Name: development and evaluation of 3d-printed cardiovascular phantoms for interventional planning and training
Uploaded: 2021-01-18T14:30:00
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この出版物は、ドイツ心臓財団/ドイツ心臓研究財団によって支援されました。

倫理的承認は、ルードヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘンの倫理委員会によって検討され、この研究で使用された放射線データセットが遡及的に収集され、完全に匿名化されたことを考えると放棄された。
特に、使用されるLVAD心室およびフローループの金属部品に関する研究所のMRI安全ガイドラインを参照してください。
1. データ取得
<ol><li>...

<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>

提示されたワークフローは、個別化モデルを確立し、それによって、個別の解剖学に関する医師の訓練だけでなく、事前介入療法の計画を実行することができます。これを達成するために、患者固有の断層線データは、柔軟な心血管ファントムのセグメンテーションおよび3Dプリントに使用することができる。模擬循環でこれらの3Dプリントモデルを実装することにより、異なる臨床状況を現...

個別化された治療法は、現代の臨床現場でますます重要性を増しています。本質的には、遺伝的アプローチと形態学的アプローチの2つのグループに分類することができます。独自の個人DNAに基づく個別化療法の場合、ゲノムシーケンシングまたは遺伝子発現レベルの定量化のいずれかが必要である 1.1つは、腫瘍学、例えば、代謝障害治療2においてこれらの方法を見つけることができる。各個体の独自の形態(すなわち解剖学)は、介入、外科、補生医療において重要な役割を果たす。個別化プロテスと介入/手術前療法計画の開発は、今日の研究グループの中心的な焦点を表す3,4,5.
工業用プロトタイプ生産から来て、3Dプリンティングは、パーソナライズされた医学のこの分野に最適です 6.3Dプリントは、添加物製造方法として分類され、通常は材料の層ごとの堆積に基づいています。今日では、さまざまな印刷技術を持つ多種多様な3Dプリンタが利用可能であり、ポリマー、生物学的、または金属材料の処理が可能になっています。3Dプリンタの継続的な普及と同様に、印刷速度の向上により、製造コストは徐々に安価になっています。したがって、日常業務における介入前計画のための3Dプリンティングの使用は、経済的に実現可能な7.
本研究の目的は、患者固有または疾患特異的なファントムを生成する方法を確立することであり、心血管医学における個別療法計画で使用できる。これらのファントムは、一般的なイメージング方法と互換性があり、異なる治療アプローチにも適合する必要があります。さらなる目標は、医師のためのトレーニングモデルとして個別の解剖学を使用することであった。

<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

カテーテルベースの介入は、心血管病変の標準的な治療オプションです。したがって、患者固有のモデルは、医師のワイヤースキルの訓練だけでなく、介入手順の計画を改善するのに役立つ可能性があります。本研究の目的は、心血管介入のための患者固有の3Dプリントモデルの製造プロセスを開発することであった。
3Dプリント弾性ファントムを作成するために、異なる3Dプリンティング材料を、機械的特性の点でブタの生物学的組織(すなわち大動脈組織)と比較した。比較引張試験に基づいて継手材料を選択し、特定の材料厚さを定義した。匿名化されたコントラスト強化CTデータセットを遡及的に収集した。患者固有の容積モデルをこれらのデータセットから抽出し、その後3Dプリントした。脈動流ループは、介入中の内流動をシミュレートするために構築された。臨床画像検査に対するモデルの適合性は、X線画像、CT、4D-MRIおよび(ドップラー)超音波検査によって評価された。X線ベースのイメージングで視認性を高めるために、コントラスト媒体を用いた。医師の訓練や介入前の治療計画において、3Dプリントされたファントムを評価するために、異なるカテーテル法が適用された。
印刷モデルは高い印刷解像度(〜30μm)を示し、選択した材料の機械的特性は生理学的バイオメカニクスに匹敵する。物理モデルとデジタルモデルは、基礎となる放射線データセットと比較して高い解剖学的精度を示した。印刷モデルは、超音波画像化だけでなく、標準的なX線に適していました。ドップラー超音波検査と4D-MRIは、ネイティブデータに一致する流れパターンとランドマーク特性(すなわち、乱流、壁せん断応力)を表示しました。カテーテルベースの検査室では、患者固有のファントムはカテーテル化が容易であった。難解性解剖学(先天性心疾患(CHD)など)に対する介入処置の治療計画と訓練が可能であった。
柔軟な患者固有の心血管ファントムを3Dプリントし、一般的な臨床画像技術の適用が可能であった。この新しいプロセスは、カテーテルベースの(電気生理学的)介入のためのトレーニングツールとして理想的であり、患者固有の治療計画に使用することができます。

説明された代表的な結果は、計画、トレーニング、またはテストの設定で一般的に使用されるいくつかの心血管構造に焦点を当てています。これらは、ST 1.0 mm、ボクセルサイズが 1.0 mm³ の等方性 CT データセットを使用して作成されました。大動脈瘤モデルの壁厚さは、印刷材料の比較引張試験結果に準拠した2.5mmに設定されました(引張強度:0.62±0.01 N/mm2;F...

