Name: development and evaluation of 3d-printed cardiovascular phantoms for interventional planning and training
Uploaded: 2021-01-18T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training at JoVE.com

Denne publikation blev støttet af Den Tyske Hjertefond/Den Tyske Hjerteforskningsfond.

Etisk godkendelse blev behandlet af Ludwig-Maximilians-Universität Münchens etiske udvalg og blev frafaldet, da de radiologiske datasæt, der blev anvendt i denne undersøgelse, blev indsamlet med tilbagevirkende kraft og fuldt anonymiseret.
Der henvises til instituttets MR-sikkerhedsretningslinjer, især med hensyn til de brugte LVAD-ventrikel- og metalkomponenter i flowløkken.
1. Dataindsamling
<ol><li>Før du opretter de anatomiske fantomer, skal du vælge e...

<ol>
	<li>Goetz, L. H., Schork, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Personalized+medicine:+motivation,+challenges,+and+progress.">Personalized medicine: motivation, challenges, and progress.</a> Fertility and Sterility. 109 (6), 952-963 (2018).</li><li>Gwin, W. R., Disis, M. L., Ruiz-Garcia, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immuno-Oncology+in+the+Era+of+Personalized+Medicine.">Immuno-Oncology in the Era of Personalized Medicine.</a> Advances in Experimental Medicine and Biology. 1168, 117-129 (2019).</li><li>Spetzger, U., Frasca, M., K&#246;nig, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+planning,+manufacturing+and+implantation+of+an+individualized+cervical+fusion+titanium+cage+using+patient-specific+data.">Surgical planning, manufacturing and implantation of an individualized cervical fusion titanium cage using patient-specific data.</a> European Spine Journal. 25 (7), 2239-2246 (2016).</li><li>Gardner, S. J., Kim, J., Chetty, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modern+radiation+therapy+planning+and+delivery.">Modern radiation therapy planning and delivery.</a> Hematology/Oncology Clinics of North America. 33 (6), 947-962 (2019).</li><li>Haglin, J. 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=Patient-specific+orthopaedic+implants.">Patient-specific orthopaedic implants.</a> Orthopaedic surgery. 8 (4), 417-424 (2016).</li><li>Liaw, C. Y., Guvendiren, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+and+emerging+applications+of+3D+printing+in+medicine.">Current and emerging applications of 3D printing in medicine.</a> Biofabrication. 9 (2), 024102 (2017).</li><li>Pugliese, 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=The+clinical+use+of+3D+printing+in+surgery.">The clinical use of 3D printing in surgery.</a> Updates in Surgery. 70 (3), 381-388 (2018).</li><li>Kamalian, S., Lev, M. H., Gupta, R., Masdeu, J. C., Gonzalez, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Clinical Neurology. , 3-20 (2016).</li><li>B&#252;cking, T. 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=From+medical+imaging+data+to+3D+printed+anatomical+models.">From medical imaging data to 3D printed anatomical models.</a> PLoS One. 12 (5), 0178540 (2017).</li><li>Steinberg, E. L., Segev, E., Drexler, M., Ben-Tov, T., Nimrod, S. <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+of+orthopedic+procedures+using+digitalized+software+systems.">Preoperative planning of orthopedic procedures using digitalized software systems.</a> Israel Medical Association Journal. 18 (6), 354-358 (2016).</li><li>Hua, J., Aziz, S., Shum, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+surgical+planning+in+oral+and+maxillofacial+surgery.">Virtual surgical planning in oral and maxillofacial surgery.</a> Oral and Maxillofacial Surgery Clinics of North America. 31 (4), 519-530 (2019).</li><li>Schmauss, D., Haeberle, S., Hagl, C., Sodian, R. <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+in+cardiac+surgery+and+interventional+cardiology:+a+single-centre+experience.">Three-dimensional printing in cardiac surgery and interventional cardiology: a single-centre experience.