Name: anatomically realistic neonatal heart model for use in neonatal patient simulators
Uploaded: 2019-02-05T12:30:00
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Esta investigación fue realizada en el marco holandés de Perinatología IMPULS. Los autores desean agradecer el Radboud UMCN Museo de anatomía y patología y la Máxima médica centro Veldhoven para proporcionar la IRM neonatal utilizada para este trabajo. Más los autores desean agradecer a Jasper Sterk, Sanne van der Linden, Frederique de Jongh, Pleun Alkemade y el laboratorio de D.search en la Facultad de Diseño Industrial para sus contribuciones importantes al desarrollo de esta investigación. Por último, los autores desean agradecer a Rohan Joshi por su prueba lectura del manuscrito.

Todas las aprobaciones institucionales se obtuvieron antes de la proyección de imagen paciente.
1. adquisición y segmentación de la imagen
<ol><li>Adquirir una resonancia magnética torácica de un recién nacido en imágenes digitales y comunicaciones en medicina (DICOM) formato. Captura cada parte de la exploración en la fase diastólica ventricular del ciclo del corazón u obtener una resonancia magnética torácica de una autopsia. Nota: Una visiblemente clara definición del mús...

<ol>
	<li>Wyllie, J., Bruinenberg, J., Roehr, C. C., R&#252;diger, M., Trevisanuto, D., Urlesberger, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=European+resuscitation+council+guidelines+for+resuscitation+2015.">European resuscitation council guidelines for resuscitation 2015.</a> Resuscitation. 95, 249-263 (2015).</li><li>Sawyer, T., Strandjord, T. P., Johnson, K., Low, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neonatal+airway+simulators,+how+good+are+they?+A+comparative+study+of+physical+and+functional+fidelity.">Neonatal airway simulators, how good are they? A comparative study of physical and functional fidelity.</a> J. Perinatol. 36 (2), 151-156 (2015).</li><li>Yao, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printing:+review+of+application+in+medicine+and+hepatic+surgery.">Three-dimensional printing: review of application in medicine and hepatic surgery.</a> Cancer Biol. Med. 13 (4), 443-451 (2016).</li><li>Chua, C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+assisted+surgery+planning.">Rapid prototyping assisted surgery planning.</a> Int. J. Adv. Manuf. Tech. 14 (9), 624-630 (1998).</li><li>Gibson, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+rapid+prototyping+to+assist+medical+applications.">The use of rapid prototyping to assist medical applications.</a> Rapid Prototyping J. 12 (1), 53-58 (2006).</li><li>Cai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+3D+printing+in+orthopedics:+status+quo+and+opportunities+in+China.">Application of 3D printing in orthopedics: status quo and opportunities in China.</a> Ann. Transl. Med. 3 (Suppl 1), S12 (2015).</li><li>Thielen, M. W. H., Delbressine, F. L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rib+cage+recreation:+towards+realistic+neonatal+manikin+construction+using+MRI+scanning+and+3D+printing.">Rib cage recreation: towards realistic neonatal manikin construction using MRI scanning and 3D printing.</a> FASE. , 41-44 (2016).</li><li>Thielen, M., Joshi, R., Delbressine, F., Bambang Oetomo, S., Feijs, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+innovative+design+for+cardiopulmonary+resuscitation+manikins+based+on+a+human-like+thorax+and+embedded+flow+sensors.">An innovative design for cardiopulmonary resuscitation manikins based on a human-like thorax and embedded flow sensors.</a> JOEIM. 231 (3), 243-249 (2017).</li><li>Cohrs, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+soft+Total+Artificial+Heart+-+First+Concept+Evaluation+on+a+Hybrid+Mock+Circulation.">A soft Total Artificial Heart - First Concept Evaluation on a Hybrid Mock Circulation.</a> Artif. Organs. , (2017).</li><li>Sparks, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+silicone+materials+to+simulate+tissue+biomechanics+as+related+to+deep+tissue+injury.">Use of silicone materials to simulate tissue biomechanics as related to deep tissue injury.</a> Adv. Skin Wound Care. 28 (2), 59-68 (2015).</li><li>Van der Horst, A., Geven, M. C., Rutten, M. C., Pijls, N. H., Nvan de Vosse, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+anemometric+assessment+of+coronary+flow+reserve+with+a+pressure-sensing+guide+wire:+An+in+vitro+evaluation.">Thermal anemometric assessment of coronary flow reserve with a pressure-sensing guide wire: An in vitro evaluation.</a> Med. Eng. Phys. 33 (6), 684-691 (2011).</li><li>Miriyev, A., Stack, K., Lipson, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+material+for+soft+actuators.">Soft material for soft actuators.</a> Nature comm. 8 (596), (2017).</li></ol>

