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 publikasjonen ble støttet av German Heart Foundation/German Foundation of Heart Research.

Etisk godkjenning ble vurdert av den etiske komiteen til Ludwig-Maximilians-Universität München og ble frafalt gitt at de radiologiske datasettene som ble brukt i denne studien, i ettertid ble samlet inn og fullstendig anonymisert.
Se instituttets retningslinjer for MR-sikkerhet, spesielt når det gjelder de brukte LVAD-ventrikelen og metallkomponentene i strømningssløyfen.
1. Datainnsamling
<ol><li>Før du lager de anatomiske fantomene, velg et passende radio...

<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 presenterte arbeidsflyten gjør det mulig å etablere individualiserte modeller og dermed utføre preintervensjonell terapiplanlegging, samt legeopplæring på individualiserte anatomier. For å oppnå dette kan pasientspesifikke tomografiske data brukes til segmentering og 3D-utskrift av fleksible kardiovaskulære fantomer. Ved implementering av disse 3D-trykte modellene i en mock sirkulasjon, kan ulike kliniske situasjoner realistisk simuleres.
I dag fokuserer mange terapiplanleggingspro...

Individualiserte terapier får økende betydning i moderne klinisk praksis. I hovedsak kan de klassifiseres i to grupper: genetiske og morfologiske tilnærminger. For individualiserte terapier basert på unikt personlig DNA, er enten genomsekvensering eller kvantifisering av genuttrykksnivåer nødvendig1. Man kan finne disse metodene i onkologi, for eksempel, eller i metabolsk lidelse behandling2. Den unike morfologien (dvs. anatomi) til hvert individ spiller en viktig rolle i intervensjons-, kirurgisk og protesemedisin. Utviklingen av individualiserte proteser og preintervensjonell/-operativ terapiplanlegging representerer sentrale fokuser på forskningsgrupper i dag3,4,5.
3D-printing kommer fra industriell prototypeproduksjon, og er ideell for dette feltet av personlig medisin6. 3D-printing er klassifisert som en additiv tilvirkningsmetode og normalt basert på en lag-for-lag-avsetning av materiale. I dag er et bredt utvalg av 3D-skrivere med forskjellige utskriftsteknikker tilgjengelig, noe som muliggjør behandling av polymere, biologiske eller metalliske materialer. På grunn av økende utskriftshastigheter og kontinuerlig utbredt tilgjengelighet av 3D-skrivere, blir produksjonskostnadene gradvis billigere. Derfor har bruken av 3D-printing for pre-intervensjonell planlegging i daglige rutiner blitt økonomisk mulig7.
Målet med denne studien var å etablere en metode for å generere pasientspesifikke eller sykdomsspesifikke fantomer, som kan brukes til individualisert terapiplanlegging i kardiovaskulær medisin. Disse fantomene skal være kompatible med vanlige avbildningsmetoder, så vel som for forskjellige terapeutiske tilnærminger. Et annet mål var bruk av individualiserte anatomier som treningsmodeller for leger.

<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

Kateterbaserte intervensjoner er standard behandlingsalternativer for kardiovaskulære patologier. Derfor kan pasientspesifikke modeller bidra til å trene legers trådferdigheter samt forbedre planleggingen av intervensjonsprosedyrer. Målet med denne studien var å utvikle en produksjonsprosess av pasientspesifikke 3D-trykte modeller for kardiovaskulære intervensjoner.
For å lage et 3D-trykt elastisk fantom ble forskjellige 3D-printing materialer sammenlignet med porcin biologisk vev (dvs. aortavev) når det gjelder mekaniske egenskaper. Et passende materiale ble valgt basert på komparative strekkprøver og spesifikke materialtykkelser ble definert. Anonymiserte kontrastforbedrede CT-datasett ble samlet inn i ettertid. Pasientspesifikke volumetriske modeller ble hentet fra disse datasettene og deretter 3D-trykt. En pulsatile strømningssløyfe ble konstruert for å simulere den intraluminale blodstrømmen under intervensjoner. Modellenes egnethet for klinisk avbildning ble vurdert ved røntgenavbildning, CT, 4D-MR og (Doppler) ultrasonografi. Kontrastmedium ble brukt til å forbedre synligheten i røntgenbasert bildebehandling. Ulike kateteriseringsteknikker ble brukt for å evaluere 3D-trykte fantomer i legers trening samt for preintervensjonell terapiplanlegging.
Trykte modeller viste høy utskriftsoppløsning (~ 30 μm) og mekaniske egenskaper til det valgte materialet var sammenlignbare med fysiologisk biomekanikk. Fysiske og digitale modeller viste høy anatomisk nøyaktighet sammenlignet med det underliggende radiologiske datasettet. Trykte modeller var egnet for ultralydavbildning så vel som standard røntgenstråler. Doppler ultrasonografi og 4D-MR viste strømningsmønstre og landemerkeegenskaper (dvs. turbulens, veggskjærstress) som samsvarer med innfødte data. I et kateterbasert laboratoriemiljø var pasientspesifikke fantomer enkle å katetrere. Terapiplanlegging og opplæring av intervensjonsprosedyrer på utfordrende anatomier (f.eks. medfødt hjertesykdom (CHD)) var mulig.
Fleksible pasientspesifikke kardiovaskulære fantomer ble 3D-trykt, og anvendelsen av vanlige kliniske avbildningsteknikker var mulig. Denne nye prosessen er ideell som et treningsverktøy for kateterbaserte (elektrofysiologiske) intervensjoner og kan brukes i pasientspesifikk terapiplanlegging.