</a> European Journal of Cardiothoracic Surgery. 47 (6), 1044-1052 (2015).</li><li>Smelt, J. L. 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=Operative+Planning+in+thoracic+surgery:+A+pilot+study+comparing+imaging+techniques+and+three-dimensional+printing.">Operative Planning in thoracic surgery: A pilot study comparing imaging techniques and three-dimensional printing.</a> The Annals of Thoracic Surgery. 107 (2), 401-406 (2019).</li><li>Masaeli, R., Zandsalimi, K., Rasoulianboroujeni, M., Tayebi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+in+three-dimensional+printing+of+bone+substitutes.">Challenges in three-dimensional printing of bone substitutes.</a> Tissue Engineering Part B: Reviews. 25 (5), 387-397 (2019).</li><li>Rafiee, M., Farahani, R. D., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-material+3D+and+4D+printing:+A+survey.">Multi-material 3D and 4D printing: A survey.</a> Advanced Science. 7 (12), 1902307 (2020).</li><li>Wang, 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=Development+and+testing+of+an+ultrasound-compatible+cardiac+phantom+for+interventional+procedure+simulation+using+direct+three-dimensional+printing.">Development and testing of an ultrasound-compatible cardiac phantom for interventional procedure simulation using direct three-dimensional printing.</a> 3D Printing and Additive Manufacturing. 7 (6), 269-278 (2020).</li><li>D'Souza, W. 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=Tissue+mimicking+materials+for+a+multi-imaging+modality+prostate+phantom.">Tissue mimicking materials for a multi-imaging modality prostate phantom.</a> Medical Physics. 28 (4), 688-700 (2001).</li><li>Tejo-Otero, A., Buj-Corral, I., Fenollosa-Art&#233;s, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+in+medicine+for+preoperative+surgical+planning:+A+review.">3D printing in medicine for preoperative surgical planning: A review.</a> Annals of Biomedical Engineering. 48 (2), 536-555 (2020).</li><li>Rotman, O. 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=Realistic+vascular+replicator+for+TAVR+procedures.">Realistic vascular replicator for TAVR procedures.</a> Cardiovascular Engineering and Technology. 9 (3), 339-350 (2018).</li><li>Hussein, N., 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=Hands-on+surgical+simulation+in+congenital+heart+surgery:+Literature+review+and+future+perspective.">Hands-on surgical simulation in congenital heart surgery: Literature review and future perspective.</a> Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery. 32 (1), 98-105 (2020).</li><li>Fedorov, 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=3D+slicer+as+an+image+computing+platform+for+the+quantitative+imaging+network.">3D slicer as an image computing platform for the quantitative imaging network.</a> Magnetic resonance imaging. 30 (9), 1323-1341 (2012).</li><li>Katsura, M., Sato, J., Akahane, M., Kunimatsu, A., Abe, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+and+novel+techniques+for+metal+artifact+reduction+at+ct:+practical+guide+for+radiologists.">Current and novel techniques for metal artifact reduction at ct: practical guide for radiologists.</a> Radiographics. 38 (2), 450-461 (2018).</li><li>P&#233;pin, A., Daouk, J., Bailly, P., Hapdey, S., Meyer, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Management+of+respiratory+motion+in+PET/computed+tomography:+the+state+of+the+art.">Management of respiratory motion in PET/computed tomography: the state of the art.</a> Nuclear Medicine Communications. 35 (2), 113-122 (2014).</li><li>Scott, A. D., Keegan, J., Firmin, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+in+cardiovascular+MR+imaging.">Motion in cardiovascular MR imaging.</a> Radiology. 250 (2), 331-351 (2009).</li></ol>

