجري المتكررة أيضا. علاوة على ذلك ، فإن هذا النموذج المطبوع بتقنية 3D بديهي ويساعد على التواصل لتوقيع الموافقة المستنيرة من قبل المرضى قبل الجراحة.

Introduction

عقيدات الغدة الدرقية هي واحدة من أكثر أمراض الغدد الصماء شيوعا ، ومن بينها سرطان الغدة الدرقية الذي يمثل 14٪ -21٪¹. العلاج المفضل لسرطان الغدة الدرقية هو الجراحة. ومع ذلك ، نظرا لأن الغدة الدرقية تقع في منطقة عنق الرحم الأمامية ، فهناك أنسجة وأعضاء مهمة قريبة من الغدة الدرقية في منطقة العملية ، مثل الغدة الجار درقية والقصبة الهوائية والمريء والأوعية العنقية الكبيرة^{والأعصاب 2,3} ، مما يجعل العملية صعبة نسبيا ومحفوفة بالمخاطر. المضاعفات الجراحية الأكثر شيوعا هي انخفاض في وظيفة الغدة الدرقية الناجمة عن إصابة وظيفة الغدة الدرقية أو سوء الاستئصال وبحة في الصوت الناجمة عن إصابة العصب الحنجري المتكررة⁴. لطالما كان الحد من المضاعفات الجراحية المذكورة أعلاه هدفا للجراحين. طريقة التصوير الأكثر شيوعا قبل جراحة الغدة الدرقية هي التصوير بالموجات فوق الصوتية ، على الرغم من أن عرضها للغدة الجار درقية والعصب محدود للغاية⁵. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التباين في موضع الغدة الدرقية والعصب الحنجري المتكرر في منطقة جراحة الغدة الدرقية مرتفع للغاية ، مما يعيق تحديد ^6,7. إذا كان من الممكن عرض الوضع التشريحي لكل مريض بوضوح للجراح من خلال النموذج في الوقت الفعلي أثناء العملية ، فسوف يقلل من المخاطر التشغيلية لجراحة الغدة الدرقية ، ويقلل من حدوث المضاعفات ، ويحسن كفاءة جراحة الغدة الدرقية.

بالإضافة إلى ذلك ، من الصعب أيضا شرح العملية الجراحية بدقة للمرضى قبل الجراحة. يجد بعض الجراحين عديمي الخبرة صعوبة في شرح ونقل التفاصيل الدقيقة للعملية للمرضى ، خاصة بسبب تعقيد الغدة الدرقية والهياكل المحيطة بها. كل مريض لديه هيكله التشريحي الفريد واحتياجاته الشخصية⁸. لذلك ، يمكن لنموذج الغدة الدرقية 3D الشخصي القائم على التشريح الحقيقي للمريض أن يساعد المرضى والأطباء بشكل فعال. حاليا ، يتم إنتاج غالبية المنتجات في السوق بكميات كبيرة بناء على المخططات المستوية. من خلال استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج نموذج خاص بالمريض يعكس الاحتياجات الطبية الفردية لكل مريض ، يمكن استخدام هذا النموذج لتقييم الحالة الفعلية لمرضى سرطان الغدة الدرقية ومساعدة الجراحين على التواصل بشكل أفضل مع طبيعة المرض مع المرضى.

الطباعة ثلاثية الأبعاد (أو التصنيع المضاف) هي بناء ثلاثي الأبعاد مبني من نموذج تصميم بمساعدة الكمبيوتر أو نموذج ثلاثي الأبعاد رقمي⁹. تم استخدامه في العديد من التطبيقات الطبية ، مثل الأجهزة الطبية والنماذج التشريحية وصياغة الأدوية¹⁰. بالمقارنة مع التصوير التقليدي ، فإن نموذج الطباعة 3D أكثر وضوحا وأكثر وضوحا. لذلك ، يتم استخدام الطباعة 3D بشكل متزايد في العمليات الجراحية الحديثة. تشمل التقنيات المطبوعة ثلاثية الأبعاد شائعة الاستخدام الطباعة القائمة على البلمرة ، والطباعة القائمة على المسحوق ، والطباعة القائمة على نفث الحبر ، والطباعة القائمة على البثق¹¹. في الطباعة القائمة على البلمرة بالضريبة على القيمة المضافة ، يتم تشعيع طول موجي محدد من الضوء على برميل من راتنج المعالجة بالضوء ، والذي يعالج الراتنج محليا طبقة واحدة في كل مرة. لديها مزايا توفير المواد والطباعة السريعة. تعتمد الطباعة القائمة على المسحوق على التسخين الموضعي لدمج مادة المسحوق للحصول على هيكل أكثر كثافة ، ولكنها تؤدي أيضا إلى زيادة كبيرة في وقت الطباعة وتكلفتها ، وهي حاليا محدودة الاستخدام¹². تستخدم الطباعة القائمة على نفث الحبر رشا دقيقا للقطرات على الركيزة في عملية طبقة تلو الأخرى. هذه التقنية هي الأكثر نضجا ولها مزايا التوافق العالي للمواد والتكلفة التي يمكن التحكم فيها ووقت الطباعة السريع¹³. تعمل الطباعة القائمة على البثق على بثق المواد مثل المحاليل والمعلقات من خلال الفوهات. تستخدم هذه التقنية الخلايا ، وبالتالي ، لديها أعلى قدرات محاكاة الأنسجة الرخوة. نظرا لارتفاع التكلفة والتقارب الحيوي ، يتم استخدامه بشكل أساسي في مجال هندسة الأنسجة وأقل تكرارا في نماذج الأعضاء الجراحية¹⁴.

