Name: multicolor 3d printing of complex intracranial tumors in neurosurgery
Uploaded: 2020-01-11T14:00:00
Duration: 14 min 15 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery at JoVE.com

وقد قدمت أجزاء من هذا العمل كملصق في الاجتماع السنوي للجمعية المانيه لجراحه الأعصاب (DGNC) 2019 في فورتسبورغ, ألمانيا وكعرض قصير في الاجتماع السنوي للجمعية المانيه للكمبيوتر والروبوت جراحه بمساعده (CURAC) 2019 في ريتلينجن ، ألمانيا.

<ol>
	<li>Frank, G., 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+endoscopic+transnasal+transsphenoidal+approach+for+the+treatment+of+cranial+base+chordomas+and+chondrosarcomas.">The endoscopic transnasal transsphenoidal approach for the treatment of cranial base chordomas and chondrosarcomas.</a> Neurosurgery. 59, 50-57 (2006).</li><li>Wu, P., 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=Quantitative+evaluation+of+different+far+lateral+approaches+to+the+cranio-vertebral+junction+using+the+microscope+and+the+endoscope:+a+cadaveric+study+using+a+tumor+model.">Quantitative evaluation of different far lateral approaches to the cranio-vertebral junction using the microscope and the endoscope: a cadaveric study using a tumor model.</a> Acta Neurochirurgica. 160, 695-705 (2018).</li><li>Huang, X., 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+small+3D-printing+model+of+macroadenomas+for+endoscopic+endonasal+surgery.">A small 3D-printing model of macroadenomas for endoscopic endonasal surgery.</a> Pituitary. 22 (1), 46-53 (2018).</li><li>Stone, J. J., Matsumoto, J. M., Morris, J. M., Spinner, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preoperative+Planning+Using+3-Dimensional+Printing+for+Complex+Paraspinal+Schwannoma+Resection:+2-Dimensional+Operative+Video.">Preoperative Planning Using 3-Dimensional Printing for Complex Paraspinal Schwannoma Resection: 2-Dimensional Operative Video.</a> Operative Neurosurgery. 16 (3), 80 (2018).</li><li>Scerrati, A., 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+workflow+to+generate+physical+3D+models+of+cerebral+aneurysms+applying+open+source+freeware+for+CAD+modeling+and+3D+printing.">A workflow to generate physical 3D models of cerebral aneurysms applying open source freeware for CAD modeling and 3D printing.</a> Interdisciplinary Neurosurgery. 17, 1-6 (2019).</li><li>Kamio, T., 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=Utilizing+a+low-cost+desktop+3D+printer+to+develop+a+"one-stop+3D+printing+lab"+oral+and+maxillofacial+surgery+and+dentistry+fields.">Utilizing a low-cost desktop 3D printer to develop a "one-stop 3D printing lab" oral and maxillofacial surgery and dentistry fields.</a> 3D Printing in Medicine. 4, 6 (2018).</li><li>Kondo, 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=A+neurosurgical+simulation+of+skull+base+tumors+using+a+3D+printed+rapid+prototyping+model+containing+mesh+structures.">A neurosurgical simulation of skull base tumors using a 3D printed rapid prototyping model containing mesh structures.</a> Acta Neurochirurgica. 158, 1213-1219 (2016).</li><li>Awad, M., Gogos, A. J., Kaye, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skull+base+chondrosarcoma.">Skull base chondrosarcoma.</a> Journal of clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 24, 1-5 (2016).</li><li>Jones, P. S., 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=Outcomes+and+patterns+of+care+in+adult+skull+base+chondrosarcomas+from+the+SEER+database.">Outcomes and patterns of care in adult skull base chondrosarcomas from the SEER database.</a> Journal of Clinical Neuroscience: Official Journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 21, 1497-1502 (2014).</li><li>Karakas, A. B., Govsa, F., Ozer, M. A., Eraslan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Brain+Imaging+in+Vascular+Segmentation+of+Cerebral+Venous+Sinuses.">3D Brain Imaging in Vascular Segmentation of Cerebral Venous Sinuses.</a> Journal of Digital Imaging. 32 (2), 314-321 (2018).</li><li>Dong, M., 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+brain+arteriovenous+malformation+models+for+clinical+use+and+resident+training.">Three-dimensional brain arteriovenous malformation models for clinical use and resident training.</a> Medicine. 97, 9516 (2018).</li><li>Dolinski, N. D., 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=Solution+Mask+Liquid+Lithography+(SMaLL)+for+One-Step,+Multimaterial+3D+Printing.">Solution Mask Liquid Lithography (SMaLL) for One-Step, Multimaterial 3D Printing.</a> Advanced Materials. 30, 1800364 (2018).</li><li>Coelho, G., 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=Multimaterial+3D+printing+preoperative+planning+for+frontoethmoidal+meningoencephalocele+surgery.">Multimaterial 3D printing preoperative planning for frontoethmoidal meningoencephalocele surgery.</a> Child's Nervous System: ChNS: Official Journal of the International Society for Pediatric Neurosurgery. 34, 749-756 (2018).</li><li>Javan, R., Cho, A. 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+Assembled+Prototype+Multimaterial+Three-Dimensional-Printed+Model+of+the+Neck+for+Computed+Tomography-+and+Ultrasound-Guided+Interventional+Procedures.">An Assembled Prototype Multimaterial Three-Dimensional-Printed Model of the Neck for Computed Tomography- and Ultrasound-Guided Interventional Procedures.</a> Journal of Computer Assisted Tomography. 41, 941-948 (2017).</li></ol>

ساندت هذا دراسة كان بمنحه من الكلية طبية من يوهانس [غوتنبرغ]-جامعه [مينز] إلى M.K. ("[بيوتيكس-ستثف] 1 [فورسدرنغ]").