Den præsenterede arbejdsgang gør det muligt at etablere individualiserede modeller og dermed udføre præ-interventionel terapiplanlægning samt lægeuddannelse i individualiserede anatomier. For at opnå dette kan patientspecifikke tomografiske data bruges til segmentering og 3D-print af fleksible hjerte-kar-fantomer. Ved implementering af disse 3D-printede modeller i en mock omsætning, kan forskellige kliniske situationer realistisk simuleres.
I dag fokuserer mange terapiplanlægningsproc...

Individualiserede behandlinger får stigende betydning i moderne klinisk praksis. I det væsentlige kan de klassificeres i to grupper: genetiske og morfologiske tilgange. For individualiserede behandlinger baseret på unikke personlige DNA, enten genom sekventering eller kvantificering af genekspression niveauer er nødvendig1. Man kan finde disse metoder i onkologi, for eksempel, eller i metabolisk lidelse behandling2. Den unikke morfologi (dvs. anatomi) af hver enkelt spiller en vigtig rolle i interventionel, kirurgisk og protese medicin. Udviklingen af individualiserede proteser og præ-interventionel/operativ terapiplanlægning repræsenterer centrale fokuspunkter for forskningsgrupper i dag3,4,5.
Kommer fra industriel prototype produktion, 3D-print er ideel til dette område af personlig medicin6. 3D-print er klassificeret som en additiv fremstillingsmetode og normalt baseret på en lag-for-lag aflejring af materiale. I dag er en bred vifte af 3D-printere med forskellige udskrivningsteknikker tilgængelige, hvilket muliggør behandling af polymere, biologiske eller metalliske materialer. På grund af stigende udskrivningshastigheder samt den fortsatte udbredte tilgængelighed af 3D-printere bliver produktionsomkostningerne gradvist billigere. Derfor er brugen af 3D-print til præ-interventionel planlægning i daglige rutiner blevet økonomisk mulig7.
Formålet med denne undersøgelse var at etablere en metode til generering af patientspecifikke eller sygdomsspecifikke fantomer, der kan anvendes i individualiseret terapiplanlægning i hjerte-kar-medicin. Disse fantomer bør være kompatible med almindelige billeddannelsesmetoder samt til forskellige terapeutiske tilgange. Et andet mål var brugen af de individualiserede anatomier som træningsmodeller for læger.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3-matic</td>
			<td>Materialise AB</td>
			<td></td>
			<td>Software Version 15.0 - Commercial 3D-Modeling Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Affiniti 50</td>
			<td>Philips Medical Systems GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Ultrasonic Imaging System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agilista W3200</td>
			<td>Keyence Co.</td>
			<td></td>
			<td>Polyjet 3D-Printer with a spatial resolution of 30&#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AR-G1L</td>
			<td>Keyence Co.</td>
			<td></td>
			<td>flexible 3D-Printing material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Artis Zee</td>
			<td>Siemens Healthcare GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Angiographic X-ray Scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cvi42</td>
			<td>CCI Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Software Version 5.12 - 4D Flow Analysis Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diagnostic Catheter, Multipurpose MPA 2</td>
			<td>Cordis, A Cardinal Health company</td>
			<td></td>
			<td>Catheter for pediatric training models, Sizes 4F for infants and 5F for children, young adults</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excor Ventricular Assist Device</td>
			<td>Berlin Heart GmbH</td>
			<td></td>
			<td>80 -100ml stroke volume</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imeron 400 Contrast Agent</td>
			<td>Bracco Imaging</td>
			<td></td>
			<td>CT - Contrast Agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IntroGuide F</td>
			<td>Angiokard Medizintechnik GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Guidewire with J-tip; diameter: 0.035&#34; length: 220cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lunderquist Guidewire</td>
			<td>Cook Medical Inc.</td>
			<td></td>
			<td>(T)EVAR interventional guidewire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MAGNETOM Aera</td>
			<td>Siemens Healthcare GmbH</td>
			<td></td>
			<td>MRI Scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnevist Contrast Agent</td>
			<td>Bayer Vital GmbH</td>
			<td></td>
			<td>MRI - Contrast Agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics</td>
			<td>Materialise AB</td>
			<td></td>
			<td>Software Version 23.0 - Commercial Segmentation Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modeling Studio</td>
			<td>Keyence Co.</td>
			<td></td>
			<td>3D-Printer Slicing Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC tubing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Radifocus Guide Wire M</td>
			<td>Terumo Europe NV</td>
			<td></td>
			<td>Straight guidewire; diameter: 0.035&#34; length: 260cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Really useful box 9L</td>
			<td>Really useful products Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotigarose - Standard Agar</td>
			<td>Carl Roth GmbH</td>
			<td>3810.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solidworks</td>
			<td>Dassault Systemes SE</td>
			<td></td>
			<td>Software Version 2019-2020; CAD Design Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOMATOM Force</td>
			<td>Siemens Healthcare GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Computed Tomography Scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syngo via</td>
			<td>Siemens Healthcare GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Radiological Imaging Software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development and evaluation of 3d-printed cardiovascular phantoms for interventional planning and training