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

ここでは、マルチモーダル療法評価、介入前計画、心血管解剖学に関する医師訓練のための模擬循環セットアップの開発を紹介する。患者固有の断層図スキャンの適用と、このセットアップは、個別化医療における治療アプローチ、トレーニング、および教育に最適です。

介入計画と訓練のための3Dプリント心血管ファントムの開発と評価

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

提示された方法は、処置のインビトロ試験、指導、および計画のための患者固有の解剖学的心血管モデルの作成を可能にする。この方法は、フローループやトレーニング設定に簡単に含めることができる放射線データセットに基づいて、3D印刷可能な個別解剖モデルを作成するための標準化されたアプローチを提供します。このモデリングアプローチは、心血管系に焦点を当てながら、他の解剖学的構造に移すことができる。放射線データセットの品質は、モデリング中に遭遇する困難に大きな影響を与えます。最初のモデルでは、最小限の移動アーティファクトと高い空間解像度を持つデータセットを使用します。まず、閾値ツールを開き、コントラスト強化血液量と骨構造のマスクを組み合わせることによって、ハウンズフィールド単位値の範囲を定義する。[分割マスク]ツールを使用して、最終的な 3D モデルで望ましくないボーン パーツをすべて削除します。この分離後、コントラスト強化血液量を含むマスクが残存することを確認する。これは、コロナ平面と軸平面をスクロールし、作成したマスクを基になるデータセットと一致させることによって行うことができます。このマスクから、レンダリングされた 3D ポリゴン サーフェス モデルを計算します。[ローカル スムージング]ツールをクリックして、セグメント化されたモデルのサーフェスを手動およびローカルに調整します。前のトリミング操作で作成した大まかなポリゴン シェイプ、単一のピーク、粗いエッジの削除に重点を置きます。モデルを後でフロー ループに接続できるようにするには、使用可能なホース コネクタとチューブ直径に合わせて、定義済みの直径を持つ管状部品を含めます。船舶の開口部断面に平行なデータム平面を配置するには、ツール「データム平面を作成」を選択し、プリセットの 3 点平面を使用します。次に、船の断面上の 3 つの等間隔のポイントをクリックして、平面を作成します。コマンド ウィンドウに 10 ミリメートルのオフセットを入力し、操作を確認します。メニューからスケッチを描画ツールを選択し、スケッチの位置として以前に作成したデータム平面を選択します。スケッチで、船舶の中心線に円を配置し、ホース コネクタの外径に合わせて半径拘束を設定します。作成したスケッチから、押し出しツールを使用して、長さが 10 ミリメートルの円柱を作成します。押し出しを方向に向けて、船舶の開口部から離れ、10ミリメートルの円柱と容器の断面間の距離を作成します。次に、ロフトツールを使用して、容器の終わりと幾何学的に定義された円柱との間に接続を作成します。2 つの断面間のスムーズな移行を確保し、最終的な 3D 流れモデルで乱流と低流量領域を回避します。最後に、中空ツールを使用してコマンド ウィンドウに中空の空のスペースを作成し、必要な壁の厚さを入れて、空洞化プロセスの方向を外側に移動するように設定します。空洞化処理を実行する選択を確認します。スライスソフトウェアから3Dプリンタに印刷ファイルをアップロードした後、プリンタのカートリッジの印刷材料とサポート材の量が3Dモデルに十分であることを確認し、印刷を開始します。印刷プロセスに従って、完成したモデルからサポート材料を削除します。まず、モデルを軽く絞ってサポート材を手動で取り外します。モデルをシンクに置き、カバーを取り外した後、水またはそれぞれの溶媒に浸します。一晩摂氏40度に設定されたインキュベーターでモデルを乾燥させます。翌日、モデルを1%寒天に埋め込みます。モデルの周りに少なくとも2センチメートルの側面のマージンを持つプラスチック製の箱を使用し、チューブが容器からポンプと貯水池に接続されるように壁に穴を開けます。水に寒天を加え、沸騰させます。混合物をかき混ぜた後、5分間冷まして箱に注ぎ、少なくとも2センチメートルの高さのベッドを作ります。寒天のベッドがセットしている間、すべての開口部で商業ホースコネクタを使用して非準拠のPVCチューブにモデルを接続します。ジップタイを使用して、ホースコネクタと3Dモデル間の接続を固定し、流体漏れがないことを確認します。PVCチューブを箱の中に穴を開けて、セットの寒天ベッドの上にモデルを置きます。これらの穴から寒天が漏れるのを防ぐには、耐熱モデリング粘土を使用してシールします。次に、ボックスに寒天を塗り、2センチのレイヤーを上に追加してモデルを覆います。寒天を完全に冷やし、室温で1時間セットします。120~150ミリリットルのストローク量のピストンポンプを使用して心室を攪拌します。CTイメージングの場合は、ドライブユニットを近くに置いた状態で、フローループ全体をCTスキャナ内に配置します。造影剤ポンプを流れループのリザーバに直接接続して、モデルの水浸しを造影剤でシミュレートできるようにします。これは血管病理を視覚化するのに特に有用である。モデル全体を動的スキャンして、造影剤の流入を可視化する CT を実行します。毎秒4ミリリットルの速度で、1〜10希釈されたヨウ化した造影剤を100ミリリットルをモデルの貯水池に注入します。