يعتمد علاج الورم الغضروفي داخل الجمجمة أساسا علي الازاله الجراحية الكاملة. في كثير من الأحيان تقع علي قمة رومانوس ، وهذا الورم هو علي مقربه من الهياكل الهامه مثل الشريان السباتي الداخلي ، والعصب البصري ، والغدة النخامية. ولذلك ، فان التخطيط للمسارات الجراحية هو خطوه حاسمه قبل الجراحة. الطباعة ثلاثية الابعاد متعددة ألوان تسمح لانصهار هذه الهياكل ، كل مشتقه من طرائق التصوير المختلفة ، في كائن واحد.
اثناء التحضير للطباعة ثلاثية الابعاد من المهم اختيار بيانات التصوير المناسبة بعناية. الصور عاليه الدقة مع سمك شريحة صغيره هي مناسبه تماما لأعاده الاعمار 3D والتحولات السلس ، في حين ان شريحة سمك عاليه سوف تنتج الخشنة ، والكائنات غير المتكافئة. خطوه حاسمه أخرى من الأسلوب هو تجنب اي تقاطعات من الكائنات المجاورة اثنين مثل الورم وعظم الجمجمة. لذلك ، يجب تنفيذ عمليات منطقيه لطرح كائن واحد من الآخر.
للسماح للتلوين الحجمي فمن الضروري لخلق البصل قذيفة مثل السطوح الفرعية داخل كائن (الشكل 2A،B). فمن الضروري ان يكون الحد الأدنى من المسافة بين اثنين من السطوح المجاورة علي الأقل 0.1 مم للحصول علي الكائنات الملونة بسلاسة (الشكل 2D). وإذا كانت المسافة المختارة اعلي من هذه القيمة ، فقد تصبح القذائف الفردية الموجودة داخل الجسم مرئية (الشكل 2 ج). وينبغي إيلاء الاهتمام لزيادة استهلاك اللون من الطابعة 3D عند استخدام التلوين الحجمي. وعلاوة علي ذلك ، فمن المهم أيضا للتحقق من نموذج لأي أجزاء فضفاضة وأضافه دعم عند الضرورة (علي سبيل المثال ، الشريان باسيار).
الأسلوب يمكن ان تنتج فقط قاسيه ، الجص مثل المواد التي ليست دائمة جدا. خصوصا دون اجراء تصلب ، يمكن تدمير النموذج بسهوله اثناء اجراء تفريغ. وهكذا ، غالبا ما تميل العناصر الهشة مثل الاوعيه الدموية إلى الانفصال.
هذه التقنية هي أيضا غير مناسبه لمحاكاة الانسجه الرخوة. لمحاكاة انسجه المخ ، علي سبيل المثال ، قد يكون من الضروري اما طباعته مع الطريقة التي هي قادره علي إنتاج المواد اللينة والصلبة مباشره12،13 أو لطباعه قوالب التي يمكن استخدامها للقاء الأشياء الناعمة ، مثل سيليكون المطاط14. في حاله اختبار واحده ، استخدمت الطريقة الاخيره لمحاكاة ورم رخو. وكان الحد من هذا الاجراء الأخير انه علي الرغم من ان ورم السيليكون كان مرنا جدا ، كان من الضروري ان يكون مساحة كافيه لادراجه في النموذج المطبوع 3D. وعلاوة علي ذلك ، لم يكن من الممكن إنشاء هياكل داخلية ، مثل الاوعيه الدموية.
3d الموثق نفث هو تقنيه التصنيع المضافة التي تجمع الكائنات عن طريق تصلب جزئي وتلوين طبقات رقيقه من مسحوق الجص. وهكذا ، فانه يسمح للطباعة مجموعه غير محدوده تقريبا من ألوان ، والتحولات اللون ، والهياكل الملونة داخل حجم الكائنات في عمليه واحده.
بالمقارنة مع غيرها من تقنيات الطباعة مثل الطابعات خيوط ، والتي تنتج اقل التكاليف ولكن السماح فقط اثنين أو ثلاثه ألوان في وقت واحد ، والطابعات النفاثة بولي التي تنتج متعددة ألوان ، والكائنات ذات المواد المختلفة ولكنها مكلفه للغاية ، وتقدم هذه التقنية تسويه بأسعار معقولة. كانت التكلفة المادية المتوسطة لجمجمة مطبوعه حوالي €150.
مع هذا الأسلوب فمن الممكن لتصور المزيد من البيانات مجرده مثل خيوط ألياف المستمدة من الرنين المغناطيسي تتبع تسلسل ألياف أو التصوير الوظيفي تصور ، علي سبيل المثال ، منطقه خطاب الدماغ (مثلا ، Broca% s منطقه).
وبصرف الفضل عن المحاكاة الجراحية ، 3D المطبوعة ، نماذج ملونه بالبالكامل من تشريح المريض الحقيقي يمكن ان تساعد في تحسين تعليم طلاب الطب أو الأطباء الشباب حتى يتمكنوا من فهم أفضل العلاقات التشريحية المعقدة. وهو أيضا أداه هامه في تعليم المرضي.