Kateterbaserede interventioner er standardbehandlingsmuligheder for kardiovaskulære patologier. Derfor kan patientspecifikke modeller hjælpe med at uddanne lægers wire-færdigheder samt forbedre planlægningen af interventionelle procedurer. Formålet med denne undersøgelse var at udvikle en fremstillingsproces af patientspecifikke 3D-printede modeller til hjerte-kar-interventioner.
For at skabe et 3D-printet elastisk fantom blev forskellige 3D-printmaterialer sammenlignet med svinebiologisk væv (dvs. aortavæv) med hensyn til mekaniske egenskaber. Et monteringsmateriale blev udvalgt på grundlag af sammenlignende trækprøver, og der blev defineret specifikke materialetykkelser. Anonymiserede kontrastforbedrede CT-datasæt blev indsamlet med tilbagevirkende kraft. Patientspecifikke volumetriske modeller blev udvundet fra disse datasæt og efterfølgende 3D-printet. En pulsatile flow loop blev konstrueret til at simulere den intraluminale blodgennemstrømning under interventioner. Modellernes egnethed til klinisk billeddannelse blev vurderet ved røntgenbilleddannelse, CT, 4D-MR og (Doppler) ultrasonografi. Kontrastmediet blev brugt til at øge synligheden i røntgenbaseret billeddannelse. Forskellige kateteriseringsteknikker blev anvendt til at evaluere de 3D-printede fantomer i lægernes træning samt til præinterventionel terapiplanlægning.
Trykte modeller viste en høj trykopløsning (~ 30 μm) og mekaniske egenskaber af det valgte materiale kunne sammenlignes med fysiologisk biomekanik. Fysiske og digitale modeller viste høj anatomisk nøjagtighed sammenlignet med det underliggende radiologiske datasæt. Trykte modeller var velegnede til ultralydsbilleddannelse samt standard røntgenstråler. Doppler ultrasonografi og 4D-MR-scanning viste flow mønstre og skelsættende egenskaber (dvs turbulens, væg forskydning stress) matcher indfødte data. I et kateterbaseret laboratorieindstilling var patientspecifikke fantomer nemme at kateterisere. Terapiplanlægning og træning af interventionelle procedurer på udfordrende anatomier (f.eks. medfødt hjertesygdom (CHD)) var mulig.
Fleksible patientspecifikke hjerte-kar-fantomer blev 3D-printet, og anvendelsen af fælles kliniske billeddannelsesteknikker var mulig. Denne nye proces er ideel som et træningsredskab til kateterbaserede (elektrofysiologiske) interventioner og kan bruges i patientspecifik terapiplanlægning.

De beskrevne repræsentative resultater fokuserer på et par kardiovaskulære strukturer, der almindeligvis anvendes i planlægnings-, trænings- eller testindstillinger. Disse blev skabt ved hjælp af isotropiske CT-datasæt med en ST på 1,0 mm og en voxel størrelse på 1,0 mm³. Aortaaneurismemodellernes vægtykkelse blev fastsat til 2,5 mm i overensstemmelse med sammenlignende trækprøvningsresultater af trykmaterialet (trækstyrke: 0,62 ± 0,01 N/mm2; Fmaks.: ...

Watch this Scientific Journal Video about Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training at JoVE.com

Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training

Her præsenterer vi udviklingen af en mock circulation setup for multimodal terapi evaluering, præ-interventional planlægning, og læge-uddannelse på hjerte-kar-anatomier. Med anvendelsen af patientspecifikke tomografiske scanninger er denne opsætning ideel til terapeutiske tilgange, træning og uddannelse i individualiseret medicin.

Udvikling og evaluering af 3D-printede hjerte-kar-fantomer til interventionel planlægning og træning

Catheter-based interventions are standard treatment options for cardiovascular pathologies. Therefore, patient-specific models could help training ...