El modelo desarrollado en este estudio, identificamos que moldeo a presión durante un período de 3 minutos es necesaria para prevenir el aire que entra en el molde (figura 5, figura 6). Para asegurarse de que la silicona llegue a los espacios estrechos de las válvulas, es esencial "la fundición" o "capa" de las áreas de la válvula en el molde. Puesto que los moldes interiores que forma las cámaras del corazón tienen que salir la silicona final del molde ...

Cada año millones de recién nacidos que ingresan a unidades de cuidados intensivos neonatales (UCIN). En UCIN, la mayoría de las situaciones de emergencia se refieren a problemas en la vía aérea, respiración y circulación (ABC) y requieren intervenciones como compresiones. NPS ofrecen una valiosa enseñanza y herramienta de formación para la práctica de tales intervenciones. Para algunos NPS, sensores embebidos pueden detectar si desempeño cumple con las pautas clínicas recomendadas1 de profundidad y la velocidad de compresiones. La adherencia a pautas puede utilizarse para calcular y cuantificar el rendimiento, y en este sentido, tan de vanguardia NPS puede ser vista como una métrica de caja blanca y tangible para la evaluación de desempeño.
Adherencia a las pautas que tiene como objetivo mejorar la fisiología del paciente. Por ejemplo, compresiones se entregan con el objetivo de generar el flujo de sangre adecuado en el sistema circulatorio. Actual alta fidelidad NPS (p. ej., PremieAnne (Laerdal, Stavanger, Noruega) y Pablo (SIMCharacters, Viena, Austria)), no contienen los sensores para medir parámetros fisiológicos como el flujo de sangre durante el entrenamiento ya que carecen de un corazón integrado a generar este parámetro fisiológico. Por lo tanto, eficacia de compresiones en actual NPS no puede ser evaluada a un nivel fisiológico. Para que NPS permitir la evaluación fisiológica de compresiones de pecho, un corazón artificial anatómicamente realista tiene que integrarse en el NPS. Además,2 de la investigación muestra que un aumento en la fidelidad anatómica física puede llevar a un aumento en la fidelidad funcional de NPS. Integración de un sistema de órganos de alta fidelidad físicamente beneficiarse tanto la fidelidad funcional de la formación y permiten la evaluación del rendimiento fisiológico.
Un aumento sustancial en la fidelidad de los NPS se logra a través de la impresión 3D. En medicina, impresión y proyección de imagen de 3D se utilizan principalmente para la preparación quirúrgica y la creación de implantes3,4,5. Por ejemplo, en el campo de la simulación quirúrgica, los órganos se producen para capacitar a cirujanos en realizar procedimientos quirúrgicos6. Las posibilidades de la impresión 3D no todavía sido ampliamente aplicadas en NPS. La combinación de imágenes en 3D e impresión 3D abre la posibilidad para NPS alcanzar un mayor nivel de fidelidad física. La replicación de neonatales, flexibles y sofisticados órganos como el corazón llega a ser posible debido a la siempre ampliar gama de técnicas y materiales utilizados para la impresión 3D7.
En este artículo detallamos un protocolo para la creación de un corazón neonatal funcional, artificial usando una combinación de MRI, impresión 3D y moldeo a presión fría. El modelo de corazón en este trabajo incluye dos aurículas, dos ventrículos, cuatro válvulas funcionales y arterias pulmonares y sistémicas y las venas todos producidas a partir de una sola silicona del molde. El modelo de corazón puede con un líquido, equipado con sensores y utilizado como generador de parámetro de salida (es decir, la presión arterial o cardiaco durante las compresiones y la funcionalidad de la válvula).