العلاج الجراحي لأورام قاعده الجمجمة مهمة صعبه تتطلب تخطيطا دقيقا قبل الجراحة1. التصوير متعدد الوسائط باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT) والرنين المغناطيسي (MRI) يزود الجراح بمعلومات عن التشريح الفردي للمريض. في الممارسة السريرية ، يتم تصور هذه المعلومات التشخيصية عن طريق عرض سلسله من ثنائي الابعاد (2D) المقاطع العرضية التي تمثل جوانب مختلفه من التشريح (علي سبيل المثال ، CT لتصور العظام ، تصوير الاوعيه المقطعية للسفن ، التصوير بالرنين المغناطيسي للانسجه الرخوة).
ومع ذلك ، وخاصه بالنسبة للمبتدئين ، وطلاب الطب ، والمرضي ، فهم العلاقات المعقدة للهياكل 3D مختلفه إلى الصور المقطعية صعبه. بجانب الدراسات تاكل2، يمكن معالجه هذه المشكلة عن طريق إنشاء نماذج تشريحيه حقيقية الحجم من الامراض الفردية ، وعرض الهياكل التشريحية في ألوان مختلفه3.
وبفضل التطورات التقنية في السنوات الاخيره ، تسمح تقنيات الطباعة ثلاثية الابعاد ببناء فعال من حيث التكلفة للاشكال المعقدة4و5. ولذلك ، فان هذه التقنية توفر امكانيه لبناء نماذج تشريحيه خاصه بالمريض والتي هي ملموسه ، تصور بوضوح العلاقات المكانية ، ويمكن استخدامها للتخطيط الجراحي والمحاكاة. وخاصه في الحالات النادرة والمعقدة مثل الذبابة الغضروفية العليا ، قد تساعد المحاكاة قبل الجراحة لأزاله الورم في حاله فرديه علي تحسين ثقة الجراح بنفسه ونتيجة المريض.
الشائعة FDM الطباعة (النمذجة ترسب الخيوط) التقنيات تسمح فقط لخلق الكائنات مع سطح مغلق في واحده أو مجموعه محدوده من ألوان6. لتوفير نموذج للمحاكاة الجراحية التي تحتوي علي مختلف الهياكل التشريحية علي شكل معقده بشكل رئيسي متداخلة داخل بعضها البعض ، وهناك حاجه إلى مطبوعات ثلاثية الابعاد الملونة بشكل متماثل تماما. وهذا يسمح لأزاله متعاقبة من طبقات الانسجه حتى يتم الكشف عن هيكل داخلي.
الجص القائم علي اللون 3d الموثق نفث هو تقنيه قادره علي إنتاج النماذج متعددة ألوان المطلوبة7. بينما في تكويناته القياسية فقط سطح كائن يمكن ان تكون ملونه ، هنا يتم وصف تقنيه معدله لضمان تطبيق الحجمي من اللون إلى الهياكل التشريحية الداخلية.
لإثبات هذه التقنية ، تم اختيار حالات المرضي الذين يعانون من قاعده الجمجمة الغضروفية كمثال. وتمثل نسبه 20 في المائة من جميع الأورام الغضروفية في النظام الهيكلي ، ومعظمها موجود في العظام الطويلة. قاعده الجمجمة الاساسيه الغضروفية هي حاله نادره مسؤوله عن 0.1-0.2 ٪ من جميع الأورام داخل الجمجمة8. تقع هذه الأورام أساسا في قمة البترووس ، وتنمو في بيئة تشريحيه معقده تنطوي علي هياكل محوريه مثل الشريان السباتي الداخلي ، والعصب البصري وغيرها من الأعصاب القحفيه ، فضلا عن الغدة النخامية. ويتركز علاج هذه الأورام أساسا علي استئصال الجراحية الكلي ، لان العلاجات المساعد وحدها (علي سبيل المثال ، الإشعاع) ليست فعاله بما فيه الكفاية9.
نظرا لتعقيد وندره هذا الكيان الورم ، المحاكاة الجراحية قبل الجراحة في نموذج الجمجمة المطبوعة 3D قد تساعد علي تحسين تصور وفهم التشريح ومساعده الجراح تحقيق استئصال كامل. كما هو مبين من قبل الآخرين10،11 الطباعة ثلاثية الابعاد من النماذج الخاصة بالمريض يحسن كل من المقيمين وذوي الخبرة من الأطباء الأعصاب فهم التشريح العصبي المعقدة.
ومع ذلك ، فان إنشاء مثل هذه النماذج الفردية من بيانات التصوير الطبي يتطلب مهارات في تجزئه الصور ، والنمذجة ثلاثية الابعاد ، والطباعة ثلاثية الابعاد ، وخاصه عندما تكون الهياكل التشريحية مطبوعه بألوان مختلفه. تهدف هذه المخطوطة إلى جعل تصنيع النماذج التشريحية الموصوفة أكثر سهوله للآخرين من خلال توفير بروتوكول مفصل لتحويل بيانات التصوير الطبي إلى نماذج افتراضيه ثلاثية الابعاد ولتصنيع كائنات ثلاثية الابعاد متعددة ألوان.
ويتكون سير العمل أساسا من أربعه أجزاء: 1) تقسيم بيانات التصوير الطبي وإنشاء نموذج 3D الظاهري; 2) اعداد نموذج 3D الظاهري للطباعة متعددة ألوان 3D ؛ 3) التحضير لتلوين الحجمي من أجزاء مختاره ؛ و 4) 3D الطباعة ومعالجه ما بعد.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>3D Systems (formerly Zcorp)</td>
			<td>x</td>
			<td>Zprinter Z450</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printing software</td>
			<td>3D Systems (formerly Zcorp)</td>
			<td>x</td>
			<td>3DPrint Software (Version 1.03)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Binder solution for cartridge</td>
			<td>4D Concepts GmbH, Gro&#223;-Gerau, Germany</td>
			<td>42-0100-7001</td>
			<td>VisiJet PXL Binder Cartridge clear 1 x ca. 1 Liter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infiltration solution</td>
			<td>4D Concepts GmbH, Gro&#223;-Gerau, Germany</td>
			<td>42-0250-1090</td>
			<td>Color-Bond 90, 1 bottle, 454 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modeling Software for 3D print preparation</td>
			<td>Autodesk, San Rafael, CA, USA</td>
			<td>x</td>
			<td>Netfabb Premium (Version 2019.0)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Print head for binder</td>
			<td>4D Concepts GmbH, Gro&#223;-Gerau, Germany</td>
			<td>42-0150-2010</td>
			<td>HP 11 print head (C4810A)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Print head for color</td>
			<td>4D Concepts GmbH, Gro&#223;-Gerau, Germany</td>
			<td>42-0150-2011</td>
			<td>HP 57 printhead C 6657 AE Tricolor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printing powder</td>
			<td>4D Concepts GmbH, Gro&#223;-Gerau, Germany</td>
			<td>42-0050-2061</td>
			<td>VisiJet PXL Core Eco Drum ca. 14 kg - ca. 11,47 L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Segmentation software</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA</td>
			<td>x</td>
			<td>Amira 5.4.5</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multicolor 3d printing of complex intracranial tumors in neurosurgery