Den præsenterede metode giver mulighed for oprettelse af patientspecifikke anatomiske kardiovaskulære modeller til in vitro-test, undervisning og planlægning af procedurer. Denne metode tilbyder en standardiseret tilgang til at skabe 3D printbare individualiserede anatomiske modeller baseret på radiologiske datasæt, der let kan indgå i flow loops eller træningsopsætninger. Mens denne modellering tilgang er fokuseret på det kardiovaskulære system, det kan overføres til andre anatomiske strukturer.Kvaliteten af det radiologiske datasæt har stor indflydelse på de vanskeligheder, der opstår under modellering. Til de første modeller skal du bruge et datasæt med minimale bevægelsesartefakter og en høj rumlig opløsning. Til at begynde med skal du definere en række Hounsfield-enhedsværdier ved at åbne foræringsværktøjet, hvilket resulterer i en kombineret maske af kontrasten forbedret blodvolumen og knoglestrukturer.Fjern alle knogledele, der er uønskede i den endelige 3D-model, ved hjælp af værktøjet Split Mask, som muliggør markering og adskillelse af flere områder i samlede udsnit baseret på Hounsfield-værdier og placering. Efter denne adskillelse skal du sørge for, at en maske, der indeholder kontrasten, forbedres blodvolumen. Dette kan gøres ved at rulle gennem koronar og aksiale planer og matche den oprettede maske med det underliggende datasæt.Fra denne maske beregnes en gengivet 3D-polygonoverflademodel. Klik på værktøjet Lokal udjævning for at justere overfladen af den segmenterede model manuelt og lokalt. Fokuser på at fjerne grove polygonfigurer, enkelte toppe og ru kanter, der er oprettet af tidligere trimningshandlinger.For at tillade den senere tilslutning af modellen til en flow loop, omfatter rørformede dele med definerede diametre justeret til de tilgængelige slange stik og rørdiametre. Hvis du vil placere et datumplan parallelt med fartøjernes indledende tværsnit, skal du vælge værktøjet Opret Datum-plan og bruge det forudindstillede 3-punktsplan. Klik derefter på tre lige store punkter på fartøjets tværsnit for at oprette flyet.Indtast en forskydning på 10 millimeter i kommandovinduet, og bekræft handlingen. Vælg tegneskitseværktøjet i menuen, og vælg det tidligere oprettede datumplan som placeringen af skitsen. I skitsen skal du placere en cirkel groft på fartøjets midterlinje og indstille radiusbegrænsningen, så den svarer til slangestikkets ydre diameter.Fra den oprettede skitse skal du bruge extrudeværktøjet til at oprette en cylinder med en længde på 10 millimeter. Orient ekstrudering til at bevæge sig væk fra fartøjet åbning for at skabe en afstand mellem cylinderen og fartøjet tværsnit på 10 millimeter. Brug derefter Loft-værktøjet til at skabe en forbindelse mellem karafslutningen og den geometrisk definerede cylinder.Sørg for en jævn overgang mellem de to tværsnit, og undgå dermed turbulens og lavstrømsområder i den endelige 3D-flowmodel. Endelig skal du bruge Hollow-værktøjet til at lave et hult blodrum i kommandovinduet og sætte den nødvendige vægtykkelse og indstille retningen af udhulingsprocessen for at bevæge sig udad. Bekræft markeringen for at udføre udhulingsprocessen.Når du har uploadet udskrivningsfilen fra udskæringssoftwaren til 3D-printeren, skal du sikre dig, at mængden af udskrivningsmateriale og supportmateriale i printerens patroner er tilstrækkelig til 3D-modellen og starte udskriften. Fjern supportmaterialet fra den færdige model efter udskrivningsprocessen. Fjern først støttematerialet manuelt ved forsigtigt at klemme modellen.Placer modellen på vasken, og sænk den derefter i vand eller et respektive opløsningsmiddel efter fjernelse af dækslet. Tør modellen i en inkubator indstillet til 40 grader Celsius natten over. Den næste dag skal du integrere modellen i 1%agar.Brug en plastikkasse med mindst to centimeter sidemargener omkring modellen, og bor huller i væggene, så rørene kan tilsluttes fra karrene til pumpen og reservoiret. Tilsæt agar til vand og bring det i kog. Efter omrøring af blandingen, lad det køle af i fem minutter og hæld den i kassen for at skabe en seng på mindst to centimeter højde.Mens agarsengen sætter, skal du forbinde modellen til et ikke-kompatibelt PVC-rør ved hjælp af kommercielle slangestik ved hver åbning. Brug lynlåsbånd til at rette forbindelsen mellem slangestikket og 3D-modellen og sikre, at der ikke er væskelækage. Før PVC-rørene gennem de borede huller i kassen, og placer derefter modellen oven