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

Esta publicação foi apoiada pela Fundação Alemã do Coração/Fundação Alemã de Pesquisa do Coração.

A aprovação ética foi considerada pelo comitê ético da Ludwig-Maximilians-Universität München e foi dispensada, uma vez que os conjuntos de dados radiológicos utilizados neste estudo foram coletados retrospectivamente e totalmente anonimizados.
Consulte as diretrizes de segurança de ressonância magnética do instituto, especialmente no que se refere aos componentes de ventrículo e metal LVAD usados da alça de fluxo.
1. Aquisição de dados
<ol><li>Ante...

<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>

O fluxo de trabalho apresentado permite estabelecer modelos individualizados e, assim, realizar o planejamento da terapia pré-intervencionista, bem como a formação médica em anatomias individualizadas. Para isso, os dados tomográficos específicos do paciente podem ser usados para segmentação e impressão 3D de fantasmas cardiovasculares flexíveis. Com a implementação desses modelos impressos em 3D em uma circulação simulada, diferentes situações clínicas podem ser simuladas realisticamente.
<p class="...

As terapias individualizadas estão ganhando cada vez mais importância na prática clínica moderna. Essencialmente, eles podem ser classificados em dois grupos: abordagens genéticas e morfológicas. Para terapias individualizadas baseadas em DNA pessoal único, seja o sequenciamento do genoma ou a quantificação dos níveis de expressão genética sãonecessários 1. Pode-se encontrar esses métodos na oncologia, por exemplo, ou no tratamento da desordem metabólica2. A morfologia única (ou seja, anatomia) de cada indivíduo desempenha um papel importante na medicina intervencionista, cirúrgica e protética. O desenvolvimento de próteses individualizadas e o planejamento terapêutico pré-intervencionista/operatório representam focos centrais dos grupos de pesquisa hoje3,4,5.
Vindo da produção de protótipos industriais, a impressão 3D é ideal para este campo de medicina personalizada6. A impressão 3D é classificada como um método de fabricação aditiva e normalmente baseada em uma deposição camada por camada de material. Atualmente, uma ampla variedade de impressoras 3D com diferentes técnicas de impressão está disponível, possibilitando o processamento de materiais poliméricos, biológicos ou metálicos. Devido ao aumento das velocidades de impressão, bem como à contínua disponibilidade generalizada de impressoras 3D, os custos de fabricação estão se tornando progressivamente mais baratos. Portanto, o uso da impressão 3D para o planejamento pré-intervencional nas rotinas diárias tornou-se economicamente viável7.
O objetivo deste estudo foi estabelecer um método de geração de fantasmas específicos do paciente ou específicos para doenças, utilizáveis no planejamento de terapia individualizada na medicina cardiovascular. Esses fantasmas devem ser compatíveis com métodos comuns de imagem, bem como para diferentes abordagens terapêuticas. Outro objetivo foi o uso das anatomias individualizadas como modelos de formação para médicos.

