מודל הלב Neonatal מציאותי אנטומית לשימוש ב- Neonatal סימולטורים החולה

Summary

פרוטוקול זה מתאר הליך ליצירת מודלים פונקציונליים לב neonatal מלאכותי על ידי ניצול שילוב של דימות תהודה מגנטית, הדפסת תלת-ממד והזרקת פלסטיק. המטרה של מודלים אלה היא על שילוב הדור הבא של סימולטורים החולה neonatal, ככלי עבור מחקרים פיסיולוגיים ואנטומיים.

Abstract

סימולטורים neonatal החולה (NPS) הם מלאכותיים המחליפים המטופל להשתמש בהקשר של אימון וסימולציה רפואי. Neonatologists וצוות סיעודי בפועל התערבויות קליניות כגון בעיסויים להבטחת ההישרדות המטופל במקרה של איטי או דום לב. סימולטורים המשמש כיום של אמינות פיזי נמוך, לכן לא יכולה לספק תובנות ההליך של עיסויים איכותי. ההטמעה של הלב מבחינה אנטומית מציאותי מודל בעתיד סימולטורים מאפשרת הגילוי של תפוקת הלב שנוצרו במהלך בעיסויים; זה יכול לספק קלינאים עם פרמטר פלט, אשר יכול להעמיק את ההבנה של השפעת בדחיסות ביחס כמות זרימת הדם שנוצר. לפני ניטור זו יכולה להיות מושגת, מודל הלב מבחינה אנטומית מציאותי יש ליצור המכיל: אטריה שתי, שתי עליות, מארבעת מסתמי הלב, הוורידים ריאתי, העורקים, ו מערכתית ורידים, עורקים. פרוטוקול זה מתאר את ההליך עבור יצירת מודל תפקודי לב neonatal מלאכותיים כאלה על-ידי ניצול שילוב של דימות תהודה מגנטית (MRI), 3D הדפסה השלכת בצורה של הזרקה קר. באמצעות שיטה זו עם גמישות תבניות הפנימי 3D המודפס בהזרקה תהליך, מודל הלב מבחינה אנטומית מציאותית ניתן להשיג.

Introduction

בכל שנה מיליונים של neonates מאושפזים neonatal יחידות טיפול נמרץ (נמרץ לפגים). ב- NICUs, רוב מקרי חירום מתייחסות בעיות דרכי הנשימה, הנשימה ולאחר מחזור (ABC) ודורשים התערבויות כגון בעיסויים. NPS מציעים כלי אימון לאימון כזה התערבויות והוראה יקרי ערך. עבור כמה NPS, חיישנים מוטבעים יכול לזהות אם שילוב של ביצועים של הנחיות קליניות מומלצים¹ על עומק ומהירות של עיסויים. הדבקות הנחיות יכול לשמש כדי לחשב ולכמת ביצועים, בהקשר זה, ניתן להציג כל כך חדשני NPS כמו מדד של תיבת מוחשי ולבן להערכת ביצועים.

ההקפדה ההנחיות המומלצות מטרתו לשפר את הפיזיולוגיה של המטופל. לדוגמה, בעיסויים מסופקים עם המטרה של יצירת להזרמת הדם במערכת הדם. דיוק גבוה הנוכחי NPS (למשל, PremieAnne (לארדל, סטבנגר, נורבגיה) ופול (SIMCharacters, וינה, אוסטריה)), אינם מכילים כל חיישנים למדידת פרמטרים פיזיולוגיים כגון זרימת הדם במהלך ההכשרה כשהם חסרים של הלב משולב ליצור פרמטר פיזיולוגיים. היעילות של עיסויים ב- NPS הנוכחי יכול ולכן לא להיות מוערך ברמה הפיזיולוגית. NPS לאפשר הערכה פיזיולוגיים בעיסויים, לב מלאכותי אנטומית מציאותי יש שילוב NPS. יתר על כן, המחקר² מראה עלייה פיזית נאמנות האנטומי עשוי להוביל עלייה נאמנות פונקציונלי של NPS. שילוב מערכת איברים פיזית אמינות גבוהה להפיק תועלת הן על נאמנות פונקציונלי של אימון ולאפשר הערכת ביצועים פיזיולוגיים.

