Diese Methode kann wichtige Fragen im Bereich der Neonatologie beantworten, z. B. wie viel Herzleistung während der Brustkompression erzeugt wird. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie die Erstellung eines flexiblen Herzmodells ohne den Verlust des anatomischen Realismus ermöglicht. Das Verfahren wird heute mit mir demonstriert, Jasper Sterk, ein Techniker aus unserem Labor.
Um Bildsegmente eines repräsentativen Neonatalen Herzens zu erfassen, öffnen Sie zunächst ein entsprechendes Verarbeitungssoftwareprogramm. Importieren Sie ein neonatales thorakales Magnetresonanzbild oder MRT, das als Digital Imaging and Communications in Medicine-Datei formatiert ist. Wählen Sie mit dem Werkzeug Masken bearbeiten den Bereich des Herzmuskels auf jeder MRT-Scheibe aus, in der sich das Herz befindet, und erstellen Sie eine neue Skizzenebene.
Segmentieren Sie die beiden Vorhöfe und die beiden Ventrikel auf die gleiche Weise und verwenden Sie das Werkzeug 3D berechnen, um Den Muskel und die Kammern in separate 3D-Darstellungen zu verwandeln. Verwenden Sie dann das Werkzeug Stereolithographie Plus, um die Segmente als fünf Stereolithographiedateien mit der optimalen Auflösung für jede Datei zu exportieren. Für die Verarbeitung und den Druck der neonatalen Herzformteile laden Sie die Vorhöfe und Ventrikelventilformdateien in ein computergestütztes Design-Softwareprogramm.
Verwenden Sie die ursprüngliche MRT, um die Positionen der Aorten-, Lungen-, Mitral- und Trikuspidalklappen zu bestimmen. Ziehen Sie mit der Insert-Teilefunktion die Ventildateien für die positiven und negativen Formhälften für jedes Ventil an ihre jeweiligen Positionen in den geladenen Vorhöfen und Ventrikeln in die aktuelle Datei. Klicken Sie auf die Position auf der Oberfläche des Atriums oder Ventrikels, um die Position der Platzierung anzugeben.
Wählen Sie unter der Registerkarte Features die Option Bossbasis extrudieren aus, um die Basen der positiven und negativen Ventile zu extrudieren, so dass die Ventile in ihren jeweiligen Kammern hervorragen, und die Ventilteile entsprechend zusammenzuführen. Fügen Sie die Lungen- und Aortenklappendateien zu ihren jeweiligen Ventrikelpositionen hinzu, und öffnen Sie die Registerkarte Skizze, und wählen Sie das Werkzeug Kreis aus. Öffnen Sie dann die Registerkarte Feature und verwenden Sie die Sweep Boss Base-Funktion, um zwei bogenförmige Zylinder mit fünf Millimeterdurchmessern von den Oberen der Ventile zu skizzieren, bis beide kreisförmigen Zylinderflächen die horizontale Position erreichen.
Nachdem Sie die Ventilteile zu ihren jeweiligen Ventrikeln und Arterien zusammengeführt haben, wählen Sie erneut das Werkzeug Kreis und verwenden Sie die Funktion "Boss-Basis extrudieren", um vertikale Zylinder mit fünf Millimeterdurchmessern von der Basis jeder der vier Kammern zu extrudieren, bis die Zylinder 40 Millimeter lang sind und in ihre jeweiligen Kammern ragen. Öffnen Sie als Nächstes die Registerkarte Skizze, und wählen Sie das Werkzeug Skizzenkreis aus. Um dann verschiedene Tiefeneinzüge zu erstellen, öffnen Sie die Registerkarte Features und verwenden Sie die Funktion Extrudieren schneiden, um Halbkreise auf den Zylindern zu skizzieren, um den Zylindern Differentialkerben hinzuzufügen.
Um die Formen von den Kammern und Arterien zu subtrahieren, klicken Sie mit der rechten Maustaste, um den festen Körper der Kammer und der Arterie auszuwählen, und wählen Sie die Funktion Kombinieren aus, damit die Einstellung Subtrahieren ausgewählt werden kann. Nach der Rettung der Kammern und Arterien, importieren Sie das Herzmuskelmodell. Starten Sie dann eine neue Skizze und halten Sie die Umschalttaste gedrückt, um alle Zylinderbasisskizzen auszuwählen.
Um die Sechszylinder-Basisskizzen um zwei Millimeter zu versetzen, öffnen Sie die Registerkarte Skizze, und wählen Sie Entitäten konvertieren aus. Öffnen Sie die Registerkarte Features, und verwenden Sie die Funktion Bossbasis extrudieren, um die Bogenzylinder mit dem Herzmuskelmodell zu verschmelzen. Um einen Würfel von der Basis der sechs Zylinder nach unten zu modellieren, wählen Sie Geometrie referenzieren aus, und öffnen Sie die Registerkarte Skizze, und wählen Sie das Werkzeug Quadrat aus.
Dann skizzieren Sie ein Quadrat mit einer Länge und Breite vier Millimeter breiter als der breiteste Teil des Herzmuskelmodells. Verwenden Sie die Funktion Bossbasis extrudieren, um das Quadrat mit einer Dicke von acht Millimetern nach unten zu extrudieren. Führen Sie das extrudierte Quadrat mit der Basis der sechs Zylinder zusammen, indem Sie die Funktion Teile zusammenführen verwenden.
