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

Эта публикация была поддержана Немецким фондом сердца / Немецким фондом исследований сердца.

Этическое одобрение было рассмотрено этическим комитетом Университета Людвига-Максимилиана-Мюнхена и было отменено, учитывая, что наборы радиологических данных, используемые в этом исследовании, были ретроспективно собраны и полностью анонимизированы.
Пожалуйста, оз?...

<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>

Представленный рабочий процесс позволяет устанавливать индивидуализированные модели и тем самым осуществлять прединтервентатное планирование терапии, а также обучение врача по индивидуализированным анатомиям. Для этого специфичные для пациента томографические данные могут быть и...

Индивидуализированная терапия приобретает все большее значение в современной клинической практике. По сути, их можно классифицировать на две группы: генетический и морфологический подходы. Для индивидуализированной терапии, основанной на уникальной личной ДНК, необходимо либо секвенирование генома, либо количественная оценка уровней экспрессии генов1. Эти методы можно найти в онкологии, например, или в лечении метаболических расстройств2. Уникальная морфология (т.е. анатомия) каждого человека играет важную роль в интервенционной, хирургической и протезной медицине. Разработка индивидуализированных протезов и планирование прединтервенционной/оперативной терапии представляют собой центральные направления исследовательских групп сегодня3,4,5.
Исходя из промышленного прототипного производства, 3D-печать идеально подходит для этой области персонализированной медицины6. 3D-печать классифицируется как метод аддитивного производства и обычно основана на послойном осаждении материала. В настоящее время доступно большое разнообразие 3D-принтеров с различными методами печати, позволяющих обрабатывать полимерные, биологические или металлические материалы. Из-за увеличения скорости печати, а также постоянной широкой доступности 3D-принтеров, производственные затраты становятся все менее дорогими. Поэтому использование 3D-печати для прединтервенционального планирования в повседневной жизни стало экономически целесообразным7.
Целью этого исследования было создание метода генерации специфических для пациента или специфических для заболевания фантомов, используемых в индивидуальном планировании терапии в сердечно-сосудистой медицине. Эти фантомы должны быть совместимы с распространенными методами визуализации, а также для различных терапевтических подходов. Еще одной целью было использование индивидуализированных анатомий в качестве обучающих моделей для врачей.

<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

Катетерные вмешательства являются стандартными вариантами лечения сердечно-сосудистых патологий. Таким образом, модели, ориентированные на пациента, могут помочь в обучении навыков врачей, а также улучшить планирование интервенционных процедур. Целью этого исследования была разработка производственного процесса 3D-печатных моделей для сердечно-сосудистых вмешательств для конкретного пациента.
Для создания эластичного фантома, напечатанного на 3D-принтере, различные материалы для 3D-печати сравнивались с биологическими тканями свиней (т.е. тканью аорты) с точки зрения механических характеристик. На основе сравнительных испытаний на растяжение был выбран монтажный материал и определены конкретные толщины материала. Анонимные наборы данных КТ с усилением контраста были собраны ретроспективно. Объемные модели для конкретного пациента были извлечены из этих наборов данных и впоследствии напечатаны на 3D-принтере. Была построена петля пульсирующего потока для имитации внутрипросветного кровотока во время вмешательств. Пригодность моделей для клинической визуализации оценивалась с помощью рентгеновской визуализации, КТ, 4D-МРТ и (допплерографии) УЗИ. Контрастное вещество использовалось для улучшения видимости в рентгеновской визуализации. Различные методы катетеризации применялись для оценки 3D-печатных фантомов в обучении врачей, а также для планирования прединтервентарной терапии.
Печатные модели показали высокое разрешение печати (~30 мкм), а механические свойства выбранного материала были сопоставимы с физиологической биомеханикой. Физические и цифровые модели показали высокую анатомическую точность по сравнению с базовым набором радиологических данных. Печатные модели подходили для ультразвуковой визуализации, а также для стандартных рентгеновских лучей. Допплерография и 4D-МРТ отображали модели потока и ориентировочные характеристики (т.е. турбулентность, напряжение сдвига стенки), соответствующие нативным данным. В лабораторных условиях на основе катетера специфичные для пациента фантомы легко катетеризировать. Было возможно планирование терапии и обучение интервенционным процедурам при сложных анатомиях (например, врожденных пороках сердца (ИБС)).
Гибкие сердечно-сосудистые фантомы, специфичные для пациента, были напечатаны на 3D-принтере, и было возможно применение общих методов клинической визуализации. Этот новый процесс идеально подходит в качестве учебного инструмента для катетерных (электрофизиологических) вмешательств и может использоваться при планировании терапии для конкретного пациента.

Описанные репрезентативные результаты сосредоточены на нескольких сердечно-сосудистых структурах, обычно используемых при планировании, тренировках или тестировании. Они были созданы с использованием изотропных наборов КТ-данных с ST 1,0 мм и размером вокселя 1,0 мм³. ?...