4秒の遅延で100ハウンズフィールドユニットのしきい値を持つリーディングチューブでトリガボーラスを使用してスキャンを開始します。ソノグラフィーを行うために、少量の超音波ゲルを寒天ブロックの上に置いて、アーティファクトを減らします。ポンプを起動し、関心の解剖構造を見つけるために、超音波ヘッドを使用しています。2Dエコーモードを使用して、リーフレットの動きとバルブの開閉動作を評価します。色ドップラーを使用して、バルブとスペクトルドップラーを横切る血流を評価し、心臓弁に続く流速を定量化します。3Dモデルの真下にあるPVCチューブにアクセスポートを挿入して、心臓カテーテルまたはガイドワイヤーで解剖学に簡単にアクセスできるようにします。フローループを開始した後、ポートの入口点で漏出がないか確認します。必要に応じて、2つのコンポーネント接着剤を使用して開口部を密封します。X線装置のCアームの下にある患者テーブルに3Dモデルを置きます。X線イメージングを使用して、カテーテルを導き、線を導いて解剖構造を通します。4D MRIの場合、1.5テスラスキャナを使用し、取得プロトコルが4Dフローシーケンスの非コントラスト強化MRAで構成されていることを確認します。スライス厚さ 1.2 ミリメートルの 25 段階の等方性データセットを取得します。速度エンコードを毎秒 100 センチメートルに設定します。市販のソフトウェアを使用して4Dフロー画像解析を実行します。まず、フラッシュドライブから選択して4D MRIデータセットをインポートし、半自動オフセット補正とエイリアシングの補正を実行して画質を向上させます。容器の中心線は自動的にトレースされ、ソフトウェアは3D容積を抽出する。最後に、解析ウィンドウの個々のタブをクリックして、フローパラメータの定量分析を実行します。流れの視覚化、パスラインの視覚化、および流れベクトルは、それ以上の入力なしで視覚化することができる。代表タブで圧力と壁のせん断応力を定量化するには、[平面を追加]ボタンをクリックして 2 つの平面を配置します。1 つの平面が ROI の始点に配置され、1 つの平面が最後に配置されるように、中心線に沿ってドラッグして、平面を ROI に移動します。ROI と壁のせん断応力全体の圧力降下は、3D モデルの隣の図で視覚化および定量化されます。提示された3DプリントモデルはCTイメージ投射の可能性の広い範囲を提供する。印刷された材料は周囲の寒天および可能な金属インプラントから容易に区別することができる。したがって、造影剤の使用は、動的イメージングシーケンスを生成する以外は、通常は必要ありません。超音波イメージングを使用する場合、モデルの壁、周囲の寒天、および心臓弁リーフレットのような薄い動的物体を区別することが可能です。モデルの上の寒天層はスキャンプロセスの間に現実的な触覚フィードバックを提供する。フローループ内のフロー解析は、可能なアプリケーションと事前介入イメージングの広い範囲を提供します。4D MRI シーケンスは、3D プリントモデル内の流体流れ、乱流、壁面せん断応力を可視化し、人工心臓弁に続く流れパターンの解析を可能にします。このワークフローは、トレーニングや計画目的でさまざまな介入医療手順に移行できます。この技術は、大きな心血管の流れの挙動をより近いインビトロ検査を可能にし、個別化された治療計画に大きな可能性を提供する。

Research

JoVE Journal

Medicine

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

前立腺発がんおよび良性前立腺過形成の評価のための腎皮膜異種移植および皮下ペレット移植

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

デュアルフェーズコーンビームコンピュータ断層撮影法は、参照達し、薬剤溶出ビーズ塞栓化学及血塞栓中に肝細胞癌の治療に

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

マウスにおけるアテローム性動脈硬化症に対する筋内膜過形成を誘発する。つの有効なモデルの導入

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

深部静脈血栓症の評価と定量化のための多施設MRIプロトコル

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

マウスにおける気腫の評価に対する一定圧力下での肺固定

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

胸郭出口症候群の治療のための経腋窩第一肋骨切除術

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

マウスにおける右心室系と低酸素誘発性肺動脈高血圧に対する侵襲的血行力学的評価

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

虚血性心疾患の豚モデルにおける3D印刷冠動脈狭窄インプラントの展開のための新規経皮的アプローチ

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

腎動脈を介した腎臓への直接薬物送達

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

介入診断手順:冠状血管機能の評価のための実用的なガイド

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