De beskrevne representative resultatene fokuserer på noen få kardiovaskulære strukturer som vanligvis brukes i planleggings-, opplærings- eller testinnstillinger. Disse ble opprettet ved hjelp av isotrope CT-datasett med en ST på 1,0 mm og en voxelstørrelse på 1,0 mm³. Aortaaneurismemodellens veggtykkelse ble satt til 2,5 mm i samsvar med komparative strekktestresultater av utskriftsmaterialet (strekkfasthet: 0,62 ± 0,01 N/mm2; Fmaks:1. 55 ± 0,02 N; forleng...

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 presenterer vi utvikling av et mock sirkulasjonsoppsett for multimodal terapievaluering, preintervensjonell planlegging og legeopplæring på kardiovaskulære anatomier. Med anvendelsen av pasientspesifikke tomografiske skanninger er dette oppsettet ideelt for terapeutiske tilnærminger, opplæring og utdanning i individualisert medisin.

Utvikling og evaluering av 3D-trykte kardiovaskulære fantomer for intervensjonsplanlegging og opplæring

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

Den presenterte metoden gjør det mulig å lage pasientspesifikke anatomiske kardiovaskulære modeller for in vitro-testing, undervisning og planlegging av prosedyrer. Denne metoden gir en standardisert tilnærming til å lage 3D-utskrivbare individualiserte anatomiske modeller basert på radiologiske datasett som enkelt kan inkluderes i strømningssløyfer eller treningsoppsett. Mens denne modelleringsmetoden er fokusert på kardiovaskulærsystemet, kan den overføres til andre anatomiske strukturer.Kvaliteten på det radiologiske datasettet har stor innflytelse på vanskelighetene som oppstår under modellering. For de første modellene bruker du et datasett med minimal bevegelsesartefakter og høy romlig oppløsning. Til å begynne med definerer du en rekke Hounsfield-enhetsverdier ved å åpne terskelverktøyet, noe som resulterer i en kombinert maske av kontrasten forbedret blodvolum og beinstrukturer.Fjern alle bendeler som er uønskede i den endelige 3D-modellen ved hjelp av Split Mask-verktøyet, som muliggjør merking og separasjon av flere områder i samlede skiver basert på Hounsfield-verdier og plassering. Etter denne separasjonen må du sørge for at en maske som inneholder kontrasten forbedret blodvolumet forblir. Dette kan gjøres ved å bla gjennom korona- og aksialplanene og matche den opprettede masken med det underliggende datasettet.Beregn en gjengitt 3D-polygonoverflatemodell fra denne masken. Klikk verktøyet lokal utjevning for å justere overflaten på den segmenterte modellen manuelt og lokalt. Fokuser på å fjerne grove polygonformer, enkelttopper og grove kanter som ble opprettet av tidligere trimmingsoperasjoner.For å tillate senere tilkobling av modellen til en strømningssløyfe, inkluder rørformede deler med definerte diametre justert til tilgjengelige slangekontakter og rørdiametre. Hvis du vil plassere et datumplan parallelt med åpningstrsnittet på fartøyene, velger du verktøyet Opprett datumplan og bruker det forhåndsinnstilte 3-punktsplanet. Deretter klikker du på tre like avstandspunkter på fartøyets tverrsnitt for å lage flyet.Skriv inn en forskyvning på 10 millimeter i kommandovinduet og bekreft operasjonen. Velg tegneskisseverktøyet på menyen, og velg det tidligere opprettede datoplanet som plassering for skissen. I skissen plasserer du en sirkel omtrent på midtlinjen på fartøyet og angir radiusbegrensningen slik at den samsvarer med den ytre diameteren på slangekontakten.Fra den opprettede skissen bruker du Ekstrude-verktøyet til å lage en sylinder med en lengde på 10 millimeter. Orienter ekstruderingen for å bevege deg bort fra karåpningen for å skape en avstand mellom sylinderen og fartøyets tverrsnitt på 10 millimeter. Bruk deretter Loft-verktøyet til å opprette en forbindelse mellom fartøyets ende og