Erstellung patientenspezifischer Silikon-Herzmodelle mit Anwendungen in präoperativen Plänen und Hands-on-Training

Komplexe angeborene Herzfehler sind ein schwieriges 3D-Problem. Bestehende 3D-Drucktechnologien können die Eigenschaften des Myokardgewebes nicht genau replizieren. Dieses Protokoll erstellt Modelle für ein high-fidelity chirurgisches Training.

Diese Technik erstellt kostengünstig patientenspezifische 3D-Modelle aus ihrer Bildgebung. Die Modellierung der inneren und äußeren Anatomie ihrer Organe ermöglicht es uns, unsere Patienten genau zu kennen und zu betreuen. Die Erstellung dieser Modelle in einem Material, das das anatomische Gewebe genau darstellt, ermöglicht es dieser Technik, auf jeden Verfahrenstrainer angewendet zu werden, der anatomieträchtig ist.

Öffnen Sie zunächst die STL-Datei des Myokardkoffermodells in einem CAD-Programm. Importieren Sie in Magics die STL-Dateien, die durch den zweiten Import generiert wurden. Wählen Sie im Projektverwaltungsfenster die transparente Option des Modellrenderings aus.

Verwenden Sie die linke und rechte Maustaste, um das Rotations- und Schwenkwerkzeug zu steuern, um die Ansicht der Myokardbasis anzupassen, indem Sie den Scheitelpunkt des Herzens nach unten und den Aortenbogen horizontal zeigen. Um das überschüssige Myokardgehäusematerial aus dem Modell zu trimmen, gehen Sie zu Werkzeuge, wählen Sie Ausschneiden und Polylinie angeben, wählen Sie dann Interessante Punkte aus und klicken Sie auf Anwenden. Schneiden Sie den Myokardkoffer in ähnlicher Weise in mehrere Teile.

Gehen Sie zu schneiden, wählen Sie Polylinie angeben und wählen Sie dann Sehenswürdigkeiten aus, um einen horizontalen Schnitt durch die Aorta zu machen, die den Myokardfall in eine untere Hälfte teilt, die die Spitze und die obere Hälfte enthält, sowie um zwei vertikale Schnitte entlang des breitesten Abschnitts der unteren Hälfte und oberen Hälfte des Myokardgehäuses vorzunehmen. Und klicken Sie abschließend auf Übernehmen. Um eine korrekte Ausrichtung während der Montage sicherzustellen, erstellen Sie mit einem Prop-Generierungswerkzeug und einem Booleschen Subtraktionswerkzeug mit einem Abstandswert von 0,25 Millimetern passende Requisiten und Prop-Hohlräume und fügen Sie sie den Myokardkofferstücken hinzu, indem Sie auf Props hinzufügen klicken.

Geben Sie die Position im Modell an, und klicken Sie dann auf Anwenden. Erzeugen Sie in einem der oberen halben Stücke des Myokardgehäuses ein Silikonfüllloch mit einem Durchmesser von einem Zentimeter und überprüfen Sie die Lochplatzierung mit einem SME. Wählen Sie Prüfdiagnose, um die Diagnose aller Gehäuseteile einzeln zu überprüfen, um Fehler wie invertierte Normale, schlechte Kanten, schlechte Konturen, nahezu schlechte Kanten, planare Löcher oder Schalen in den Myokardgehäuseteilen zu finden.

Wenn ein Fehler erkannt wird, klicken Sie auf Automatisch auflösen, um ihn zu reparieren. Alternativ können Fehler manuell oder mit einem Reparaturwerkzeug oder Assistenten behoben werden. Wenn Fehler nicht mit der alternativen Option behoben werden können, beheben Sie die Fehler mit einem Schrumpffolienwerkzeug.

Klicken Sie auf Fix, wählen Sie Schrumpffolie und folgen Sie dem Dialogfeld, um das Schrumpffolien-Probenintervall und die Lückenfüllwerte nach Bedarf anzupassen, um die Fehler auf dem spezifischen Stück zu korrigieren, ohne die Physiologie bei der SME-Überprüfung zu ändern. Anschließend speichern oder exportieren Sie die einzelnen Myokardkofferstücke als STL-Dateien. Öffnen Sie das Myokardgehäuse und die Blutpoolmodelle in der entsprechenden Slicer-Software, um 3D-Druckdateien zu erstellen.

Fügen Sie allen Teilen manuell 3D-Druckstützen hinzu oder verwenden Sie ein automatisches Tool zur Generierung von Unterstützung, das in der Software bereitgestellt wird, falls verfügbar. Schneiden Sie die Modelle, um G-Code für die Verwendung auf dem 3D-Drucker mit den im Textmanuskript beschriebenen Parametern zu generieren, und speichern oder exportieren Sie den G-Code. Laden Sie die Druckdatei auf den 3D-Drucker hoch.

Nachdem Sie sichergestellt haben, dass das richtige Filament in den 3D-Drucker geladen wurde, beginnen Sie mit dem Drucken. Wenn der Druck abgeschlossen ist, verwenden Sie die Nadelzange und die Pinzette, um das gesamte Trägermaterial von den gedruckten Teilen zu entfernen. Montieren Sie die Myokardgehäuseteile um die Blutpoolform herum und stellen Sie sicher, dass alle Teile eng zusammenpassen.