نتيجة لذلك ، اخترنا تقنية الطباعة "White Jet Process" ، بناء على تعقيد الغدة الدرقية والهياكل المحيطة بها والجدول الجراحي. تجمع هذه التقنية بين مزايا الطباعة القائمة على بلمرة ضريبة القيمة المضافة والطباعة القائمة على نفث الحبر ، وتوفر دقة عالية وطباعة سريعة وتكلفة منخفضة ، مما يجعلها مناسبة تماما لجراحة الغدة الدرقية. الهدف من هذا البروتوكول هو جعل نموذج سرطان الغدة الدرقية المطبوعة 3D ، وتحسين تشخيص المرضى من خلال توفير معلومات كافية حول البنية التشريحية وتنوع المرضى ، وإبلاغ الأطباء والمرضى بشكل أفضل عن جميع الحالات المتعلقة بالعملية الجراحية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

لم تكن هذه الدراسة بحاجة إلى موافقة لإجراء أو أي نوع من الموافقة من المرضى لاستخدام ونشر بياناتهم ، لأن جميع البيانات والمعلومات الواردة في هذه الدراسة والفيديو كانت مجهولة المصدر.

1. جمع بيانات الصورة

1. مسح الغدة الدرقية للمريض عن طريق التصوير المقطعي المحوسب المحسن (CT) للحصول على بيانات الصورة بتنسيق DICOM. تأكد من أن هذه العملية تتم في غضون أسبوع واحد قبل العملية والتحكم في سمك الشريحة بحيث تكون ≤1 مم.

2. معالجة بيانات DICOM

1. قم باستيراد بيانات صورة المريض الممسوحة ضوئيا إلى البرنامج (انظر جدول المواد) وقم بتعيين الحد المناسب وفقا للفرق في القيمة الرمادية بين الغدة الدرقية والأنسجة أو الأعضاء المحيطة. نظرا لأن القيم الرمادية المختلفة هي انعكاسات للاختلافات في كثافة مناطق مختلفة من جسم الإنسان ، قم بتعيين عتبة التدرج الرمادي (الوحدة: hu ؛ على البرنامج) إلى 226-1500 لتقديم صورة العظام ؛ اضبط العتبة على -200-226 لإظهار صورة الغدة الدرقية. دع البرنامج يحدد المنطقة المحاصرة تلقائيا ، أو حدد حدود المنطقة المستهدفة يدويا إذا كان التعرف غير مرض.
   ملاحظة: يقوم Mimics تلقائيا بتحديد منطقة الغدة الدرقية واستخدام تقنية نمو منطقة 3D لتقسيم الصورة وحساب إعادة البناء ثلاثية الأبعاد. في الوقت نفسه ، تم تحسين الصورة ثلاثية الأبعاد لتقليل الخشونة والشعور بالخطوات للحصول على نموذج تصور رقمي ثلاثي الأبعاد طبيعي وسلس وأصيل ، مما يتيح مراقبة أكثر وضوحا لنموذج 3D للجراحين.
2. إنشاء ملفات STL من نموذج البيانات المعاد بناؤه. اختر النموذج المعاد بناؤه في البرنامج ، وانقر فوق تصدير في رصيف الملفات ، واختر STL كتنسيق ملف التصدير. أخيرا ، قم بإنشاء ملفات STL بنجاح.

3. التفاعل الطبي الهندسي

1. أرسل معاينة نموذج 3D المعاد بناؤه إلى الأطباء ، الذين سيؤكدون المتطلبات المطبقة والبنية التشريحية للنموذج ثلاثي الأبعاد ويقدمون ملاحظات لمهندس النمذجة إذا كانت هناك حاجة إلى تعديل. بعد تلقي تأكيدات من الأطباء ، انتقل إلى مرحلة إعداد الإنتاج.