توفر تقنيات الطباعة ثلاثية الابعاد (3D) امكانيه تصور الامراض الخاصة بالمريض في نموذج فيزيائي من الابعاد الصحيحة. ويمكن استخدام هذا النموذج للتخطيط ومحاكاة الخطوات الحاسمة للنهج الجراحي. ولذلك ، من المهم ان الهياكل التشريحية مثل الاوعيه الدموية داخل الورم يمكن طباعتها لتكون ملونه ليس فقط علي سطحها ، ولكن في جميع انحاء حجمها كله. اثناء المحاكاة هذا يسمح لأزاله أجزاء معينه (علي سبيل المثال ، مع الحفر عاليه السرعة) والكشف عن الهياكل الموجودة داخليا من لون مختلف. التالي ، يمكن الجمع بين المعلومات التشخيصية من مختلف طرائق التصوير (علي سبيل المثال ، CT ، MRI) في جسم واحد مدمج وملموس.
ومع ذلك ، فان اعداد وطباعه هذا النموذج التشريحي الملون بالبالكامل يظل مهمة صعبه. ولذلك ، يتم توفير دليل خطوه بخطوه ، مما يدل علي انصهار مختلف مجموعات البيانات التصويرية عبر المقطعية ، وتقسيم الهياكل التشريحية ، وإنشاء نموذج ظاهري. في الخطوة الثانية يتم طباعه النموذج الظاهري مع الهياكل التشريحية الملونة بشكل متناظر باستخدام الجص القائم علي تقنيه 3D الموثق النفث. تسمح هذه الطريقة بالاستنساخ الدقيق للغاية لتشريح المريض الخاص كما هو موضح في سلسله من المواد المطبوعة الثلاثية الابعاد. وعلاوة علي ذلك ، يمكن قطع النماذج التي تم إنشاؤها وحفر ، والكشف عن الهياكل الداخلية التي تسمح لمحاكاة العمليات الجراحية.

