Tiroid cerrahisinde preoperatif değerlendirme için kişiselleştirilmiş 3D baskılı bir model

Özet

Burada, tiroid cerrahisinin ameliyat öncesi değerlendirilmesi için kişiselleştirilmiş 3D baskılı bir model oluşturmak için yeni bir yöntem önerilmektedir. Preoperatif tartışmaya elverişlidir ve tiroid cerrahisinin zorluğunu azaltır.

Özet

Tiroid kanserinin cerrahi alanının anatomik yapısı karmaşıktır. Ameliyat öncesi tümörün lokalizasyonunun ve kapsül, trakea, yemek borusu, sinirler ve kan damarları ile ilişkisinin kapsamlı ve dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi çok önemlidir. Bu makale, bilgisayarlı tomografi (BT) DICOM görüntülerine dayanan yenilikçi bir 3D baskılı model oluşturma yöntemini tanıtmaktadır. Klinisyenlerin ameliyatın kilit noktalarını ve zorluklarını değerlendirmelerine ve anahtar parçaların ameliyat yöntemlerini temel olarak seçmelerine yardımcı olmak için tiroid cerrahisine ihtiyaç duyan her hasta için servikal tiroid cerrahisi alanının kişiselleştirilmiş 3D baskılı bir modelini oluşturduk. Sonuçlar, bu modelin preoperatif tartışma ve operasyon stratejilerinin oluşturulması için elverişli olduğunu göstermiştir. Özellikle tiroid ameliyat alanında rekürren laringeal sinir ve paratiroid bezi lokalizasyonlarının net bir şekilde gösterilmesi sonucunda ameliyat sırasında bunların yaralanması önlenebilir, tiroid cerrahisinin zorluğu azalır, postoperatif hipoparatiroidi insidansı ve tekrarlayan laringeal sinir hasarına bağlı komplikasyonlar da azalır. Dahası, bu 3D baskılı model sezgiseldir ve ameliyattan önce hastalar tarafından bilgilendirilmiş onamların imzalanması için iletişime yardımcı olur.

Giriş

Tiroid nodülleri en sık görülen endokrin hastalıklardan biridir ve tiroid kanseri %14-%211'dir1. Tiroid kanseri için tercih edilen tedavi cerrahidir. Ancak tiroid bezi anterior servikal bölgede yer aldığı için ameliyat bölgesinde tiroid bezine yakın paratiroid bezi, trakea, yemek borusu ve servikal büyük damar ve sinirler^gibi önemli doku ve organların bulunması ^2,3 ameliyatı nispeten zor ve riskli hale getirmektedir. En sık görülen cerrahi komplikasyonlar, paratiroid fonksiyon hasarı veya rekürren laringeal sinir hasarının neden olduğu yanlış rezeksiyon ve ses kısıklığının neden olduğu paratiroid fonksiyonunda azalmadır⁴. Yukarıda bahsedilen cerrahi komplikasyonların azaltılması cerrahlar için her zaman bir amaç olmuştur. Tiroid cerrahisinden önce en sık kullanılan görüntüleme yöntemi ultrason görüntülemedir, ancak paratiroid bezi ve sinirin görüntülenmesi çok sınırlıdır⁵. Ayrıca tiroid cerrahisi alanında paratiroid bezinin ve rekürren laringeal sinirin pozisyonundaki varyasyon çok yüksektir^ve bu da ^6,7'nin tanımlanmasını engellemektedir. Her hastanın anatomik pozisyonu, ameliyat sırasında gerçek zamanlı olarak model aracılığıyla cerraha net bir şekilde gösterilebilirse, tiroid cerrahisinin operasyonel riskini azaltacak, komplikasyon insidansını azaltacak ve tiroid cerrahisinin etkinliğini artıracaktır.