<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

Intervenções baseadas em cateter são opções de tratamento padrão para patologias cardiovasculares. Portanto, modelos específicos do paciente podem ajudar a treinar as habilidades de fio dos médicos, bem como melhorar o planejamento de procedimentos intervencionais. O objetivo deste estudo foi desenvolver um processo de fabricação de modelos impressos em 3D específicos do paciente para intervenções cardiovasculares.
Para criar um fantasma elástico impresso em 3D, diferentes materiais de impressão 3D foram comparados com tecidos biológicos suínos (ou seja, tecido aórtico) em termos de características mecânicas. Foi selecionado um material de montagem com base em testes comparativos de tração e espessuras específicas do material. Os conjuntos de dados ct-aprimorados por contraste anonimizados foram coletados retrospectivamente. Os modelos volumosos específicos do paciente foram extraídos desses conjuntos de dados e, posteriormente, impressos em 3D. Um laço de fluxo pulsante foi construído para simular o fluxo sanguíneo intraluminal durante as intervenções. A adequação dos modelos para imagem clínica foi avaliada por imagem de raio-x, tomografia computadorizada, 4D-MRI e (Doppler). O meio de contraste foi utilizado para aumentar a visibilidade em imagens baseadas em raios-X. Diferentes técnicas de cateterismo foram aplicadas para avaliar os fantasmas impressos em 3D na formação de médicos, bem como para o planejamento da terapia pré-intervencional.
Os modelos impressos apresentaram alta resolução de impressão (~30 μm) e as propriedades mecânicas do material escolhido foram comparáveis à biomecânica fisiológica. Os modelos físicos e digitais apresentaram alta precisão anatômica quando comparados com o conjunto de dados radiológicos subjacentes. Os modelos impressos foram adequados para imagens ultrassônicas, bem como raios-x padrão. A ultrassonografia doppler e a ressonância magnética 4D-mri apresentaram padrões de fluxo e características de marco (ou seja, turbulência, estresse de cisalhamento de parede) combinando dados nativos. Em um ambiente de laboratório baseado em cateter, fantasmas específicos do paciente eram fáceis de cateterizar. O planejamento terapêutico e o treinamento de procedimentos intervencionais em anatomias desafiadoras (por exemplo, doença cardíaca congênita (ACS)) foram possíveis.
Os fantasmas cardiovasculares específicos do paciente flexíveis foram impressos em 3D, e a aplicação de técnicas de imagem clínica comum foi possível. Este novo processo é ideal como uma ferramenta de treinamento para intervenções à base de cateter (eletrofisiológicas) e pode ser usado no planejamento terapêutico específico do paciente.

Os resultados representativos descritos se concentram em algumas estruturas cardiovasculares comumente utilizadas em configurações de planejamento, treinamento ou teste. Estes foram criados utilizando conjuntos de dados isotrópicos ct com um ST de 1,0 mm e um tamanho voxel de 1,0 mm³. A espessura da parede dos modelos de aneurisma de ao mesmo período foi fixada em 2,5 mm, cumprindo os resultados comparativos dos testes de tração do material de impressão (resistência à tração: ...

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

Aqui apresentamos o desenvolvimento de uma configuração de circulação simulada para avaliação de terapia multimodal, planejamento pré-intervencional e treinamento médico em anatomias cardiovasculares. Com a aplicação de exames tomográficos específicos do paciente, essa configuração é ideal para abordagens terapêuticas, treinamento e educação em medicina individualizada.

Desenvolvimento e Avaliação de Fantasmas Cardiovasculares Impressos em 3D para Planejamento e Treinamento Intervencionista