تم اختيار ثمانيه مرضي مصابين بغيبوبة من القمه البترويه للدراسة وتم إنشاء نماذج افتراضيه ثلاثية الابعاد ، تحتوي كل منها علي عظم وورم وأوعيه وغده نخامية ومعبر العصب البصري. خضعت ثلاثه نماذج الطباعة ثلاثية الابعاد متعددة ألوان باستخدام الجص القائم علي تقنيه المستندات 3D الموثق النفث (الشكل 1A1 ، A2). بالاضافه إلى ذلك ، تم إنشاء ورم واحد مع شريان داخلي (الشكل 1B1) لإظهار فوائد التلوين الحجمي مقارنه بالتلوين السطحي (الشكل 1B2 ، B3).
وقد استخدمت هذه النماذج لإثبات محاكاة النهج الجراحي (علي سبيل المثال ، خلق ثقب لدغ) واستئصال الورم. سمحت هذه التقنية الطباعة للجمع بين الهياكل التشريحية المستمدة من طرائق التصوير المختلفة في كائن واحد.
كانت المواد الجص خصائص مثل العظام ويمكن حفر بسهوله دون ذوبان. التالي ، كان من الممكن استخدامه لمحاكاة طريق الوصول الجراحي. بعد تصلب الاجراء كان مستقرا بما فيه الكفاية لإنتاج حتى الهياكل الهشة مثل شجره الاوعيه داخل السفينة.
القدرة علي تلوين حجم كامل من النموذج يسمح بنيه الجسم الداخلية ، مثل الشريان السباتي الداخلي السفر من خلال الورم ، ليكون تصور بوضوح. عن طريق أزاله طبقات من الورم مع الحفر ، تم الكشف عن الشريان الأحمر تدريجيا اثناء المحاكاة الجراحية.
لإثبات دقه التقنية ، تم مسح النماذج ثلاثية الابعاد في جهاز كمبيوتر. النماذج التي تم إنشاؤها للطباعة تم فرضها علي هذه المسح. تم إنشاء تعيين انحراف ، وتم تحديد الدقة في 50 النقاط السطحية التي تم اختيارها عشوائيا. ويدل الانحراف المتوسط ل0.021 مم علي المطابقة العالية للطباعة ثلاثية الابعاد مقارنه بالبيانات الاصليه.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60471/60471fig01.jpg"> الشكل 1: الحجمي مقابل السطح الملون 3D يطبع. A1. مثالي طباعه ثلاثية الابعاد بألوان الكاملة للمريض المصاب بغيبوبة الغضروفية في القمه التي بترو الحق. A2. عرض مفصل للهياكل التشريحية (السهم = التشعب الشريان السباتي الداخلي; O = chiasm العصب البصري; T = الورم). B1. الاوعيه الدموية عبور حجم الورم ومستوي المقطعية (خط منقط). باء 2- تقنيه الطباعة متعددة ألوان التقليدية يكشف اللون فقط علي السطح. B3. تقنيه تعديل تنتج الكائنات الملونة بشكل متناظر مناسبه للمحاكاة الجراحية المتقدمة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60471/60471fig01large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60471/60471fig02.jpg"> الشكل 2: سير العمل للتلوين الحجمي للطباعة ثلاثية الابعاد. ا. نموذج 3d الظاهري للورم مع الاوعيه الدموية عبور حجمه دون قذائف الداخلية. B. ورم والاوعيه الدموية مع قذائف داخلية متعددة (المسافة 0.05 مم). C. مثال علي مسافة قذيفة عاليه (1 ملم). ولا تزال الطبقات الوحيدة من القذائف الملونة والبيضاء مرئية. D. مثال علي مسافة قذيفة صغيره (0.1 مم). الحجم الداخلي للكائن ملون بالبالكامل. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60471/60471fig02large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery at JoVE.com

Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery

يصف البروتوكول تلفيق المطبوعات ثلاثية الابعاد الملونة بالبالكامل لنماذج الجمجمة التشريحية الخاصة بالمريض لاستخدامها في المحاكاة الجراحية. يتم شرح الخطوات الحاسمة للجمع بين طرائق التصوير المختلفة ، وتجزئه الصور ، واستخراج النماذج ثلاثية الابعاد ، وإنتاج المطبوعات.

متعدد ألوان 3D طباعه الأورام المعقدة داخل الجمجمة في جراحه المخ والأعصاب

Three-dimensional (3D) printing technologies offer the possibility of visualizing patient-specific pathologies in a physical model of correct dimensions. ...