עלייה משמעותית אמינות NPS יכולה להיות מושגת באמצעות הדפסת תלת-ממד. ברפואה, הדמיה ממוחשבת והדפסת משמשים בעיקר עבור הכנה כירורגי ויצירה של שתלים^3,4,5. לדוגמה, בשדה של סימולציה כירורגי, איברים מיוצרים לאמן מנתחים על ביצוע ניתוחים⁶. האפשרויות של הדפסת תלת-ממד לא ובכל זאת בהרחבה יושמו NPS. שילוב הדמיה תלת-ממדית עם הדפסת תלת-ממד פותחת את האפשרות של NPS להגיע לרמה גבוהה של אמינות הפיזי. השכפול של איברים מתוחכמים, גמיש, neonatal כמו הלב מתאפשר עקב ההולכת מגוון טכניקות וחומרים בשימוש עבור הדפסה תלת-ממדית⁷.

בנייר זה, אנו מפרטים פרוטוקול ליצירת לב neonatal פונקציונלי, מלאכותי באמצעות שילוב של MRI, הדפסת תלת-ממד והזרקה קר. מודל הלב בעיתון הזה כולל שני אטריה, שתי עליות, וארבעה שסתומים פונקציונלי, ו ריאתי ומערכתית העורקים והוורידים כל המופק של סיליקון יחיד יצוק. מודל הלב יכול להיות מלא עם נוזל, מצוידים עם חיישנים, משמש מחולל פרמטר פלט (קרי, לחץ דם או תפוקת הלב במהלך בעיסויים והפונקציונליות שסתום).

Protocol

כל האישורים המוסדי התקבלו לפני המטופל הדמיה.

1. תמונה של רכישת פילוח

1. רוכשים את סריקת MRI בית החזה של neonate הדמיה דיגיטלית ותקשורת בתבנית רפואה (DICOM). ללכוד את כל פרוסה של הסריקה על הבמה דיאסטולי חדרית של מחזור הלב או להשיג לקבל MRI בית החזה של נתיחה שלאחר המוות.
   הערה: הגדרה ברורה בעליל של שריר הלב, כמו גם אטריה, החדרים, חיוני.
2. באמצעות תוכנת עיבוד (ראה טבלה של חומרים) ייבוא קובץ DICOM של ה MRI בית החזה. באמצעות פריט התפריט 'עריכה מסכות', בחר את האזור של שריר הלב על כל פרוסה MRI איפה הלב נמצא בהווה. אטריה בין החדרים, במקרה זה, יכול להיות מכוסה גם כן.
3. יצירת שכבה סקיצה חדשה, בנפרד לפלח את אטריה שתי, שתי עליות באותו אופן כמו הבחירה עבור שריר הלב. לא קטע את השסתומים הנוכחי בין החדרים אטריה, ובין החדרים לבין העורקים.
4. לעיבוד השריר, צ'יימברס לתוך נפרד ייצוגים תלת-ממד באמצעות התפריט 'חישוב תלת-ממד' פריט ולייצא אותם כקבצי חמש STereoLithography (.stl), תוך שימוש בהגדרות רזולוציה מיטבית באמצעות פריט התפריט 'STL +'.
5. טעינת קבצים the.stl תוכנת תיב מ (ראה טבלה של חומרים). השתמש בפריט תפריט אשף תיקון כדי לתקן את קבצי the.stl עבור משולשים חופפים וקצוות רע. שמור קבצי the.stl שוב.
   הערה: אם אין לב MRI זמין, שקול להשתמש מודל הלב בשימוש בפרוטוקול זה. קובץ זה מכיל גם מודלים שסתום הלב נפרדים. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקבצים.