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

Здесь мы представляем разработку макета циркуляционной установки для оценки мультимодальной терапии, прединтервенционального планирования и обучения врача сердечно-сосудистой анатомии. С применением томографического сканирования, специфичного для пациента, эта установка идеально подходит для терапевтических подходов, обучения и обучения в индивидуальной медицине.

Разработка и оценка 3D-печатных сердечно-сосудистых фантомов для интервенционного планирования и обучения

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

Представленный метод позволяет создавать специфические для пациента анатомические сердечно-сосудистые модели для тестирования in vitro, обучения и планирования процедур. Этот метод предлагает стандартизированный подход к созданию 3D-печатных индивидуализированных анатомических моделей на основе наборов радиологических данных, которые могут быть легко включены в контуры потока или обучающие установки. Хотя этот подход к моделированию ориентирован на сердечно-сосудистую систему, он может быть перенесен на другие анатомические структуры.Качество набора радиологических данных оказывает большое влияние на трудности, возникающие при моделировании. Для первых моделей используйте набор данных с минимальными артефактами движения и высоким пространственным разрешением. Для начала определите диапазон значений единиц Хаунсфилда, открыв инструмент порогового значения, в результате чего получается комбинированная маска контраста увеличенного объема крови и костных структур.Удалите все части кости, которые нежелательны в окончательной 3D-модели, с помощью инструмента «Разделенная маска», который позволяет маркировать и разделять несколько областей в общих срезах на основе значений Хаунсфилда и местоположения. После этого разделения убедитесь, что маска, содержащая контраст увеличенный объем крови, остается. Это можно сделать, прокрутив корональную и осевую плоскости и сопоставив созданную маску с базовым набором данных.На 000 можно вычислить визуализированную 3D-полигональная модель поверхности. Щелкните инструмент «Локальное сглаживание», чтобы настроить поверхность сегментированной модели вручную и локально. Сосредоточьтесь на удалении грубых многоугольных фигур, одиночных пиков и шероховатого края, созданных предыдущими операциями обрезки.Чтобы обеспечить последующее подключение модели к проточной петле, включите трубчатые детали с определенными диаметрами, отрегулированные в соответствии с имеющимися соединителями шлангов и диаметрами труб. Чтобы поместить датумную плоскость параллельно открывающейся поперечной сечению сосудов, выберите инструмент «Создать датумную плоскость» и используйте предустановленную 3-точечную плоскость. Затем нажмите на три одинаково расположенные точки на поперечном сечении судна, чтобы создать самолет.Введите смещение 10 миллиметров в командном окне и подтвердите операцию. Выберите инструмент рисования эскиза в меню и выберите ранее созданную датумную плоскость в качестве местоположения эскиза. На эскизе поместите круг примерно на центральную линию сосуда и установите ограничение радиуса в соответствии с внешним диаметром соединителя шланга.Из созданного эскиза используйте инструмент «Экструдировать» для создания цилиндра длиной 10 миллиметров. Ориентируйте экструзию на отход от отверстия сосуда, чтобы создать расстояние между цилиндром и поперечным сечением сосуда в 10 миллиметров. Затем используйте инструмент Loft, чтобы создать связь между окончанием сосуда и геометрически определенным цилиндром.Обеспечьте плавный переход между двумя поперечными сечениями, тем самым избегая турбулентности и областей с низким потоком в окончательной 3D-модели потока. Наконец, используйте инструмент «Полый», чтобы сделать пустое пространство крови в командном окне, и поместите необходимую толщину стенки и задайте направление процесса выдолбления, чтобы двигаться наружу. Подтвердите выбор для выполнения процесса поллоу.После загрузки файла печати из программного обеспечения для нарезки на 3D-принтер убедитесь, что количество печатного материала и вспомогательного материала в картриджах принтера достаточно для 3D-модели, и начните печать. После процесса печати удалите вспомогательный материал из готовой модели. Сначала снимите опорный материал вручную, аккуратно сжав модель.Поместите модель на раковину, а затем после снятия крышки погрузите ее в воду или соответствующий растворитель. Высушите модель в инкубаторе, установленном на 40 градусов цельсия в течение ночи. На следующий день встраиваем модель в 1%агар.Используйте пластиковую коробку с боковыми полями не менее двух сантиметров вокруг модели и просверлите отверстия в стенках, чтобы трубы могли быть соединены с сосудами с насосом и резервуаром. Добавьте агар в воду и доведите до кипения. После перемешивания смеси дайте ей остыть в течение пяти минут и вылейте ее в коробку, чтобы создать ложе высотой не менее двух сантиметров.В то время как агаровая кровать устанавливается, подключите модель к несоответствующей трубе из ПВХ, используя коммерческие разъемы шланга при каждом отверстии. Используйте застежки-молнии, чтобы зафиксировать соединение между разъемами шланга и 3D-моделью и убедиться в отсутствии утечки жидкости. Проведите трубки из ПВХ через просверленные отверстия в коробку, затем поместите модель поверх установленного агарового ложа.