والهدف من هذا الإجراء هو إظهار خطوات إنشاء نماذج تشريحية مطبوعة ثلاثية الأبعاد، وملونة بالكامل، وطقم تشريحي خاص بالمريض باستخدام بيانات من طرائق تصوير مختلفة. باستخدام مثال chondrosarcomas من قمة بترووس ، والعملية برمتها من الانصهار الصورة وتجزئة ، وتوليد نموذج 3D الظاهرية ، وتلفيق الطباعة 3D هي التي أظهرت. وعلاوة على ذلك، يتم وصف التلوين الحجمي لمطبوعات ثلاثية الأبعاد مناسبة للمحاكاة الجراحية.تُظهر مجموعة متنوعة من طرائق التصوير، مثل التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي، جوانب مختلفة من الموقع الجراحي، مثل العظام والأنسجة الرخوة والورم والأوعية. توفر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية فريدة للجمع بين هذه الجوانب المختلفة في كائن واحد ومدمج وملموس في أبعاد الحجم الحقيقي التي يمكن دراستها واستخدامها لمحاكاة النهج الجراحي. خاصة بالنسبة للمحاكاة الجراحية ، من المهم إنتاج مطبوعات ثلاثية الأبعاد ليس فقط ملونة على السطح لتوفير تلوين حجمي متعمق لتصور الهياكل المتداخلة بوضوح داخل بعضها البعض ، مثل عبور وعاء دموي للورم.يقدم هذا الفيديو دليل خطوة بخطوة لتصنيع نموذج تشريحي ملون بالكامل استنادًا إلى مثال chondrosarcoma من قمة بترووس. الخطوات الحاسمة في هذا الإجراء هي الانصهار وتجزئة بيانات التصوير الطبي ، يليها إنشاء نموذج سطحي ثلاثي الأبعاد افتراضي. وكخطوة ثالثة، يتم إعداد النموذج الافتراضي للطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة الألوان، بما في ذلك سير عمل معدل للسماح بالتلوين الحجمي لأجزاء محددة.وأخيرا، يتم وصف الطباعة والمعالجة اللاحقة. من المهم استخدام بيانات التصوير بدقة مكانية عالية، على سبيل المثال، سمك شريحة ملليمتر واحد أو أقل. تم استخدام CT لتجزئة العظام.تم استخدام صور MRI T1 المحسنة على النقيض من ذلك لتجزئة الهياكل الورمية والنياتية وصور TOF للسفن. قم بتنزيل ملفات DICOM على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، وفتح برنامج أميرة. قم باستيراد ملفات طرق التصوير المختلفة، ثم حدد مجلد بيانات التصوير.انقر على صور CT، وربطها مع وحدة تقديم الصوت. اختر جهاز عرضي للحصول على عرض أكثر واقعية، وضبط منزلق نقل اللون لتصور العظام فقط. متابعة عن طريق استيراد تسلسلات الرنين المغناطيسي، وتوصيلها إلى وحدة تقديم وحدة التخزين أيضاً.بما أن صور التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي لا تتداخل، فمن الضروري دمج بيانات التصوير المختلفة. لذلك، انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة بيانات MRI، واختر حساب، تسجيل Affine. اختر المرجع، ثم قم بتوجيه المؤشر إلى CT. في خصائص وحدة التسجيل، اترك كل الإعدادات الافتراضية وانقر على مراكز المحاذاة، متبوعاً بالنقر فوق التسجيل.تم الآن دمج مجموعتي بيانات التصوير المختلفة. كرر هذه الخطوة لكافة مجموعات البيانات التصوير إضافية. تحقق من دقة المطابقة عن طريق إخفاء عروض وحدة التخزين وإضافة وحدة تقويم العظام إلى صور MR.اختر Colorwash. ثم انقر على البيانات ، وربط هذا المنفذ مع CT عن طريق سحب الماوس على ذلك. ضبط لون المنزلق لتصور الهياكل العصبية فرضه على هياكل الجمجمة العظمية.تحقق من وجود أي محاذاة من خلال تمرير شريط تمرير عامل الوزن والنظر إلى الحدود بين سطح الجمجمة والدماغ ، وكذلك البطينين. كرر هذا الإجراء على شرائح مختلفة وفي الاتجاهات التاجية والقوس. قم بإلغاء تنشيط رؤية وحدة تقويم العظام، وإعادة تنشيط عرض وحدة التخزين للتصوير المقطعي المحوسب. انتقل إلى بيانات CT، وابحث عن أقل قيمة في مجموعة البيانات هذه، في هذه الحالة، ناقص 2، 048.بعد ذلك، إضافة وحدة تحرير وحدة نمطية وحدة التخزين، قم بتوصيل وحدة Volren مع بيانات الإخراج، وتعيين قيمة الحشو إلى ناقص 2، 048. انقر على قص داخل، ووضع علامة على المنطقة التي سيتم إزالتها في منفذ العرض 3D. ملاحظة، من المهم تجنب التداخل مع الأجزاء التي لا يُقصد إزالتها.في هذا المثال، تمت إزالة أجزاء من عظم الفك السفلي وفقرات عنق الرحم العليا. بعد ذلك، سيتم تقسيم العظام المتبقية وتحويلها إلى شبكة سطحية. لذلك، انقر فوق محرر التجزئة، واختر تسلسل صورة CT المعدلة وإضافة مجموعة تسمية جديدة.الآن اختر عتبة كخيار التجزئة. تعيين المنزلق السفلي إلى قيمة حوالي 250 في حالة CT. ضمان هياكل العظام رقيقة مثل العظام الصدغية أو المنطقة المدارية العليا ليتم اختيارها في المعاينة. خلاف ذلك، ضبط عتبة أقل، ولكن تجنب اختيار أي الأنسجة الرخوة.بعد ذلك، انقر على تحديد. وأخيراً، إضافة التحديد إلى مجموعة التسمية. العودة إلى "عرض التجمع".تم إنشاء مجموعة تسمية جديدة لـ CT. انقر بزر الماوس الأيمن واختر حساب، وسطح Gen، وتحقق من خيار الضغط، وانقر فوق تطبيق. وأخيراً، أضف وحدة Surface View، واضبط لون الشبكة التي تم إنشاؤها. إضافة الهياكل الأخرى ذات الصلة بتكرار الخطوات السابقة.في حالة الورم ، تم استخدام تجزئة يدوية بدلاً من عملية العتبة. وهكذا، تم تقسيم الورم والعصب البصري والأوعية داخل الجمجمة وإضافته إلى النموذج. وأخيراً، قم بتصدير الشبكات التي تم إنشاؤها بالنقر بزر الماوس الأيمن على الشبكة والنقر على حفظ.اختر STL كتنسيـّش ملف. افتح Netfabb، ثم قم باستيراد الشبكات التي تم إنشاؤها في الخطوات السابقة كأجزاء جديدة. تحقق من الإصلاح التلقائي، ثم انقر فوق استيراد.حدد الجمجمة، وتقسيم قذائفها إلى أجزاء. هذا يفصل بين أي أشياء فضفاضة غير متصلة بعظم الجمجمة. حدد عظم الجمجمة، وتبديل الرؤية قبالة.