på den indstillede agarseng.For at forhindre agar lækker fra disse huller, skal du bruge varmebestandig modellering ler til at forsegle det. Fyld derefter kassen med agar og dæk modellen ved at tilføje et to centimeter lag på toppen. Lad agaren køle helt af og indstilles i en time ved stuetemperatur.Agiter ventrikel ved hjælp af et stempel pumpe med et slag volumen på 120 til 150 milliliter. For CT-billedbehandling skal du placere hele flowløkken i CT-scanneren med drevenheden stående i nærheden. Tilslut kontrastmiddelpumpen direkte til strømningsløkkens reservoir, så oversvømmelsen af modellen med kontrastmiddel kan simuleres under scanningen.Dette er især nyttigt til visualisering af vaskulære patologier. Udfør CT som en dynamisk scanning over hele modellen for at visualisere tilstrømningen af kontrastmidler. Indsprøjt 100 milliliter på et til 10 fortyndet jodisk kontrastmiddel i modellens reservoir med en hastighed på fire milliliter i sekundet.Start scanningen ved hjælp af bolus, der udløser i det forreste rør med en tærskel på 100 Hounsfield-enheder i en forsinkelse på fire sekunder. For at udføre sonografi skal du sætte en lille mængde ultralydgel oven på agarblokken for at reducere artefakter. Start pumpen og brug ultralydshovedet til at lokalisere den anatomiske struktur af interesse.Brug 2D-ekkotilstand til at evaluere folderbevægelser samt ventilens åbnings- og lukkeadfærd. Brug farve Doppler til at evaluere blodgennemstrømningen på tværs af ventilen og spektral Doppler at kvantificere strømmen hastighed efter hjerteklap. Indsæt en adgangsport i PVC-røret direkte under 3D-modellen for at give mulighed for lettere adgang til anatomien med et hjertekateter eller styretråd.Når flowløkken er startet, skal du kontrollere, om der er lækage ved indgangen til havnen. Hvis det er nødvendigt, skal du bruge et klæbemiddel med to komponenter til at forsegle åbningen. Placer 3D-modellen på patientbordet under røntgenmaskinens C-arme.Brug røntgenbilleder til at guide kateteret og lede ledninger gennem den anatomiske struktur. Til 4D MR skal du bruge en 1,5 Tesla-scanner og sikre, at anskaffelsesprotokollen består af en ikke-kontrastforbedret MRA i 4D-flowsekvensen. Indshent et isotropisk datasæt med 25 faser i en skivetykkelse på 1,2 millimeter.Indstil hastighedskodningen til 100 centimeter i sekundet. Udfør 4D-flowbilledanalysen med en kommercielt tilgængelig software. Først skal du importere 4D MR-datasættet ved at vælge det fra flashdrevet og derefter udføre semiautomatisk offsetkorrektion og korrektion af aliasing for at forbedre billedkvaliteten.Fartøjets midterlinje spores automatisk, og softwaren udtrækker 3D-volumen. Udfør endelig kvantitativ analyse af flowparametre ved at klikke på de enkelte faner i analysevinduet. Flowvisualisering, kurvelinjevisualisering og flowvektor kan visualiseres uden yderligere input.For kvantificering af tryk og væg forskydning stress i den repræsentative fane, placere to planer ved at klikke på Tilføj Plane knappen. Flyt flyene til investeringsafkast ved at trække dem langs midterlinjen, så et plan placeres i begyndelsen af investeringsafkast og et i slutningen. Trykfaldet på tværs af ROI og væg forskydning stress vil blive visualiseret og kvantificeret i diagrammet ved siden af 3D-modellen.De præsenterede 3D-printede modeller tilbyder en bred vifte af muligheder inden for CT-billeddannelse. Det trykte materiale kan let skelnes fra den omgivende agar og mulige metalimplantater. Derfor er brugen af et kontrastmiddel normalt ikke påkrævet, bortset fra at generere dynamiske billedsekvenser.Når du bruger ultralydsbilleddannelse, er det muligt at skelne mellem modellens væg, den omgivende agar og tynde dynamiske genstande som hjerteklapbrochurer. Agarlaget oven på modellen giver realistisk haptisk feedback under scanningsprocessen. Flowanalyse i flow loop tilbyder en bred vifte af mulige applikationer og præinterventionel billeddannelse.4D MR-sekvens muliggør visualisering af væskestrøm, turbulenser og vægskærebelastning inden for den 3D-printede model, hvilket gør det muligt at analysere flowmønstre efter kunstige hjerteklapper. Denne arbejdsgang kan overføres til forskellige interventionelle medicinske procedurer til uddannelses- eller planlægningsformål. Teknikken giver mulighed for en tættere in vitro undersøgelse af flow adfærd i store kardiovaskulære fartøjer og giver et stort potentiale for individualiseret terapi planlægning.