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ecoflex 5</td>
			<td>Smooth-on</td>
			<td></td>
			<td>Silicon casting material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>400ml Static mixers</td>
			<td>Smooth-on</td>
			<td></td>
			<td>Mixing tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual dispensing gun</td>
			<td>Smooth-on</td>
			<td></td>
			<td>Used for injection molding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-56 PTFE spray</td>
			<td>CRC</td>
			<td></td>
			<td>Release agent for the molds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium-hydroxide</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VeroWhite</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td></td>
			<td>The hard material used in the print</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TangoBlackPlus</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td></td>
			<td>The rubber material used in the print</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Support Material</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td></td>
			<td>The standard support material used by stratasys&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magill Forceps</td>
			<td>GIMA</td>
			<td></td>
			<td>Infant size. This is for removing the inner molds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys Connex 350</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td></td>
			<td>&#160;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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Balco Powerblast (Water Jet)</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Euro 8-24 Set P (Air Compressor)</td>
			<td>iSC</td>
			<td>4007292</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe with blunt needle</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>A 20ml syringe with a 0.5mm diameter blunt needle.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics 17.0 software</td>
			<td>Materialise&#160;</td>
			<td></td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magics 9.0 software</td>
			<td>Materialise&#160;</td>
			<td></td>
			<td>This was used to repair and smooth the .stl files generated by mimics. This smoothing can also&#160; be done in most other 3D modeling freeware.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solidworks</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Software used for editting the heart model. Most other freeware CAD software can be used to perform this stage of processing.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

anatomically realistic neonatal heart model for use in neonatal patient simulators

Simuladores de paciente neonatales (NPS) son sustitutos paciente artificiales utilizados en el contexto de formación de simulación médica. Neonatólogos y personal de enfermería práctica de intervenciones clínicas como compresiones del pecho para asegurar la supervivencia de los pacientes en caso de bradicardia o paro cardíaco. Los simuladores utilizados actualmente son de baja fidelidad física y por lo tanto no pueden proporcionar la penetración cualitativa en el procedimiento de compresiones. La incorporación de un modelo de corazón anatómicamente realista en el futuro simuladores permite la detección de gasto cardíaco generado durante las compresiones; Esto puede proporcionar a los médicos con un parámetro de salida, que puede profundizar en el conocimiento del efecto de las compresiones en relación con la cantidad de flujo sanguíneo generado. Antes de este monitoreo puede ser alcanzado, debe crearse un modelo corazón anatómicamente realista que contiene: dos aurículas, dos ventrículos, las válvulas del corazón cuatro, venas pulmonares y las arterias y sistémicas venas y arterias. Este protocolo describe el procedimiento para crear un modelo funcional cardiaca neonatal artificial mediante la utilización de una combinación de la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI), 3D impresión y fundición en forma de inyección fría. Usando este método con moldes interiores impresos 3D flexibles en el proceso de moldeo, puede obtenerse un modelo corazón anatómicamente realista.

Este estudio detalla un método para crear un modelo de corazón neonatal anatómicamente realista que combina la proyección de imagen de MRI, impresión 3D y moldeo a presión fría. El arteriosus del ductus como foramen oval permeable no se incluyeron en el modelo de corazón, presentado en este documento. El método descrito en este documento puede aplicarse también a otros órganos internos, como pulmones y caja torácica estructuras. Las estructuras de la caja torácica no requiere...

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Anatomically Realistic Neonatal Heart Model for Use in Neonatal Patient Simulators

Este protocolo describe un procedimiento para la creación de modelos funcional cardiaca neonatal artificial utilizando una combinación de la proyección de imagen de resonancia magnética, impresión 3D y moldeo por inyección. El propósito de estos modelos es para su integración en la próxima generación de simuladores de paciente neonatales y como una herramienta para estudios fisiológicos y anatómicos.

Modelo corazón Neonatal anatómicamente realista para el uso en simuladores de paciente Neonatal

Neonatal patient simulators (NPS) are artificial patient surrogates used in the context of medical simulation training. Neonatologists and nursing staff ...