2. עובש הדפסה ועיבוד

1. טען את ערכת אטריה ואת החדרים לתוך תוכנת תכנון בעזרת מחשב (ראה טבלה של חומרים). אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקבצים.
   1. לקבוע את המיקום של השסתומים אבי העורקים ריאתי, המסתם הדו-צניפי, של שימוש ה MRI המקורי (איור 1).
2. הוסף את החצאים עובש חיוביים ושליליים של כל שסתום שלהם עמדה בהתאמה בערכת טעון של אטריה, החדרים על-ידי גרירת הקובץ שסתום (שהושג דרך הקישור לעיל) לתוך הקובץ הנוכחי. מפעיל את הפונקציה "הכנס חלק". ציין את המיקום של השמה על ידי לחיצה על המיקום של פני השטח של אטריה או החדרים.
   1. הבלטת הבסיס של שסתום חיוביים ושליליים באמצעות ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת הבוס/בסיס ' כדי לבלוט לתוך לחדריהם בהתאמה ולמזג את שסתום חלקים לתא המתאימים שלהם.
      הערה: המסתם מורכב משני חלקים semilunar, בעוד התלת-צניפי, אבי העורקים, שסתומי ריאות מורכב משלושה.
3. להוסיף את הקובץ שסתום אבי העורקים ריאתית למיקום החדר בהתאמה שלהם באמצעות ההליך שמתואר בשלב 2.2. מהחלק העליון של שסתומים אלה, לשרטט שני צילינדרים מתקשת בקוטר 5 מ מ על-ידי לחיצה ' טאב סקיצה > מעגל ' בעקבות החופפת מקושת קו בעזרת ' בכרטיסיה תכונות > לטאטא בסיס/הבוס ' עד שני המשטחים גליל מעגלי להגיע אל המיקום האופקי. למזג את שסתום חלקים שלהם החדרים בהתאמה, העורקים.
4. בבסיס של כל ארבעת התאים, כמו גם שני הגלילים מקושתים, לצייר אנכי צילינדרים בקוטר 5 מ מ על ידי לחיצה ' טאב סקיצה > מעגל ' פריט, הבלטת אותם עד 40 מ"מ אורך על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת בסיס/הבוס ' פריט. תן לכל צילינדר בולטות לתא המתאימים שלהם.
   1. כדי להבטיח את תאי מיקום כאשר בהרכבת החלקים הפנימיים שש ב כייר, להוסיף חריצים דיפרנציאלית שישה צילינדרים (איור 2) על-ידי שרטוט מלון על הגלילים: לחץ ' טאב סקיצה > לשרטט מעגל ' פריט בתפריט, השתמש ' הכרטיסיה תכונה > גזור/הבלטת ' פריט התפריט כדי ליצור עומק שונות הכניסות.
      1. להחסיר את הצורה שלהם צ'יימברס, העורקים על ידי בחירת הגוף מוצק של התא, עורק, לחיצה ימנית, והקשה על הפונקציה 'שילוב' לאחר מכן ניתן לבחור את הגדרת הפחת. אל תמזג את החלקים הבאים. שמור כל צ'יימברס וצירי בנפרד.
5. לייבא מודל שריר הלב. קיזוז שישה צילינדרים הסקיצות הבסיס על-ידי הפעלת רישום חדשה ובחירה כל גליל סקיצות הבסיס על-ידי החזקת מקש 'shift לחוץ'. לאחר מכן, בחר ' טאב סקיצה > להמיר את פריט התפריט של ישויות. בחר ' טאב סקיצה > קיזוז של ישויות פריט התפריט כדי לקזז את הסקיצות על ידי 2 מ מ.
   1. הבלטת ולמזג את הסקיצות האלה על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת פריט התפריט של הבוס/באס עם המודל שריר הלב; חזור על הגלילים מתקשת. מיזוג אלה צילינדרים עם מודל שריר הלב על ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת פריט התפריט של הבוס/בס.
      הערה: ודא הדגם שריר הלב מול של אטריה מעל 2 מ מ המרחק (איור 1). אחרת הקיר יתבקע בעת הסרת התבניות הפנימי.
6. דגם קוביה מבסיס של שישה צילינדרים למטה על-ידי הצבת מטוס הפניה על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הפניה גאומטריה > המטוס '. לאחר מכן, לחץ על ' טאב סקיצה > כיכר ' פריט התפריט, סקיצה ריבוע עם אורך ורוחב הוא 4 מ מ רחב יותר החלק הרחב ביותר של המודל של שריר הלב.
   1. הבלטת זה כלפי מטה עם עובי של 8 מ"מ על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת בסיס/הבוס ' תפריט פריט ולאחר למזג את זה לבסיס של שישה צילינדרים סימון פריט התפריט 'מיזוג חלקים'. ארבע הפינות של הבסיס, להוסיף קוביות 4 מ מ באמצעות אותה שיטה.
7. באמצעות בסיס מרובע כמו שרטוט, הבלטת ממד זה כדי לכסות את המודל בלב שלם ונקרע כל החלקים האחרים של זה. לפצל את החלק העליון של המלבן שאריות בחלק הרחב ביותר של מודל הלב. מקום ראשון מטוס הפניה-גובה הרצויה באמצעות ' בכרטיסיה תכונות > הפניה גאומטריה > המטוס. אחרי זה, השתמש בפריט התפריט ' הוסף > תבניות > לפצל ' כדי לבחור את השטח שעליו הפיצול יש לקחת את המקום ואת האובייקט המחייב פיצול.
   1. לפצל את המלבן שאריות עובש שוב הנוחים ביותר לשחרר עמדה באותה שיטה שמתואר בשלב 2.7 עדיין במצב אנכי. סקיצה 4 מ מ מעוקב sockets בפינות של החלקים האורך של העובש ולהוסיף קוביות 4 מ מ פינות של המכסה העליון באמצעות ' טאב סקיצה > כיכר ' ו ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת בסיס/הבוס ' פריטי תפריט.
8. סקיצה 50 חוגים של 1 מ מ קוטר המכסה את החלק העליון של המודל עובש החיצוני כולו, גזור-הבלטת אלה דרך כל תבניות החיצוני. כמו כן, הבלטת ממד מספר צילינדרים 1 מ"מ בצד למכסה העליון במיקומים הרחב ביותר של המודל של שריר הלב. גזור-הבלטת חור הזרקה יחידה 8 מ"מ מהמכסה העליון.
   1. שמור את כל ארבעת החלקים החיצוניים עובש בנפרד.
      התראה: בסך הכל, הם היו עשרה עובש רכיבים: הבסיס של העובש, שני לוחות הצד החיצוני עובש, עובש החיצוני העליון כריכה, שני אטריה עובש הפנימית עם שסתום קבצים מצורפים, שתי עליות עובש הפנימית עם שסתום קבצים מצורפים, ואחד כל הפנימית של אבי העורקים וריאות עובש עורק עם שסתום קבצים מצורפים.
9. להשתמש במדפסת jetting להדפסה עם חומרים דמוי גומי הנוקשה photopolymer מותקן
   (ראה טבלה של חומרים). בעת הצבת חלקים להדפסה על מיטה הדפסה, ודא שסתום התשלילים הם כל המודפס פונה כלפי מעלה (אנכית) (איור 3).
   1. בחר את הגדרות הדפסה מבריק. ארבעת התאים, כמו גם את הקבצים המצורפים עובש ריאות, אבי העורקים, בחר את החומר S95 גמישה; עובש ארבעה חלקים אחרים, בחר את החומר הדפסה נוקשה.
10. לאחר הדפסת החלקים עובש, להסיר את החומר התמיכה בנו במהלך ההדפסה על-ידי waterjet (ראה טבלה של חומרים). לאחר ניקוי החלקים עובש, מקם את החלקים 5% נתרן הידרוקסידי פתרון עבור 24 שעות. לאחר הסרת החלקים מהפתרון, יש לשטוף אותן באמצעות מים קרים ולהשאיר להתייבש במשך 48 שעות לפני הליהוק.