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

O método apresentado permite a criação de modelos cardiovasculares anatômicos específicos do paciente para testes in vitro, ensino e planejamento de procedimentos. Este método oferece uma abordagem padronizada para criar modelos anatômicos individualizados 3D com base em conjuntos de dados radiológicos que podem ser facilmente incluídos em loops de fluxo ou configurações de treinamento. Embora essa abordagem de modelagem esteja focada no sistema cardiovascular, ela pode ser transferida para outras estruturas anatômicas.A qualidade do conjunto de dados radiológicos tem grande influência nas dificuldades encontradas durante a modelagem. Para os primeiros modelos, use um conjunto de dados com artefatos de movimento mínimo e uma alta resolução espacial. Para começar, defina uma gama de valores unitários hounsfield abrindo a ferramenta de limiar, resultando em uma máscara combinada do contraste aumentado volume sanguíneo e estruturas ósseas.Remova todas as partes ósseas que são indesejáveis no modelo 3D final usando a ferramenta Split Mask, que permite a marcação e separação de várias áreas em fatias gerais com base nos valores e localização de Hounsfield. Após esta separação, certifique-se de que uma máscara contendo o contraste aumenta o volume sanguíneo permanece. Isso pode ser feito percorrendo os planos coronal e axial e combinando a máscara criada com o conjunto de dados subjacente.A partir desta máscara, calcule um modelo de superfície de polígono 3D renderizado. Clique na ferramenta Desválida Local para ajustar a superfície do modelo segmentado manualmente e localmente. Concentre-se na remoção de formas de polígonos ásperos, picos únicos e bordas ásperas criadas por operações de corte anteriores.Para permitir a conexão posterior do modelo a um laço de fluxo, inclua peças tubulares com diâmetros definidos ajustados aos conectores de mangueira disponíveis e diâmetros do tubo. Para colocar um plano datum paralelo à seção transversal de abertura das embarcações, selecione a ferramenta, Crie o Plano Datum e use o plano de 3 pontos pré-definido. Em seguida, clique em três pontos igualmente espaçados na seção transversal da nave para criar o plano.Insira um deslocamento de 10 milímetros na janela de comando e confirme a operação. Selecione a ferramenta de desenho do menu e escolha o plano datum criado anteriormente como a localização do esboço. No esboço, coloque um círculo aproximadamente na linha central do vaso e defina a restrição do raio para combinar com o diâmetro externo do conector da mangueira.A partir do esboço criado, use a ferramenta Extrude para criar um cilindro com um comprimento de 10 milímetros. Oriente a extrusão para se afastar da abertura do vaso para criar uma distância entre o cilindro e a seção transversal do vaso de 10 milímetros. Em seguida, use a ferramenta Loft para criar uma conexão entre o final do vaso e o cilindro geométrico definido.Garanta uma transição suave entre as duas seções transversais, evitando assim turbulência e áreas de baixo fluxo no modelo final de fluxo 3D. Finalmente, use a ferramenta Hollow para fazer um espaço de sangue oco na janela de comando, e coloque a espessura necessária da parede e coloque a direção do processo de oco para se mover para fora. Confirme a seleção para executar o processo de oco.Depois de carregar o arquivo de impressão do software de corte para a impressora 3D, certifique-se de que a quantidade de material de impressão e material de suporte nos cartuchos da impressora seja suficiente para o modelo 3D e inicie a impressão. Após o processo de impressão, remova o material de suporte do modelo acabado. Primeiro, remova o material de suporte manualmente apertando suavemente o modelo.Coloque o modelo na pia e, em seguida, mergulhe-o em água ou um respectivo solvente após a remoção da tampa. Seque o modelo em uma incubadora a 40 graus Celsius durante a noite. No dia seguinte, incorpore o modelo em 1%de ágar.Use uma caixa de plástico com margens laterais de pelo menos dois centímetros ao redor do modelo e faça furos nas paredes para permitir que os tubos sejam conectados dos vasos à bomba e ao reservatório. Adicione o ágar à água e deixe ferver. Depois de mexer a mistura, deixe esfriar por cinco minutos e despeje-a na caixa para criar uma cama de pelo menos dois centímetros de altura.Enquanto a cama de ágar se instala, conecte o modelo a um tubo de PVC não compatível usando conectores comerciais de mangueira em cada abertura. Use laços zip para corrigir a conexão entre os conectores da mangueira e o modelo 3D e garantir que não haja vazamento de fluido. Guie os tubos de PVC através dos furos perfurados na caixa e coloque o modelo em cima da cama de ágar.Para evitar que o ágar vaze desses orifícios, use argila de modelagem à prova de calor para selá-la. Em seguida, encha a caixa com ágar e cubra o modelo adicionando uma camada de dois centímetros em cima. Deixe o ágar esfriar totalmente e definir para uma hora em temperatura ambiente.Agitar o ventrículo usando uma bomba de pistão com um volume de traçado de 120 a 150 mililitros. Para a imagem da tomografia computadorizada, coloque toda a alça de fluxo dentro do scanner de tomografia com a unidade de acionamento de prontidão. Conecte a bomba do agente de contraste diretamente ao reservatório da alça de fluxo para que a inundação do modelo com o agente de contraste possa ser simulada durante a varredura.Isso é especialmente útil para visualizar patologias vasculares. Realize a tomografia computadorizada como uma varredura