الآن حدد جميع الأجزاء الأخرى، وحذفها. كرر هذه الخطوة لكافة الكائنات الأخرى. لاحظ، في بعض المناطق، مثل الورم داخل قمة البتروس من الجمجمة، هندسة كلا الجسمين تتقاطع مع بعضها البعض.لتجنب أخطاء الطباعة، من الضروري إزالة مثل هذه التقاطعات. لذلك، حدد كائنين المتقاطعة، وانقر فوق عمليات منطقية. نقل الكائن إلى أن يطرح من الآخر إلى الجانب الأحمر من القائمة، وانقر على تطبيق.الآن يتم فصل الكائنين بشكل واضح ، والتي يجب التحقق من قبل القذف رؤيتها. من خلال تكرار هذه الخطوات ، يتم فصل الورم وكذلك الشريان داخل الورم بوضوح عن بعضهما البعض. في حالة الشريان الباسيلار، هناك حاجة إلى دعامات إضافية لمنع الكائن من أن يكون جزءا فضفاضة بعد الطباعة.إضافة كائن جديد، في هذه الحالة، اسطوانة، وضبط أبعاده والتقسيمات الفرعية حسب الحاجة. ضع الاسطوانة لتتقاطع تماما مع الجمجمة و هندسة الوعاء. الآن تنفيذ العملية المنطقية مرة أخرى لطرح الأجزاء داخل العظام والأوعية الدموية.كرر هذه الخطوة لإضافة المزيد من الدعم عند الحاجة. للسماح بالتلوين الحجمي لأجزاء معينة ، من الضروري إنشاء ليس فقط قذيفة سطحية واحدة ولكن العديد من الأصداف الفرعية داخل الكائن. حدد الورم، وتوليد قذيفة جديدة منه.تعيين سمك قذيفة من 3 ملليمتر في وضع الإزاحة الداخلية مع دقة 15 ملليمتر وتطبيق. وهذا يولد قذيفة الداخلية مع مسافة 3 ملليمتر إلى السطح الأصلي. حدد الغلاف الخارجي، ثم إنشاء قذيفة جديدة منه.حدد سمك قذيفة من 25 ملليمتر في وضع الجوف مع دقة 15 ملليمتر. أيضاً، حدد خانة الاختيار إزالة الجزء الأصلي. وهذا يولد مساحة 05 ملليمتر بين قذيفتين متجاورتين.بتكرار هذه الخطوات، يتم إنشاء عدة قذائف داخلية مع سمك ثابت وإزاحات ثابتة. فمن المستحسن استخدام سمك قذيفة من 35 إلى 25 ملليمتر، فضلا عن تعويض من 1 إلى 05 ملليمتر لتحقيق تلوين الحجمي السلس. كرر هذه الخطوات مع جميع الكائنات الأخرى، مثل الأوعية الدموية.في الخطوة الأخيرة، لون الطباعة لكل كائن يجب تعيين. لذلك، حدد جزءًا ليتم تلوينه. انقر نقراً مزدوجاً فوق نسيج وشبكة الألوان، واختر لونًا.انقر على أيقونة "الطلاء على الأصداف"، متبوعاً بالنقر على النموذج المعروض في مركز الشاشة. وأخيراً، قم بتطبيق التغييرات، وتأكد من تأكيد مربع الحوار إزالة الجزء القديم. كرر هذه الخطوات مع كافة الكائنات الأخرى والقذائف، على التوالي.وأخيراً، قم بتصدير جميع الكائنات التي سيتم طباعتها، بما في ذلك الدعامات والأصداف الداخلية، ثم تصديرها كملفات فردية. تأكد من اختيار تنسيق VRML لأن تنسيق STL غير قادر على نقل معلومات اللون. افتح برنامج الطباعة ثلاثي الأبعاد الخاص بالنظام ثلاثي الأبعاد، ثم قم باستيراد ملفات VRML التي تم إنشاؤها في الخطوة السابقة.اختيار ملليمترات كوحدة. تحقق من الاحتفاظ بال موضع، وطبق على كافة الملفات. وتعيين نوع المواد إلى ZP151.الآن ضع النموذج ثلاثي الأبعاد في حجم الطباعة عن طريق ضبط موضعه ودورانه. في حالة نموذج الجمجمة، تأكد من أن الفتحة تواجه صعودا. انتقل إلى الإعداد، وحدد ZP151 كنوع مادة، وقم بتعيين سمك الطبقة إلى 1 ملليمتر.تحقق من تعويض التسييل، وتأكد. بعد ذلك، انقر فوق "إنشاء"، ثم اترك كافة الإعدادات كما هو محدد مسبقاً. وأخيراً، تحقق من حالة الطابعة، وانقر على طباعة.بعد الانتهاء من الطباعة، فك النموذج عن طريق إزالة مسحوق فضفاضة بعناية مع مكنسة كهربائية. من المهم عدم الاتصال مباشرة النموذج مع أنبوب الشفط لمنع الهياكل رقيقة من تفكك. قم بإزالة النموذج، وانظفه عن طريق تطبيق الهواء المضغوط بعناية، بالإضافة إلى تنظيفه بفرشاة ناعمة.في هذه الحالة، النموذج لا يزال هشا جدا. لزيادة الاستقرار وحالة اللون، وضع النموذج داخل حوض بلاستيكية، والتسلل إليه مع حل تصلب. يجب إزالة حل الفائض مع الهواء المضغوط للحفاظ على جميع التفاصيل السطحية الحفاظ عليها.السماح للشيف نموذج لعدة ساعات حتى يجف تماما. تم إنشاء مختلف مطبوعات 3D متعددة الألوان من المرضى الذين يعانون من chondrosarcoma. تسمح تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة الألوان بدمج جوانب تشريحية مختلفة مثل بنيات الأنسجة العظمية واللينة، كل منها مشتق من طرائق تصوير مختلفة، يتم دمجها في كائن واحد.في إعداد المحاكاة الجراحية ، أظهرت المواد الجصية للطباعة متعددة الألوان خصائص تشبه العظام ويمكن حفرها وتقطع بسهولة. كما توفر هذه التقنية إمكانية تلوين البنية الداخلية للكائن، مثل الشريان السباتي الداخلي الذي يمر عبر الورم. عن طريق إزالة طبقات من الورم مع الحفر، يتم الكشف عن الشريان الأحمر أثناء المحاكاة الجراحية.لإثبات دقة هذه التقنية، تم مسح النماذج ثلاثية الأبعاد ضوئيًا في الطبوغراف المحوسب. تم فرض النماذج التي تم إنشاؤها للطباعة على هذه الفحوصات. تم إنشاء تعيين الانحراف، وتم تحديد الدقة في 50 نقطة سطحية تم اختيارها عشوائيًا.إن انحراف متوسط 21 ميكرون يوضح مدى توافق الطباعة ثلاثية الأبعاد مقارنة بالبيانات الأصلية. وقد تبين كيفية الجمع بين مختلف طرائق التصوير السريري في واحدة متعددة الألوان 3D الطباعة. وعلاوة على ذلك، تم عرض تعديل سير العمل القياسي للطباعة ثلاثية الأبعاد للسماح بإنتاج نماذج ملونة بحجمية.بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الدقة المتداخلة للمطبوعات ثلاثية الأبعاد مقارنة ببيانات التصوير الأصلية دقة عالية. في الختام ، تسمح هذه النماذج الملونة بالكامل بالمحاكاة الجراحية للحالات حتى المعقدة والتشريحية ، مثل الأورام القائمة على الجمجمة ، والتي تم عرضها في سلسلة من دراسات الحالة.