Ayrıca ameliyat öncesi hastalara cerrahi süreci kapsamlı bir şekilde anlatmak da zordur. Bazı deneyimsiz cerrahlar, özellikle tiroid bezinin ve çevresindeki yapıların karmaşıklığı nedeniyle, operasyonun kesin ayrıntılarını hastalara açıklamakta ve iletmekte zorlanmaktadır. Her hastanın kendine özgü anatomik yapısı ve kişisel ihtiyaçları vardır⁸. Bu nedenle, hastanın gerçek anatomisine dayanan kişiselleştirilmiş bir 3D tiroid modeli, hastalara ve klinisyenlere etkili bir şekilde yardımcı olabilir. Şu anda, piyasadaki ürünlerin çoğunluğu düzlem diyagramlarına dayanarak seri üretilmektedir. Her hastanın bireysel tıbbi ihtiyaçlarını yansıtan hastaya özgü bir model üretmek için 3D baskı teknolojisini kullanarak, bu model tiroid kanseri olan hastaların gerçek durumunu değerlendirmek ve cerrahların hastalığın doğasını hastalarla daha iyi iletişim kurmasına yardımcı olmak için kullanılabilir.

3D baskı (veya eklemeli üretim), bilgisayar destekli bir tasarım modelinden veya dijital 3D model^9'dan inşa edilmiş üç boyutlu bir yapıdır. Tıbbi cihazlar, anatomik modeller ve ilaç formülasyonu¹⁰ gibi birçok tıbbi uygulamada kullanılmıştır. Geleneksel görüntüleme ile karşılaştırıldığında, bir 3D baskı modeli daha görünür ve daha okunaklıdır. Bu nedenle, 3D baskı modern cerrahi prosedürlerde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan 3D baskı teknolojileri arasında tekne polimerizasyon bazlı baskı, toz bazlı baskı, mürekkep püskürtmeli baskı ve ekstrüzyon bazlı baskı¹¹ bulunur. Kavanoz polimerizasyon tabanlı baskıda, belirli bir ışık dalga boyu, reçineyi bir seferde bir tabaka halinde lokal olarak iyileştiren bir ışık kürleme reçinesi varili üzerine ışınlanır. Malzeme tasarrufu ve hızlı baskı avantajlarına sahiptir. Toz bazlı baskı, toz malzemeyi daha yoğun bir yapı için kaynaştırmak için lokalize ısıtmaya dayanır, ancak aynı zamanda baskı süresinde ve maliyetinde önemli bir artışa yol açar ve şu anda sınırlı kullanımdadır¹². Mürekkep püskürtmeli baskı, damlacıkların katman katman bir işlemle alt tabaka üzerine hassas bir şekilde püskürtülmesini kullanır. Bu teknoloji en olgun olanıdır ve yüksek malzeme uyumluluğu, kontrol edilebilir maliyet ve hızlı baskı süresi avantajlarına sahiptir¹³. Ekstrüzyon bazlı baskı, çözeltiler ve süspansiyonlar gibi malzemeleri nozullardan geçirir. Bu teknik hücreleri kullanır ve bu nedenle en yüksek yumuşak doku taklit yeteneklerine sahiptir. Yüksek maliyeti ve biyoafinitesi nedeniyle ağırlıklı olarak doku mühendisliği alanında ve cerrahi organ modellerinde daha az sıklıkla kullanılmaktadır¹⁴.

Sonuç olarak, tiroid ve çevresindeki yapıların karmaşıklığına ve cerrahi programa bağlı olarak "White Jet Process" baskı teknolojisini seçtik. Bu teknoloji, fıçı polimerizasyon bazlı baskı ve mürekkep püskürtmeli baskının avantajlarını bir araya getirir ve yüksek hassasiyet, hızlı baskı ve düşük maliyet sunarak tiroid cerrahisi için iyi bir uyum sağlar. Bu protokolün amacı, 3D baskılı bir tiroid kanseri modeli yapmak, hastaların anatomik yapısı ve varyasyonu hakkında yeterli bilgi sağlayarak hastaların prognozunu iyileştirmek, cerrahi işlemle ilgili tüm durumlar hakkında doktorları ve hastaları daha iyi bilgilendirmektir.