Este método puede responder preguntas clave en el campo de la neonatología, como la cantidad de salida cardíaca que se genera durante las compresiones torácias. La principal ventaja de esta técnica es que permite la creación de un modelo cardíaco flexible sin la pérdida de realismo anatómico. Demostrando el procedimiento conmigo hoy estará Jasper Sterk, un técnico de nuestro laboratorio.Para adquirir segmentos de imagen de un corazón neonatal representativo, abra primero un programa de software de procesamiento adecuado. Importe una imagen de resonancia magnética torácica neonatal, o RMN, formateada como un archivo de imágenes digitales y comunicaciones en medicina. Con la herramienta Máscaras de edición, seleccione el área del músculo cardíaco en cada sector de RMN donde el corazón está presente y cree una nueva capa de boceto.Segmente por separado las dos aurículas y los dos ventrículos de la misma manera y utilice la herramienta Calcular 3D para renderizar el músculo y las cámaras en representaciones 3D separadas. A continuación, utilice la herramienta Estereolitografía Plus para exportar los segmentos como cinco archivos de estereolitografía utilizando la resolución óptima para cada archivo. Para el procesamiento e impresión de las piezas de molde cardíaco neonatal, cargue los archivos de molde de válvula de atria y ventrículo en un programa de software de diseño asistido por computadora.Utilice la resonancia magnética original para determinar las posiciones de las válvulas aórtica, pulmonar, mitral y tricúspide. Con la función de pieza de inserción, arrastre los archivos de válvula para las mitades de molde positivas y negativas de cada válvula a sus respectivas posiciones en el conjunto cargado de aurículas y ventrículos al archivo actual. Haga clic en la ubicación en la superficie de la aurícula o el ventrículo para indicar la posición de la colocación.En la pestaña Operaciones, seleccione Extruir base de saliente para extruir las bases de las válvulas positivas y negativas de modo que las válvulas sobresalan en sus respectivas cámaras y fusionar las partes de la válvula según corresponda. Agregue los archivos de válvula pulmonar y aórtica a sus respectivas ubicaciones de ventrículos, abra la pestaña Boceto y seleccione la herramienta Círculo. A continuación, abra la pestaña Operación y utilice la función Base de barrido para croquizar dos cilindros de cinco milímetros de diámetro arqueados desde la parte superior de las válvulas hasta que ambas superficies de cilindro circular alcancen la posición horizontal.Después de fusionar las partes de la válvula a sus respectivos ventrículos y arterias, seleccione la herramienta Círculo de nuevo y utilice la función Extruir base de saliente para extruir cilindros verticales de cinco milímetros de diámetro desde la base de cada una de las cuatro cámaras hasta que los cilindros sean de 40 milímetros de longitud y sobresalga en sus respectivas cámaras. A continuación, abra la pestaña Croquis y seleccione la herramienta Círculo de croquis. A continuación, para crear diferentes sangrías de profundidad, abra la pestaña Operaciones y utilice la función Extruir de corte para croquizar semicírculos en la parte superior de los cilindros para añadir muescas diferenciales a los cilindros.Para restar las formas de las cámaras y arterias, haga clic con el botón derecho del 200o para seleccionar el cuerpo sólido de la cámara y la arteria de interés y seleccione la función Combinar para permitir que se seleccione el ajuste Restar. Después de salvar las cámaras y las arterias, importe el modelo de músculo cardíaco. A continuación, inicie un nuevo croquis y mantenga pulsada la tecla Mayús para seleccionar todos los croquis de la base del cilindro.Para desfasar los seis croquis base de cilindros en dos milímetros, abra la ficha Croquis y seleccione Convertir entidades. Abra la pestaña Operaciones y utilice la función Extruir base de saliente para fusionar los cilindros de arco con el modelo de músculo cardíaco. Para modelar un cubo desde la base de los seis cilindros hacia abajo, seleccione Geometría de referencia y abra la pestaña Croquis y seleccione la herramienta Cuadrado.A continuación, esboce un cuadrado con una longitud y anchura cuatro milímetros más ancho que la parte más ancha del modelo de músculo cardíaco. Utilice la función Extruir base de saliente para extruir el cuadrado hacia abajo con un grosor de ocho milímetros. Fusione el cuadrado extruido con la base de los seis cilindros utilizando la función Fusionar piezas.Agregue cubos de cuatro milímetros