dinâmica sobre todo o modelo para visualizar o fluxo do agente de contraste. Injete 100 mililitros de um a 10 agentes de contraste diluídos no reservatório do modelo a uma velocidade de quatro mililitros por segundo.Inicie a varredura usando bolus que aciona no tubo líder com um limiar de unidade Hounsfield de 100 em um atraso de quatro segundos. Para realizar a sonografia, coloque uma pequena quantidade de gel ultrassônico em cima do bloco de ágar para reduzir artefatos. Inicie a bomba e use a cabeça ultrassônica para localizar a estrutura anatômica de interesse.Use o modo eco 2D para avaliar o movimento do folheto, bem como o comportamento de abertura e fechamento da válvula. Use doppler colorido para avaliar o fluxo sanguíneo através da válvula e doppler espectral para quantificar a velocidade de fluxo seguindo a válvula cardíaca. Insira uma porta de acesso no tubo de PVC diretamente abaixo do modelo 3D para permitir um acesso mais fácil da anatomia com um cateter cardíaco ou fio-guia.Depois de iniciar o loop de fluxo, verifique se há vazamento no ponto de entrada do porto. Se necessário, use um adesivo de dois componentes para selar a abertura. Coloque o modelo 3D na mesa do paciente sob os braços C da máquina de raio-x.Use imagens de raio-x para guiar o cateter e guiar os fios através da estrutura anatômica. Para ressonância magnética 4D, use um scanner 1.5 Tesla e certifique-se de que o protocolo de aquisição consiste em uma MRA aprimorada sem contraste na sequência de fluxo 4D. Adquira um conjunto de dados isotrópico com 25 fases em uma espessura de fatia de 1,2 milímetros.Defina a codificação de velocidade a 100 centímetros por segundo. Realize a análise de imagem de fluxo 4D com um software comercialmente disponível. Primeiro, importe o conjunto de dados de ressonância magnética 4D selecionando-o na unidade flash e, em seguida, execute correção de deslocamento semi-automatizada e correção de aliasing para melhorar a qualidade da imagem.A linha central da nave será rastreada automaticamente, e o software extrai o volume 3D. Por fim, realize a análise quantitativa dos parâmetros de fluxo clicando nas guias individuais na janela de análise. Visualização de fluxo, visualização da linha de caminhos e vetor de fluxo podem ser visualizados sem maiores entradas.Para quantificação da pressão e do estresse da tesoura da parede na guia representativa, coloque dois planos clicando no botão Adicionar plano. Mova os aviões para o ROI arrastando-os ao longo da linha central para que um avião seja colocado no início do ROI e outro no final. A queda de pressão através do ROI e do estresse da tesoura da parede será visualizada e quantificada no diagrama ao lado do modelo 3D.Os modelos impressos 3D apresentados oferecem uma ampla gama de possibilidades em imagens de tomografia computadorizada. O material impresso pode ser facilmente distinguido do ágar circundante e possíveis implantes metálicos. Portanto, o uso de um agente de contraste normalmente não é necessário, exceto para gerar sequências dinâmicas de imagem.Ao usar imagens ultrassônicas, é possível distinguir entre a parede do modelo, o ágar circundante e objetos dinâmicos finos como folhetos de válvulas cardíacas. A camada de ágar em cima do modelo fornece feedback háptico realista durante o processo de digitalização. A análise de fluxo dentro do loop de fluxo oferece uma ampla gama de possíveis aplicações e imagens pré-intervencionais.A sequência de ressonância magnética 4D permite a visualização do fluxo de fluidos, turbulências e estresse da cisalhamento da parede dentro do modelo impresso em 3D, possibilitando a análise dos padrões de fluxo seguindo válvulas cardíacas artificiais. Este fluxo de trabalho pode ser transferido para diferentes procedimentos médicos intervencionais para fins de treinamento ou planejamento. A técnica permite um exame in vitro mais aprofundado do comportamento de fluxo em grandes vasos cardiovasculares e oferece grande potencial para o planejamento da terapia individualizada.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Renal Capsule xeno e subcutânea Pellet Implantação de Avaliação de próstata Carcinogênese e hiperplasia benigna da próstata

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

Medicina

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

Induzir miointimais Hiperplasia Versus aterosclerose em camundongos: uma introdução de dois modelos válidos

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

A Multicenter MRI Protocolo para a Avaliação e Quantificação de Trombose Venosa Profunda

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

Fixação pulmonar pressão constante para avaliação de enfisema em camundongos

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

Ressecção da Primeira Costela Transaxilar para Tratamento da Síndrome do Desfiladeiro Torácico

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

Avaliação Hemodinâmica Invasiva para o Sistema Ventricular Direito e hipertensão arterial pulmonar induzida por hipóxia em camundongos

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

Nova abordagem percutânea para implantação de implantes de estenose coronária impressa 3D em modelos suínos de doença cardíaca isquêmica

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

Entrega direta de medicamentos ao rim através da artéria renal

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

Procedimento Diagnóstico Intervencionista: Um Guia Prático para a Avaliação da Função Vascular Coronária

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