Protokol

Bu çalışmanın gerçekleştirilmesi için onay veya hastaların verilerini kullanmak ve yayınlamak için herhangi bir onayı gerekmemiştir, çünkü bu çalışma ve videodaki tüm veriler ve bilgiler anonimleştirilmiştir.

1. Görüntü verilerinin toplanması

1. Görüntü verilerini DICOM formatında elde etmek için geliştirilmiş bilgisayarlı tomografi (BT) ile hastanın tiroidini tarayın. Bu işlemin operasyondan önceki 1 hafta içerisinde yapıldığından emin olun ve dilim kalınlığını ≤1 mm olacak şekilde kontrol edin.

2. DICOM verilerinin işlenmesi

1. Taranan hasta görüntü verilerini yazılıma aktarın (bkz. Malzeme Tablosu) ve tiroid bezi ile çevresindeki dokular veya organlar arasındaki gri değer farkına göre uygun eşiği ayarlayın. Farklı gri değerler, insan vücudunun farklı alanlarının yoğunluğundaki farklılıkların yansımaları olduğundan, kemik görüntüsünü sunmak için gri tonlama eşiğini (birim: hu; yazılımda) 226-1.500 olarak ayarlayın; Tiroid bezi görüntüsünü göstermek için eşiği -200-226 olarak ayarlayın. Yazılımın kutulu alanı otomatik olarak tanımlamasına izin verin veya tanıma tatmin edici değilse hedef alanın sınırını manuel olarak çizin.
   NOT: Mimikler tiroid bölgesini otomatik olarak seçer ve görüntüyü segmentlere ayırmak ve 3D rekonstrüksiyonu hesaplamak için 3D bölge büyüme teknolojisini kullanır. Aynı zamanda, 3D görüntü, cerrahlar için 3D modelin daha basit bir şekilde gözlemlenmesini sağlayan doğal, pürüzsüz ve otantik bir 3D dijital görselleştirme modeli elde etmek için pürüzlülüğü ve adım hissini azaltmak için optimize edilmiştir.
2. Yeniden yapılandırılmış veri modelinden STL dosyaları oluşturun. Yazılımda yeniden yapılandırılmış modeli seçin, dosya yuvasında Dışa Aktar'ı tıklatın ve dışa aktarma dosya formatı olarak STL'yi seçin. Son olarak, STL dosyalarını başarıyla oluşturun.

3. Tıp-mühendislik etkileşimi

1. Yeniden yapılandırılmış 3B model önizlemesini, 3B modelin uygulanan gereksinimlerini ve anatomik yapısını doğrulayacak ve bir değişiklik gerektiğinde modelleme mühendisine geri bildirimde bulunacak doktorlara gönderin. Doktorlardan onay aldıktan sonra, üretim hazırlık aşamasına geçin.

4.3D yazdırma (Ek Dosya 1)