Fügen Sie vier Millimeter-Würfel zu jeder der vier Ecken der Basis auf die gleiche Weise hinzu. Mit der quadratischen Basis als Skizze extrudieren Sie die Basis, um das gesamte Herzmodell abzudecken, und subtrahieren Sie alle anderen Teile von der Abdeckung. Verwenden Sie die Funktion Referenzgeometrie, um eine Referenzebene auf die Höhe des Interesses zu generieren, und wählen Sie Einfügen, Formen und Split aus, um den oberen Teil des übrig gebliebenen Rechtecks am breitesten Teil des Herzmodells zu teilen.
Teilen Sie das übrig gebliebene Rechteck an der bequemsten Formfreigabeposition wieder auf die gleiche Weise, jedoch in vertikaler Richtung. Verwenden Sie dann einen Jetting-Drucker und starre, gummiartige Photopolymer-Materialien, um die Formteile zu drucken. Es ist wichtig, gummiartiges Material für die innere Form zu verwenden, damit diese Formen später entfernt werden können, ohne das Modell zu brechen oder zu beschädigen.
Zum Kaltspritzgießen und Veredeln der Formteile zuerst alle Oberflächen aller bedruckten Teile außer den Ventilen mit einem Trennmittel besprühen und die Teile mit Tissuepapier reinigen. Nach der Lufttrocknung für 15 Minuten, schließen Sie die Basis der Form und zwei Seitenteile und legen Sie die Form auf zwei Abstandshalter, so dass die Basis der Form nicht in direktem Kontakt mit der Tischoberfläche ist. Legen Sie eine Silikonpatrone in eine manuelle Dosierpistole ein und verwenden Sie die Pistole, um fünf Milliliter Silikon in einen Messbecher zu geben.
Mischen Sie das Silikon mit einem Mischwerkzeug und verwenden Sie das Mischwerkzeug, um eine großzügige Menge an flüssigem Silikon auf die negativen und positiven Seiten der rechten Vorhöfe und Ventrikelventile aufzutragen. Wir beschichten das Ventil, um deren Funktionalität zu gewährleisten. Schließen Sie die beiden Kammern im rechten Ventilwinkel an und schieben Sie die Kammern auf ihre jeweiligen Zylinder in der Grundform.
Dann befestigen Sie die Lungen- und Aortenbogenzylinder in ähnlicher Weise. Lassen Sie das Silikon für zwei Minuten erstarren. Befestigen Sie den oberen Teil der Form und einen statischen Mischer an der Patrone, drücken Sie die Patrone, bis das gesamte Silikon abgegeben wurde, und geben Sie dann den Druck frei.
Stellen Sie die gesamte Form auf die beiden Abstandshalter ein und stecken Sie die Pistole in die Acht-Millimeter-Spritzgießbuchse. Drücken Sie mit niedrigem Druck im Laufe von drei Minuten, bis alle Lüftungsschlitze Anzeichen eines Silikonüberlaufs aufweisen. Legen Sie dann einen Metallabstandinder in den Riss zwischen den oberen und unteren Teilen der Form ein, um die Oberseite der Form zu öffnen.
Entfernen Sie die Seitenteile der Form nacheinander auf die gleiche Weise, wobei Sie darauf achten, die Herzwand nicht zu durchstechen, und verwenden Sie ein Skalpell, um Blasen im Silikon zu durchbohren. Verwenden Sie einen Zahnstocher, um Blasenlöcher mit Silikon zu füllen und lassen Sie das Modell für weitere 30 Minuten aushärten. Wenn das Modell fertig ist, schließen Sie das Herzmodell mit einer Hand fest ein und verwenden Sie Druckluft, um das Modell von der Basis der Form zu blasen, sodass die sechs inneren Formen im Herzmodell bleiben.
Verwenden Sie eine Spritze mit Wasser, um die linken und rechten Ventrikel zu füllen und unter Druck zu setzen, um die inneren Formen freizugeben. Verwenden Sie dann eine MagillZange, um die inneren beiden Formteile herauszuziehen, ohne das Ventilsegment zu komprimieren. Diese 3D-Modelldruckmethode kann auch auf andere innere Organe wie die Lunge oder auf Knochenstrukturen wie rippen angewendet werden.
Die Verwendung sehr flexibler Innenformmaterialien für den 3D-Druck ermöglicht die Erstellung und Freisetzung komplexer organischer Strukturen, die beim Entfernen der Innenkammern bei Verwendung steiferer Druckmaterialien zerstört würden. Eine hohe Auflösung der aufwendigen 3D-gedruckten Modellteile ist für die Erzeugung kleiner organischer Bauteile, wie sie im Herzmodellsystem verwendet werden, unerlässlich. Nach der Entwicklung ebnete diese Methode den Weg für Forscher, die Neonatalen Patientenphysiologie zu erforschen.
Nachdem Sie sich dieses Video angeschaut haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie ein anatomisch realistisches neonatales Herz mit vier Kammern und vier Ventilen in einem einzigen Gießzyklus erstellen können. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Natriumhydroxid extrem gefährlich sein kann. Bitte tragen Sie während dieses Vorgangs Hand- und Augenschutz.