a cada una de las cuatro esquinas de la base de la misma manera. Usando la base cuadrada como un boceto, extruya la base para cubrir todo el modelo del corazón y reste todas las demás partes de la cubierta. Utilice la función Geometría de referencia para generar un plano de referencia a la altura de interés y seleccione Insertar, Moldes y Dividir para dividir la parte superior del rectángulo sobrante en la parte más ancha del modelo cardíaco.Divida el rectángulo sobrante de nuevo en la posición de liberación de molde más conveniente de la misma manera, pero en la dirección vertical. A continuación, utilice una impresora de chorro y materiales de fotopolímero rígidos similares a los de goma para imprimir las piezas del molde. Es esencial utilizar material similar al caucho para el molde interior para que estos moldes se puedan quitar más tarde sin romper o dañar el modelo.Para el moldeo por inyección en frío y el acabado de las piezas del molde, primero rocíe todas las superficies de todas las piezas impresas, excepto las válvulas con un agente de liberación, y limpie las piezas con papel tisú. Después de secar al aire durante 15 minutos, cierre la base del molde y dos paneles laterales y coloque el molde encima de dos espaciadores para que la base del molde no esté en contacto directo con la superficie de la mesa. Inserte un cartucho de silicona en una pistola dispensadora manual y utilice la pistola para añadir cinco mililitros de silicona a una taza de medición.Mezcle la silicona con una herramienta de mezcla y utilice la herramienta de mezcla para aplicar una generosa cantidad de silicona líquida a los lados negativos y positivos de las válvulas de aurículas y ventrículos derechas. Cubrimos la válvula para garantizar su funcionalidad. Conecte las dos cámaras en el ángulo correcto de la válvula y empuje las cámaras a sus respectivos cilindros en el molde base.A continuación, conecte los cilindros de arco pulmonar y aórtico de una manera similar. Deje que la silicona se solidifique durante dos minutos. Fije la parte superior del molde y un mezclador estático al cartucho, apretando el cartucho hasta que se haya dispensado toda la silicona y, a continuación, liberando la presión.Ajuste todo el molde en los dos espaciadores e inserte la pistola en la toma de moldeo por inyección de ocho milímetros. Apriete con baja presión en el transcurso de tres minutos hasta que todos los conductos de ventilación muestren signos de desbordamiento de silicona. A continuación, inserte un espaciador de metal en la grieta entre las partes superior e inferior del molde para abrir la parte superior del molde.Retire las partes laterales del molde de una en una de la misma manera, teniendo cuidado de no perforar la pared del corazón, y utilice un bisturí para perforar cualquier burbuja en la silicona. Utilice un palillo de dientes para llenar cualquier agujero de burbujas con silicona y deje que el modelo se cure durante otros 30 minutos. Cuando el modelo esté listo, encierre firmemente el modelo de corazón con una mano y utilice aire comprimido para volar el modelo de la base del molde, dejando los seis moldes internos en el modelo de corazón.Utilice una jeringa de agua para llenar y presurizar los ventrículos izquierdo y derecho para liberar los moldes internos. A continuación, utilice un fórceps Magill para extraer las dos partes internas del molde sin comprimir el segmento de la válvula. Este método de impresión del modelo 3D también se puede aplicar a otros órganos internos, como los pulmones, o a estructuras óseas, como las costillas.El uso de materiales de molde interior muy flexibles para la impresión 3D permite la creación y liberación de estructuras orgánicas complejas que se destruirían durante la eliminación de las cámaras interiores si se utilizaran materiales de impresión más rígidos. Una alta resolución de las intrincadas piezas de modelo impresas en 3D es esencial para la generación de pequeños componentes orgánicos, como los utilizados en el sistema modelo corazón. Después del desarrollo, este método allanó el camino para que los investigadores exploraran la fisiología neonatal del paciente.Después de ver este video, usted debe tener una buena comprensión de cómo crear un corazón neonatal anatómicamente realista con cuatro cámaras y cuatro válvulas en un solo ciclo de fundición. No olvide que trabajar con hidróxido de sodio puede ser extremadamente peligroso. Por favor, use protección para las manos y los ojos durante este procedimiento.

Research

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