Research

JoVE Journal

Medicine

Renal Capsule Xenografting and Subcutaneous Pellet Implantation for the Evaluation of Prostate Carcinogenesis and Benign Prostatic Hyperplasia

Renal Capsule Xenografting og subkutane Pellet Implantation for Vurdering af prostata Carcinogenesis og benign prostatahyperplasi

New therapies for two common prostate diseases,  prostate cancer (PrCa) and benign prostatic hyperplasia (BPH), depend  critically on experiments ...

Dual-phase Cone-beam Computed Tomography to See, Reach, and Treat Hepatocellular Carcinoma during Drug-eluting Beads Transarterial Chemo-embolization

The advent of cone-beam computed tomography (CBCT) in the angiography suite has been revolutionary in interventional radiology. CBCT offers 3 ...

Inducing Myointimal Hyperplasia Versus Atherosclerosis in Mice: An Introduction of Two Valid Models

Inducerende myointimal Hyperplasi Versus Åreforkalkning i Mus: En introduktion af to gyldige modeller

Various in vivo laboratory rodent models for the induction of artery stenosis have been established to mimic diseases that include arterial plaque ...

A Multicenter MRI Protocol for the Evaluation and Quantification of Deep Vein Thrombosis

En multicenter MRI-protokollen for Vurdering og kvantificering af dyb venetrombose

We evaluated a magnetic resonance venography (MRV) approach with gadofosveset to quantify total thrombus volume changes as the principal criterion for ...

Lung Fixation under Constant Pressure for Evaluation of Emphysema in Mice

Lunge fiksering under konstant tryk for evaluering af emfysem i mus

Emphysema is a significant feature of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Studies involving an emphysematous mouse model require optimal lung ...

Transaxillary First Rib Resection for Treatment of the Thoracic Outlet Syndrome

Transaxillær første ribbenresektion til behandling af thoraxudløbssyndromet

Thoracic outlet syndrome (TOS) is a common disorder that causes a significant loss of productivity. The transaxillary first rib resection (TFRR) protocol ...

Invasive Hemodynamic Assessment for the Right Ventricular System and Hypoxia-Induced Pulmonary Arterial Hypertension in Mice

Invasiv Hæodynamisk vurdering for det højre ventrikel system og hypoxia-induceret pulmonal arteriel hypertension i mus

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a chronic and severe cardiopulmonary disorder. Mice are a popular animal model used to mimic this disease. ...

Novel Percutaneous Approach for Deployment of 3D Printed Coronary Stenosis Implants in Swine Models of Ischemic Heart Disease

Novel Perkutan tilgang til indsættelse af 3D-trykte koronar stenose implantater i svin Modeller af iskæmisk hjertesygdom

Minimally invasive methods for creating models of focal coronary narrowing in large animals are challenging. Rapid prototyping using three-dimensionally ...

Direct Drug Delivery to Kidney via the Renal Artery

Direkte levering af lægemidler til nyrerne via nyrepulsåren

There is a need for directed injections to enable increased and specific renal exposure for efficient evaluation of drug targets in the renal research ...

Interventional Diagnostic Procedure: A Practical Guide for the Assessment of Coronary Vascular Function

Interventionel diagnostisk procedure: En praktisk vejledning til vurdering af koronar vaskulær funktion

Approximately 40% of patients undergoing invasive coronary angiography for investigation of angina are found to have no obstructive coronary artery ...