3. קר הזרקה וגימור

1. לרסס כל המשטחים החלקים עובש כל עם סוכן שחרור (ראה טבלה של חומרים), למעט שסתומים, ולנגב עם נייר טישו. יוצאים לייבוש למשך 15 דקות.
   1. סגור את הבסיס של העובש, פאנלים צד שני, למקם על גבי שני מפרידי, כך הבסיס של העובש אינו במגע ישיר עם השטח בטבלה. להכין שהסיליקון על-ידי הוספת מחסנית סיליקון המדריך מחלק האקדח (ראה טבלה של חומרים).
2. הוסף 5 מ של סיליקון סחוט מהאקדח שחולק לתוך כוס מדידה לערבב בעזרת קיסם. בעזרת קיסם, להחיל כמות נדיבה של סיליקון שנמס לצד שליליות וחיוביות של אטריה נכון ושסתומים החדר. ודא כי ישנם אין בועות אוויר לכודים בתוך שהסיליקון (איור 4).
   1. חבר שני תאים-הזווית הנכונה שסתום ולאחר לדחוף אותם על גבי שלהם צילינדרים בהתאמה התבנית הבסיסית. חזור על הפעולה עבור הצד השמאלי. לבסוף, לצרף את הצילינדרים מקושתים ריאות, אבי העורקים באופן דומה. להשאיר אלה שסתומים שבמהלכו למשך 2 דקות ולאחר מכן לחבר את החלק העליון של העובש.
3. לצרף במערבל סטטי הדיו, לסחוט עד שהסיליקון יצא הצינור ולאחר מכן לשחרר את הלחץ. מיקום כייר כולו על מפרידי שני (איור 5), הכנס את האקדח לתוך שקע לכייר הזרקת 8 מ מ, לסחוט עם לחץ נמוך במשך 3 דקות עד כל האוורור מראים סימנים של סיליקון גלישה.
   1. להפסיק הזרקת סיליקון בשלב זה, להסיר את המיקסר, המקום של העובש על גבי משטח השולחן, כך כל פתחי האוורור התחתון חתומות, סיליקון יותר לא יכולה לזרום מתחתית העובש. השאר שהסיליקון שבמהלכו למשך 30 דקות.
4. לפתוח את החלק העליון של העובש חטטניות והרמה כרווח מתכת לתוך הסדק בין החלק העליון והתחתון של העובש. להסיר את החלקים בצד של העובש באמצעות אותה שיטה, הסרת צד אחד בכל פעם.
   הערה: הקפד לא לנקב בקיר הלב בעת הוספת את מרווח.
   1. לאתר את כל בועות אוויר מבחוץ הלב לאחר שחרור שלושת הרכיבים החיצוניים עובש (איור 6). השתמש אזמל כדי לחדור את הבועה ולמלא את זה עם סיליקון כמות קטנה משתמשים בקיסם, ואז לעזוב כדי לרפא למשך עוד 30 דקות.
5. להשתמש באוויר דחוס (ראה טבלה של חומרים) כדי לפוצץ את מודל הלב מחוץ לבסיס התבנית עוזב התבניות פנימי 6 מודל הלב. ודא שהקפת מודל הלב עם יד אחת כדי למנוע אוויר קריעה בקיר הלב בחוזקה.
   1. השתמש מזרק עם מים כדי למלא, לדחוס את החדרים ימינה ושמאלה כדי לשחרר את התבניות הפנימי. אחרי זה להשתמש עם מלקחיים מגיל (ראה טבלה של חומרים) כדי לתפוס ושלוף אלה חלקים עובש שני הפנימית. חזור על תהליך זה של העורקים ריאות, אבי העורקים ולבסוף הסרת התבניות הפנימי אטריה ימינה ושמאלה.
      הערה: ודא כי המיקום של המלקחיים לא לדחוס על קטע שסתום הלחץ קלאמפ מוחל; זה יהרוס את השסתום המודפס.
6. לאגד את שני הצינורות המובילים ישירות כלפי מטה מן החדרים בבסיס מודל הלב באמצעות עוטפת את העניבה, להסיר גישה אוויר אוורור מחרוזות על-ידי מוריד אותם על פני הקיר הלב.