den geometrisk definerte sylinderen.Sikre en jevn overgang mellom de to tverrsnittene, og unngå dermed turbulens og lave strømningsområder i den endelige 3D-strømningsmodellen. Til slutt bruker du Hollow-verktøyet til å lage et hult blodrom i kommandovinduet, og legger den nødvendige veggtykkelsen og angir retningen på uthulingsprosessen for å bevege seg utover. Bekreft valget for å utføre uthulingsprosessen.Når du har lastet opp utskriftsfilen fra skjæreprogramvaren til 3D-skriveren, må du kontrollere at mengden utskriftsmateriale og støttemateriale i skriverens kassetter er tilstrekkelig for 3D-modellen og starte utskriften. Etter utskriftsprosessen fjerner du støttematerialet fra den ferdige modellen. Fjern først støttematerialet manuelt ved å klemme modellen forsiktig.Plasser modellen på vasken, og senk den deretter ned i vann eller et respektive løsningsmiddel etter at du har fjernet dekselet. Tørk modellen i en inkubator satt til 40 grader Celsius over natten. Neste dag bygger du inn modellen i 1 %agar.Bruk en plastboks med minst to centimeter sidemarginer rundt modellen og bor hull i veggene slik at rørene kan kobles fra karene til pumpen og reservoaret. Tilsett agar til vann og kok opp. Etter omrøring av blandingen, la den avkjøles i fem minutter og hell den i esken for å lage en seng på minst to centimeter høyde.Mens agarsengen setter, kobler du modellen til et ikke-kompatibelt PVC-rør ved hjelp av kommersielle slangekontakter ved hver åpning. Bruk glidelåsbånd for å feste forbindelsen mellom slangekontaktene og 3D-modellen og sørg for at det ikke er væskelekkasje. Før PVC-rørene gjennom de borede hullene inn i esken, og plasser deretter modellen på toppen av den innstilte agarsengen.For å unngå at agar lekker ut av disse hullene, bruk varmebestandig modelleringsleire for å forsegle den. Fyll deretter boksen med agar og dekk modellen ved å legge til et to centimeter lag på toppen. La agaren avkjøles helt og stilles inn i en time ved romtemperatur.Agitate ventrikelen ved hjelp av en stempelpumpe med et slagvolum på 120 til 150 milliliter. For CT-avbildning plasserer du hele strømningssløyfen i CT-skanneren med drivenheten stående i nærheten. Koble kontrastmiddelpumpen direkte til reservoaret på strømningssløyfen, slik at oversvømmelsen av modellen med kontrastmiddel kan simuleres under skanning.Dette er spesielt nyttig for visualisering av vaskulære patologier. Utfør CT som en dynamisk skanning over hele modellen for å visualisere kontrastmiddeltilstrømning. Injiser 100 milliliter av ett til ti fortynnet jodkontrastmiddel i modellens reservoar med en hastighet på fire milliliter per sekund.Start skanningen med bolusutløser i det ledende røret med en terskel på 100 Hounsfield-enheter i en forsinkelse på fire sekunder. For å utføre sonografi, legg en liten mengde ultralydgel på toppen av agarblokken for å redusere gjenstander. Start pumpen og bruk ultralydhodet til å finne den anatomiske strukturen av interesse.Bruk 2D ekko modus for å evaluere brosjyre bevegelse samt åpning og lukking oppførsel av ventilen. Bruk farge Doppler til å evaluere blodstrømmen over ventilen og spektral Doppler for å kvantifisere strømningshastigheten etter hjerteklaffen. Sett inn en tilgangsport i PVC-røret rett under 3D-modellen for å gi enklere tilgang til anatomien med et hjertekateter eller ledevaier.Etter at du har startet strømningssløyfen, må du kontrollere om det er lekkasje ved portens inngangspunkt. Bruk om nødvendig et lim med to komponenter til å forsegle åpningen. Plasser 3D-modellen på pasientbordet under C-armene på røntgenmaskinen.Bruk røntgenbilder til å lede kateteret og lede ledningene gjennom den anatomiske strukturen. For 4D MR, bruk en 1,5 Tesla-skanner og sørg for at anskaffelsesprotokollen består av en