干预规划和培训的3D打印心血管幻影的开发与评估

提出的方法允许创建患者特异性解剖心血管模型，用于体外测试、教学和程序规划。该方法提供了一种标准化的方法，可以基于放射性数据集创建 3D 可打印的个性化解剖模型，这些模型可以轻松地包含在流量循环或培训设置中。虽然这种建模方法侧重于心血管系统，但它可以转移到其他解剖结构。

放射性数据集的质量对建模过程中遇到的困难有很大影响。对于第一个模型，使用具有最小运动文件和高空间分辨率的数据集。首先，通过打开阈值工具来定义一系列 Hounsfield 单位值，从而将对比度增强的血液体积和骨骼结构组合起来。

使用拆分掩码工具去除最终 3D 模型中不可取的所有骨骼部分，该工具可根据 Hounsfield 值和位置标记和分离整体切片中的多个区域。分离后，确保含有对比增强血量的面膜保留。这可以通过滚动穿过日冕和轴向平面，并将创建的掩码与底层数据集进行匹配来完成。

从此面膜，计算渲染的 3D 多边形表面模型。单击"本地平滑"工具，手动和本地调整分段模型的表面。专注于去除以前修剪操作创建的粗糙多边形、单峰和粗糙边缘。

为了允许模型的后期连接到流环，请包括已定义直径调整为可用软管连接器和管直径的管状部件。要放置与容器开口横截面平行的基准平面，请选择工具、创建基准平面，并使用预设的 3 点平面。接下来，单击船舶横截面上的三个相等间隔点以创建平面。

在命令窗口输入 10 毫米的偏移，并确认操作。从菜单中选择绘图工具，并选择以前创建的基准平面作为草图的位置。在草图中，大致在容器的中心线上放置一个圆圈，并设置半径约束，以匹配软管连接器的外径。

从创建的草图中，使用 Extrude 工具创建长度为 10 毫米的圆柱体。定向挤出远离容器开口，在气缸和船横截面之间创建 10 毫米的距离。然后使用阁楼工具在容器末端和几何定义的圆柱体之间创建连接。

确保两个横截面之间的平稳过渡，从而避免最终 3D 流量模型中的湍流和低流量区域。最后，使用空心工具在指挥窗口中制造空心血空间，并放置所需的墙厚，并设置空心过程向外移动的方向。确认执行空心过程的选择。

将打印文件从切片软件上传到 3D 打印机后，确保打印机墨盒中的打印材料和支持材料量足以满足 3D 模型并开始打印。按照打印过程，从成品模型中取出支撑材料。首先，通过轻轻挤压模型手动拆卸支撑材料。

将模型放在水槽上，然后在取下盖子后将其浸入水中或相应的溶剂中。将模型干燥在孵化器中，一夜之间达到 40 摄氏度。第二天，将模型嵌入 1% 的 agar 中。

使用模型周围至少有两厘米侧边边缘的塑料盒，并在墙壁上钻孔，使管子从容器连接到泵和储油层。将阿加加入水中煮沸。搅拌混合物后，让它冷却五分钟，倒入盒子，形成至少两厘米高的床。

当 Agar 床设置时，每次打开时都使用商业软管连接器将模型连接到不符合要求的 PVC 管。使用拉链连接来修复软管连接器和 3D 型号之间的连接，并确保没有液体泄漏。引导PVC管通过钻孔进入盒子，然后将模型放在设置的阿加床的顶部。

为了防止从这些孔中渗出的醋，请使用耐热建模粘土将其密封。接下来，在盒子上加上一层阿加，并在上面加一层两厘米的黄油来盖住模型。让阿加完全冷却，并在室温下设置一小时。

使用冲压量为 120 到 150 毫升的活塞泵搅拌心室。对于 CT 成像，将整个流量循环放在 CT 扫描仪内，驱动单元站在附近。将对比剂泵直接连接到流量循环的储层，以便在扫描过程中模拟模型与对比剂的充斥。

这对于可视化血管病理学特别有用。在整个模型上执行 CT 作为动态扫描，以可视化对比剂流入。以每秒四毫升的速度将 100 毫升的 1 到 10 个稀释的碘对比剂注入模型的储层中。

开始扫描使用 bolus 触发在领先的管与 100 洪斯菲尔德单位阈值在四秒延迟。要执行声像，在 agar 块顶部放置少量超声波凝胶以减少人工制品。启动泵，使用超声波头定位感兴趣的解剖结构。

使用二维回波模式来评估传单运动以及阀门的开闭行为。使用彩色多普勒来评估穿过瓣膜和光谱多普勒的血流量，以量化心脏瓣膜后的流动速度。将接入端口插入 3D 模型正下方的 PVC 管中，以便使用心脏导管或导引线更轻松地访问解剖学。

启动流量循环后，在端口入口处检查泄漏情况。如有必要，请使用两个组件粘合剂密封开口。将 3D 模型放在 X 光机 C 臂下方的患者桌上。

使用 X 射线成像来引导导管并引导导线穿过解剖结构。对于 4D MRI，请使用 1.5 特斯拉扫描仪，并确保收购协议由 4D 流序列中的非对比增强 MRA 组成。获得切片厚度为 1.2 毫米的 25 相的同位素数据集。

将速度编码设置为每秒 100 厘米。使用商用软件执行 4D 流量图像分析。首先，通过从闪存驱动器中选择 4D MRI 数据集导入，然后执行半自动偏移校正和校正别名，以提高图像质量。

将自动跟踪容器的中心线，软件提取 3D 音量。最后，通过单击分析窗口中的单个选项卡对流量参数进行定量分析。无需进一步输入即可可视化流可视化、路径线可视化和流向量。

要在代表选项卡中量化压力和壁切应力，请单击"添加平面"按钮放置两个平面。将飞机拖至投资回报率，沿着中心线拖动，以便将一架飞机放置在投资回报率的开头，一架飞机放在末端。在 3D 模型旁边的图表中，将可视化和量化整个 ROI 和壁切应力的压力下降。

呈现的 3D 打印模型在 CT 成像方面提供了多种可能性。印刷材料可以很容易地区别于周围的阿加和可能的金属植入物。因此，通常不需要使用对比剂，但生成动态成像序列除外。

使用超声波成像时，可以区分模型的墙壁、周围的阿加和心脏瓣膜传单等薄动态物体。模型顶部的 agar 层在扫描过程中提供逼真的触觉反馈。流环内的流量分析提供了广泛的可能应用和介入前成像。

4D MRI 序列可在 3D 打印模型中可视化流体流、湍流和壁切应力，从而能够分析人工心脏瓣膜后的流模式。此工作流程可转移到不同的介入医疗程序，用于培训或规划目的。该技术允许对大型心血管中的流动行为进行更密切的体外检查，并为个性化治疗规划提供了巨大潜力。