תוצאות

מחקר זה מפרט שיטה ליצירת מודל הלב neonatal אנטומית ריאליסטי המשלב דימות MRI, הדפסת תלת-ממד והזרקה קר. Arteriosus והצינורות, כמו גם foramen ovale לא נכללו במודל הלב שהוצגו במאמר זה. השיטה המתוארת במאמר זה ניתן גם ליישם לאיברים פנימיים אחרים, כגון הריאות, ומבנים כלוב הצלעות. הצלעות מבנים דור?...

Discussion

עבור המודל שפותחו במחקר זה, זיהינו הזרקה תוך תקופה 3-מין הנדרש כדי למנוע אוויר הזנת הגבס (איור 5, איור 6). כדי לוודא סיליקון יגיע את החללים צרים של השסתומים, חיוני "הליהוק קדם" או "ציפוי" של האזורים שסתום העובש. מכיוון התבניות פנימי בעיצוב הלב צריך לצאת שהסיליקון...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ecoflex 5	Smooth-on		Silicon casting material
400ml Static mixers	Smooth-on		Mixing tubes
Manual dispensing gun	Smooth-on		Used for injection molding
5-56 PTFE spray	CRC		Release agent for the molds
Sodium-hydroxide	N/A		This was purchased as caustic soda at the hardware store, in dry, 99% pure form. As it is widely available, there is no company specified
VeroWhite	Stratasys		The hard material used in the print
TangoBlackPlus	Stratasys		The rubber material used in the print
Support Material	Stratasys		The standard support material used by stratasys
Magill Forceps	GIMA		Infant size. This is for removing the inner molds
Stratasys Connex 350	Stratasys		If this machine is not owned, another option is to have the parts printed through a third party printing firm such as 3D-hubs to get the parts printed and shipped.
Balco Powerblast (Water Jet)	Stratasys
Euro 8-24 Set P (Air Compressor)	iSC	4007292
Syringe with blunt needle	N/A		A 20ml syringe with a 0.5mm diameter blunt needle.
Mimics 17.0 software	Materialise		This software was used to segment the heart model from the MRI. There are sevaral free MRI imaging software tools available such as InVesalius, or Osirix, although they may prove to provide less functionality.
Magics 9.0 software	Materialise		This was used to repair and smooth the .stl files generated by mimics. This smoothing can also  be done in most other 3D modeling freeware.
Solidworks			Software used for editting the heart model. Most other freeware CAD software can be used to perform this stage of processing.