4.3D الطباعة (الملف التكميلي 1)

1. انقل بيانات ملف STL إلى طابعة 3D الملونة وأكمل الإعدادات المسبقة للمعلمة (مثل وضع الطباعة وسمك شوط الشريحة وطريقة الدعم وتلوين النموذج) من خلال برنامج تشريح الطباعة ثلاثية الأبعاد الداعم.
   1. حدد نموذج الطباعة وفقا لنوع المنتجات النهائية (تستخدم نماذج الطباعة الملونة عادة تقنية White Jet Process ، بينما يستخدم الراتنج الحساس للضوء عادة موكب الضوء الرقمي).
   2. حدد معلمة سمك شوط الشريحة وفقا لسمك المنتجات (هنا ، من 24 ميكرومتر إلى 36 ميكرومتر).
   3. اختر طريقة الدعم وفقا لدقة نموذج الطباعة: دعم شامل (حماية أفضل وتلف أقل للتفاصيل الدقيقة) أو دعم جزئي (يوفر المواد).
   4. حدد تلوين الطراز باستخدام وظيفة لوحة الألوان في الطابعة. توحيد الشرايين باللون الأحمر 255 والأوردة باللون الأزرق 255.
      ملاحظة: نظرا لأن الأجزاء الأخرى مثل آفة الورم ليست قياسية تماما ، يمكن للجراحين اختيار اللون وفقا لاحتياجاتهم أو تفضيلاتهم.
2. املأ راتنج معالجة الضوء الصلب في الطابعة ثلاثية الأبعاد (انظر الجدول التكميلي S1) ، وقم بتصحيح أخطاء منصة الطباعة ، واطبع باستخدام تقنية White Jet Process. بعد الطباعة ، أخرج نموذج الغدة الدرقية المطبوع الأولي.
   ملاحظة: تعتمد تقنية White Jet Process على مبدأ الطباعة النافثة للحبر ، حيث تتم طباعة طبقة رقيقة من الراتنج الحساس للضوء في نفاثة واحدة ثم تشعيعها بطول موجي محدد من ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يتسبب في تفاعل بلمرة سريع ومعالجة الراتنج الحساس للضوء. تكتمل هذه العملية طبقة تلو الأخرى حتى تكتمل الطباعة.

5. ما بعد العلاج

1. اطرح بنية الدعم لنموذج الغدة الدرقية المطبوع الأولي. طحن وورنيش ومعالجة المنتج شبه المصنع للحصول على نموذج الغدة الدرقية 1: 1 متساوي القياس 3D المطبوع.
   1. طرح هيكل الدعم
      1. ارتداء القفازات ، وتفكيك دعامات الالتفاف حول النموذج الأولي وإزالة معظم الجسم الرئيسي للهيكل الداعم.
      2. ضع النموذج في منظف بالموجات فوق الصوتية بمحلول قلوي Ca (OH) ₂ لتنظيف لمدة 15 دقيقة.
      3. ضع النموذج في أداة الرمل المبللة واشطفه حتى يتم غسل بقية هيكل الدعم على السطح.
   2. طحن
      1. قم بطحن النموذج باستخدام مطحنة كهربائية أو ملف أو عجلة طحن.
   3. بالورنيش
      ملاحظة: تتكون هذه العملية من الرش والطلاء اليدوي.
      1. رش الورنيش في كتل ملونة كبيرة المساحة على نصف سطح النموذج. قم بطلاء كتل الألوان الصغيرة يدويا بالورنيش.
   4. علاج
      1. ضع النموذج في آلة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 ثانية من المعالجة.
      2. أخرج النموذج وقم بتنظيفه بنسبة 95٪ كحول.
         ملاحظة: بعد أن يتطاير الكحول تماما ، ينتهي الإنتاج.

6. التسليم

1. قم بتعبئة نموذج الغدة الدرقية وأكمل التسليم للجراحين قبل الجراحة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تقدم هذه الورقة بروتوكولا لبناء نماذج مطبوعة 3D مخصصة لمرضى الغدة الدرقية. يوضح الشكل 1 مخططا انسيابيا لإنشاء نموذج مطبوع 3D مخصص للغدة الدرقية للمرضى. يوضح الشكل 2 جهاز طباعة النموذج المطبوع 3D المخصص للغدة الدرقية للمرضى. يوضح الشكل 3 واجهة ا?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

قد تكون الموجات فوق الصوتية هي إجراء التصوير الوحيد قبل الجراحة لمعظم المرضى الذين يخضعون لجراحة الغدة الدرقية¹⁵. ومع ذلك ، قد تعاني بعض الحالات المتمايزة جيدا من أمراض متقدمة ، والتي تغزو الأنسجة أو الأعضاء المحيطة وتعيق العملية¹⁶. قد يكون هذا النموذج أكثر ملاءمة...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D color printer	Zhuhai Sina 3D Technology Co	J300PLUS	Function support: automatic optimized placement, automatic model typesetting, automatic generation support, real-time layered edge cutting and printing, slice export, custom color thickness, custom placement / scaling, man hour evaluation, material consumption evaluation, print status monitoring, material remaining display, changing materials and colors, managing work queues, full / semi enclosed printing, automatic detection of model interference, layer preview, automatic pause of ink shortage, power failure to resume printing Automatic cleaning nozzle, automatic channel adaptation, ink change, automatic cleaning pipeline, follow-up laying. Range of optional materials: RGD series transparent molding materials, RGD series opaque molding materials, FLX series soft molding materials, ABS like series molding materials, high temperature resistant molding materials, Med series molding materials (first-class medical record certification), ordinary supporting materials, water-soluble supporting materials.
Mimics 21.0 software	Materialise, Belgium		DICOM data processing