Research

JoVE Journal

Medicine

Intracranial Implantation with Subsequent 3D In Vivo Bioluminescent Imaging of Murine Gliomas

Intracranial Implantation with Subsequent 3D In Vivo Bioluminescent Imaging of Murine Gliomas

زرع داخل القحف مع 3d اللاحقة في فيفو Bioluminescent التصوير الاورام الدبقية الفئران

The mouse glioma 261 (GL261) is recognized as an in vivo model system that recapitulates many of the features of human glioblastoma multiforme (GBM). The ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

رواية عالية الدقة<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; تقنية التصوير لدراسة الاستجابة الديناميكية للمنشآت داخل القحف لنمو الورم والتداوي

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

Optimization of High Grade Glioma Cell Culture from Surgical Specimens for Use in  Clinically Relevant Animal Models and 3D Immunochemistry

تحسين ثقافة خلايا الورم الدبقي عالية الجودة من العينات الجراحية لاستخدامها في النماذج الحيوانية ذات الصلة سريريا والكيمياء المناعية ثلاثية الأبعاد

Glioblastomas, the most common and aggressive form of astrocytoma, are refractory to therapy, and molecularly heterogeneous. The ability to establish cell ...

Creating Anatomically Accurate and Reproducible Intracranial Xenografts of Human Brain Tumors

خلق تشريحيا دقيقة وقابلة للتكرار داخل الجمجمة Xenografts من أورام الدماغ البشري

Orthotopic tumor models are currently the best way to study the characteristics of a tumor type, with and without intervention, in the context of a live ...

The Rabbit Blood-shunt Model for the Study of Acute and Late Sequelae of Subarachnoid Hemorrhage: Technical Aspects

الأرنب نموذج الدم تحويلة لدراسة الحاد وعقابيل في وقت متأخر نزيف تحت العنكبوتية: الجوانب التقنية

Early brain injury and delayed cerebral vasospasm both contribute to unfavorable outcomes after subarachnoid hemorrhage (SAH). Reproducible and ...

A Pipeline for 3D Multimodality Image Integration and Computer-assisted Planning in Epilepsy Surgery

خط أنابيب ل3D Multimodality صورة التكامل وبمساعدة الحاسوب، التخطيط في جراحة الصرع

Epilepsy surgery is challenging and the use of 3D multimodality image integration (3DMMI) to aid presurgical planning is well-established. Multimodality ...

Three-Dimensional Printing of a Complex Aortic Anomaly

الطباعة ثلاثية الأبعاد ليمثل شذوذاً الابهري المعقدة

Complex congenital aortic anomalies include diverse types of malformations that may be clinically asymptomatic or present with respiratory or esophageal ...

Combining Augmented Reality and 3D Printing to Display Patient Models on a Smartphone

الجمع بين الواقع المعزز والطباعة ثلاثية الابعاد لعرض نماذج المريض علي الهاتف الذكي

Augmented reality (AR) has great potential in education, training, and surgical guidance in the medical field. Its combination with three-dimensional (3D) ...

3D Planning and Printing of Patient Specific Implants for Reconstruction of Bony Defects

3D التخطيط والطباعة من زرع المريض محددة لإعادة بناء العيوب بوني

We are in the midst of the 3D era in most aspects of life, and especially in medicine. The surgical discipline is one of the major players in the medical ...

Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants

علاج تشوهات الوجه باستخدام التخطيط ثلاثي الأبعاد وطباعة الغرسات الخاصة بالمريض

Technological advancements in surgical planning and patient-specific implants are constantly evolving. One can either adopt the technology to achieve ...