1. STL dosya verilerini renkli malzeme 3D yazıcıya aktarın ve desteklenen 3D baskı dilimleme yazılımı aracılığıyla parametre ön ayarlarını ( baskı modu, dilim kontur kalınlığı, destek yöntemi ve model renklendirme gibi) tamamlayın.
   1. Baskı modelini bitmiş ürünlerin türüne göre seçin (renkli baskı modelleri genellikle Beyaz Jet İşlem teknolojisini kullanırken, ışığa duyarlı reçine genellikle Dijital Işık Alayı kullanır).
   2. Ürünlerin kalınlığına göre dilim strok kalınlığı parametresini seçin (burada, 24 μm ila 36 μm arası).
   3. Baskı modelinin inceliğine göre destek yöntemini seçin: Genel destek (daha iyi koruma ve ince ayrıntılara daha az hasar) veya Kısmi destek (malzeme tasarrufu sağlar).
   4. Yazıcıdaki renk paleti işlevini kullanarak model renklendirmeyi seçin. Arterleri kırmızı renk 255 ve damarları mavi renk 255 ile birleştirin.
      NOT: Tümör lezyonu gibi diğer kısımlar kesinlikle standart olmadığından, cerrahlar ihtiyaçlarına veya tercihlerine göre bir renk seçebilirler.
2. 3D yazıcıda sert ışık kürleme reçinesini doldurun ( Ek Tablo S1'e bakın), baskı platformunda hata ayıklayın ve White Jet Process teknolojisini kullanarak yazdırın. Yazdırdıktan sonra, ön baskılı tiroid modelini çıkarın.
   NOT: White Jet Process teknolojisi, ince bir ışığa duyarlı reçine tabakasının tek bir jette basıldığı ve daha sonra belirli bir UV ışığı dalga boyu ile ışınlandığı, hızlı bir polimerizasyon reaksiyonuna ve ışığa duyarlı reçinenin kürlenmesine neden olan mürekkep püskürtmeli baskı prensibine dayanmaktadır. Bu işlem, baskı tamamlanana kadar katman katman tamamlanır.

5. Tedavi sonrası

1. Ön baskılı tiroid modelinin destek yapısını çıkarın. Kişiselleştirilmiş 1: 1 izometrik 3D baskılı tiroid modeli elde etmek için yarı mamul ürünü öğütün, vernikleyin ve iyileştirin.
   1. Destek yapısını çıkarma
      1. Eldiven giyerek, ön modelin etrafındaki sarma desteklerini ayırın ve destek yapısının ana gövdesinin çoğunu çıkarın.
      2. Modeli, 15 dakikalık bir temizlik için Ca(OH)₂ alkali çözeltili ultrasonik bir temizleyiciye koyun.
      3. Modeli ıslak bir kumlama makinesine koyun ve yüzeydeki destek yapısının geri kalanı yıkanana kadar durulayın.
   2. Taşlama
      1. Modeli elektrikli taşlama makinesi, dosya veya taşlama tekerleği ile taşlayın.
   3. Vernik
      NOT: Bu işlem püskürtme ve manuel boyamadan oluşur.
      1. Verniği modelin yüzeyinin yarısında geniş alanlı renk bloklarına püskürtün. Küçük alanlı renk bloklarını vernikle manuel olarak boyayın.
   4. Kür
      1. Modeli 30 s kürleme için bir UV kürleme makinesine koyun.
      2. Modeli çıkarın ve% 95 alkolle temizleyin.
         NOT: Alkol tamamen uçucu hale geldikten sonra üretim biter.

6. Teslimat

1. Tiroid modelini paketleyin ve ameliyattan önce cerrahlara teslimatı tamamlayın.

Sonuçlar

Bu yazıda, hastaların tiroidlerinin kişiselleştirilmiş 3D baskılı modellerinin oluşturulması için bir protokol sunulmaktadır. Şekil 1 , hastaların tiroidleri için kişiselleştirilmiş 3D baskılı bir model oluşturmak için bir akış şeması göstermektedir. Şekil 2'de hastaların tiroidleri için kişiselleştirilmiş 3D baskılı model baskı cihazı görülmektedir. Şekil 3, tiroid hastaları için kişiselleştirilmiş bir

Tartışmalar

Ultrason, tiroid cerrahisi geçiren çoğu hasta için ameliyat öncesi tek görüntüleme prosedürü olabilir¹⁵. Bununla birlikte, birkaç iyi farklılaşmış vaka, çevre dokuları veya organları istila eden ve operasyonu engelleyen ileri hastalıklardan muzdarip olabilir¹⁶. Bu model çok ilerlemiş tiroid kanseri olan hastalar için daha uygun olabilir. Hastalık ilerlediğinde, ek BT taraması daha ileri tanı için yararlıdır. Bu model, tiroidin şu anda erişileb...

Malzemeler

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