ikke-kontrastforbedret MRA i 4D-strømningssekvensen. Skaff deg et isotropt datasett med 25 faser i en skivetykkelse på 1,2 millimeter.Angi hastighetskodingen til 100 centimeter per sekund. Utfør bildeanalysen for 4D-flyt med en kommersielt tilgjengelig programvare. Først importerer du 4D MR-datasettet ved å velge det fra flash-stasjonen, og deretter utfører du halvautomatisk korrigering og rettelse av alias for å forbedre bildekvaliteten.Midtlinjen på fartøyet spores automatisk, og programvaren trekker ut 3D-volumet. Til slutt utfører du kvantitativ analyse av flytparametere ved å klikke på de enkelte kategoriene i analysevinduet. Flytvisualisering, banelinjevisualisering og flytvektor kan visualiseres uten ytterligere inndata.For kvantifisering av trykk- og veggskjærspenning i den representative fanen, plasser to plan ved å klikke på Legg til plan-knappen. Flytt planene til avkastningen ved å dra dem langs midtlinjen slik at ett plan plasseres i begynnelsen av avkastningen og ett på slutten. Trykkfallet over ROI- og veggskjærspenningen vil bli visualisert og kvantifisert i diagrammet ved siden av 3D-modellen.De presenterte 3D-trykte modellene gir et bredt spekter av muligheter innen CT-avbildning. Det trykte materialet kan lett skilles fra den omkringliggende agaren og mulige metalliske implantater. Derfor er det vanligvis ikke nødvendig å bruke et kontrastmiddel, bortsett fra å generere dynamiske bildesekvenser.Ved bruk av ultralydavbildning er det mulig å skille mellom modellens vegg, den omkringliggende agaren og tynne dynamiske gjenstander som hjerteklaffbrosjyrer. Agarlaget på toppen av modellen gir realistisk haptisk tilbakemelding under skanneprosessen. Strømningsanalyse i strømningssløyfen gir et bredt spekter av mulige bruksområder og preintervensjonell avbildning.4D MR-sekvens muliggjør visualisering av væskestrøm, turbulenser og veggskjærspenning i den 3D-trykte modellen, noe som gjør det mulig å analysere strømningsmønstre etter kunstige hjerteklaffer. Denne arbeidsflyten kan overføres til ulike intervensjonsmedisinske prosedyrer for opplærings- eller planleggingsformål. Teknikken gir mulighet for en nærmere in vitro undersøkelse av strømningsatferden i store kardiovaskulære kar og gir stort potensial for individualisert terapiplanlegging.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Nedsatt Capsule Xenografting og Subkutan Pellet Implantasjon for bedømmelse av Prostata Karsinogenese 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

Dual-fase Cone-beam CT for å se, Reach, og behandle leverkreft i løpet av Drug avgivende Perler Transarterial Chemo-embolisering

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

Inducing Myointimal Hyperplasi Versus Åreforkalkning i Mus: En introduksjon av 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 multi MRI Protokoll for evaluering og Kvantifisering av dyp 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

Lung fiksering under konstant trykk for evaluering av 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

Transaksillær første ribbeinsreseksjon for behandling av thoraxutløpssyndromet

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 hemodynamisk vurdering for høyre ventrikkel system og hypoksi-indusert pulmonal arteriell hypertensjon 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

Roman Perkutan Tilnærming for distribusjon av 3D trykt koronar Stenose implantater i Swine Modeller av iskemisk hjertesykdom

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 legemiddellevering til nyre via nyrearterien

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

Intervensjonell diagnostisk prosedyre: En praktisk veiledning for vurdering av koronar vaskulær funksjon

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