Wenn das Myokardgehäuse nicht um das Blutbecken herum passt, nehmen Sie kleine Anpassungen an den Werkzeugteilen des Gehäuses vor, indem Sie ein Hand-Rotationsschleifwerkzeug verwenden, um Material zu entfernen. Als nächstes glätten Sie die Oberfläche des Myokardgehäuses mit Acetondampf. Um dies zu tun, kleiden Sie den Boden und die Seiten eines Behälters mit Papiertüchern aus, die nicht von Aceton beeinflusst werden.

Gießen Sie das Aceton auf das untere Papiertuch und lassen Sie es die Papiertücher an die Seite des Behälters verteilen, aber keinen Pool auf dem Boden bilden. Legen Sie ein Stück Aluminiumfolie in den Behälter, um das untere Papiertuch abzudecken. Richten Sie die Myokardkofferstücke auf die Aluminiumfolie aus, so dass die gewünschten Flächen vertikal sind, um sicherzustellen, dass sich die Stücke nicht berühren oder die Papiertücher an den Wänden des Behälters.

Decken Sie den Behälter mit Aluminiumfolie ab und lassen Sie die Myokardkofferstücke ungestört im Behälter bleiben, bis bis zu 80% der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit erreicht sind. Sobald die Oberfläche glatt ist, entfernen Sie vorsichtig die Myokardkofferstücke aus dem Behälter, berühren Sie nur die äußeren Oberflächen und lassen Sie die Stücke in einem gut belüfteten Bereich für etwa 30 Minuten vollständig entgasen oder bis die Stücke vollständig trocken und hart werden. Messen Sie das Volumen der Myokardsegmentierung mit CAD-Software, um die benötigte Silikonmenge zu bestimmen.

Teil A und Teil B des Silikons gründlich rühren. Wenn Farbe auf dem Modell gewünscht wird, fügen Sie Pigment hinzu und mischen Sie alle Teile und Pigmente gründlich, dann legen Sie ein gründlich gemischtes Silikon in eine Vakuumkammer für zwei bis drei Minuten bei 29 Zoll Quecksilber. Wenn diese Silikonmischung vollständig entgast ist, entfernen Sie sie aus der Kammer und tauchen Sie den Blutpool in die Silikonmischung ein, um sicherzustellen, dass alle Hohlräume und Hohlräume im Blutpool mit Silikon gefüllt werden und der Blutpool gründlich beschichtet wird.

Besprühen Sie in einem gut belüfteten Bereich alle Teile des Myokardgehäuses gründlich mit einem leicht freisetzenden Produkt. Setzen Sie die untere Hälfte des Myokardgehäuses um die Spitze des Blutpools zusammen. Im Falle einer Leckage versiegeln Sie das Leck mit Klemmen, Heißkleber oder Ton.

Als nächstes gießen Sie Silikon in den Raum zwischen dem Blutpool und der Gehäusewand, bis die zusammengesetzten Myokardformteile gefüllt sind. Nachdem Sie die restlichen Teile des Myokardkoffers zusammengebaut haben, sichern Sie die Kofferteile bei Bedarf mit Gummibändern und Klemmen fest. Wenn das Silikon erstarrt ist, entfernen Sie das Silikonherz aus dem Myokardgehäuse und schneiden Sie alle Silikonnähte ab, die aus dem Raum zwischen den Gehäusestücken oder dem Füllloch entstehen.

Nachdem Sie alle Blutgefäße mit offenen Enden auf dem Silikonmodell identifiziert haben, schneiden Sie jedes Silikon, das die Gefäße bedeckt, um den ABS-Blutpool im Inneren freizulegen. Tauchen Sie das Silikonherz in Aceton und ABS beginnt 10 bis 15 Minuten nach dem Eintauchen in Aceton weich zu werden. Sobald das ABS weich ist, entfernen Sie große ABS-Stücke mit einer Pinzette, um die Geschwindigkeit des ABS-Auflösungsprozesses zu erhöhen.

Wenn sich der größte Teil des ABS-Blutpools aufgelöst hat, spülen Sie das Silikonherz zwei- bis dreimal mit sauberem Aceton aus, um das gesamte ABS aus dem Silikon zu entfernen. Entfernen Sie das Herzmodell aus dem Aceton und lassen Sie das verbleibende Aceton in einem gut belüfteten Bereich aus dem Modell verdunsten. Zur Beurteilung der Genauigkeit und Funktionalität des Silikonmodells wurden zwei Schnitte vorgenommen, einer im vorderen linken Ventrikel und der andere im hinteren rechten Ventrikel, um die innere Anatomie zu visualisieren.

Der erwartete Ventrikelseptumdefekt war ebenso vorhanden wie die entsprechenden Innenstrukturen und ein GORE-TEX Patch wurde von einem angeborenen Herzchirurgen in das Modell eingenäht, um den Ventrikelseptumdefekt zu korrigieren. Die Konstruktion der Form ist entscheidend. Stellen Sie sicher, dass Sie die Form in so viele Stücke schneiden, wie Sie benötigen, um um den Blutpool zu passen.

Diese Technik ermöglicht die Erstellung komplizierter patientenspezifischer Silikonmodelle. Wir sind nicht mehr durch die Einschränkungen des 3D-Druckmaterials eingeschränkt. Vielmehr sind wir in der Lage, jede Nachfrage nach komplexen chirurgischen Trainern zu erfüllen.