Чтобы предотвратить утечку агара из этих отверстий, используйте термостойкую пластилину для его герметизации. Далее заполните коробку агартом и накройте модель, добавив сверху двухсантиметровый слой. Дайте агарову полностью остыть и установите на час комнатную температуру.Перемешивают желудочек с помощью поршневого насоса с тактовой объемом от 120 до 150 миллилитров. Для получения компьютерной томографии поместите весь контур потока в компьютерный томограф с приводным устройством, стоящим рядом. Подключите насос контрастных веществ непосредственно к резервуару контура потока, чтобы во время сканирования можно было имитировать затопление модели контрастным веществом.Это особенно полезно для визуализации сосудистых патологий. Выполните КТ как динамическое сканирование всей модели для визуализации притока контрастных веществ. Впрыскиваем от 100 миллилитров от одного до 10 разбавленного йодированного контрастного вещества в резервуар модели со скоростью четыре миллилитра в секунду.Начните сканирование с помощью болюсного запуска в ведущей трубке с порогом в 100 единиц Хаунсфилда за четырехсекундную задержку. Чтобы выполнить сонографию, наложите небольшое количество ультразвукового геля поверх блока агара, чтобы уменьшить артефакты. Запустите насос и используйте ультразвуковую головку, чтобы найти анатомическую структуру, которая представляет интерес.Используйте режим 2D-эха для оценки движения листовки, а также поведения клапана при открытии и закрытии. Используйте цветной допплер для оценки кровотока через клапан и спектральный допплер для количественной оценки скорости потока после сердечного клапана. Вставьте порт доступа в трубку из ПВХ непосредственно под 3D-моделью, чтобы облегчить доступ к анатомии с помощью сердечного катетера или направляющего провода.После запуска контура потока проверьте наличие утечки в точке входа в порт. При необходимости используйте двухкомпонентный клей для герметизации отверстия. Поместите 3D-модель на стол пациента под кроничками C рентгеновского аппарата.Используйте рентгеновскую визуализацию, чтобы направлять катетер и направлять провода через анатомической структуре. Для 4D-МРТ используйте сканер 1,5 Тесла и убедитесь, что протокол сбора состоит из неконтрастной усиленной MRA в последовательности потока 4D. Получение изотропного набора данных с 25 фазами в срезе толщиной 1,2 миллиметра.Установите кодирование скорости на уровне 100 сантиметров в секунду. Выполняйте анализ 4D-изображений с помощью коммерчески доступного программного обеспечения. Сначала импортируйте набор данных 4D MRI, выбрав его с флешки, затем выполните полуавтоматизированную коррекцию смещения и коррекцию сглаживания для улучшения качества изображения.Центральная линия судна будет автоматически прослежена, и программное обеспечение извлекет 3D-объем. Наконец, выполните количественный анализ параметров потока, щелкнув по отдельным вкладкам в окне анализа. Визуализация потока, визуализация линии контура и вектор потока могут быть визуализированы без дополнительного ввода.Для количественной оценки давления и напряжения сдвига стенки на вкладке репрезентативного размещения двух плоскостей, нажав кнопку «Добавить плоскость». Переместите плоскости к ROI, перетащив их вдоль центральной линии так, чтобы одна плоскость была помещена в начале ROI, а другая в конце. Падение давления через ROI и напряжение сдвига стенки будут визуализированы и количественно оценены на диаграмме рядом с 3D-моделью.Представленные 3D-печатные модели предлагают широкий спектр возможностей в области компьютерной томографии. Печатный материал можно легко отличить от окружающего агара и возможных металлических имплантатов. Поэтому использование контрастного вещества обычно не требуется, за исключением создания динамических последовательностей изображений.При использовании ультразвуковой визуализации можно различить стенку модели, окружающий агар и тонкие динамические объекты, такие как листочки сердечного клапана. Слой агара поверх модели обеспечивает реалистичную тактильную обратную связь во время процесса сканирования. Анализ потока в контуре потока предлагает широкий спектр возможных применений и прединтервентурную визуализацию.Последовательность 4D MRI позволяет визуализировать поток жидкости, турбулентность и напряжение сдвига стенки в 3D-печатной модели, что позволяет анализировать модели потока после искусственных клапанов сердца. Этот рабочий процесс может быть перенесен на различные интервенционные медицинские процедуры для целей обучения или планирования. Методика позволяет более тщательно и глубоко искомознать поведение потока в крупных сердечно-сосудистых сосудах и предлагает большой потенциал для индивидуального планирования терапии.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Почечная капсула ксенотрансплантации и подкожной гранулы Имплантация по оценке простаты канцерогенеза и доброкачественной гиперплазии предстательной железы

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

Склонение Myointimal гиперплазия против атеросклероза у мышей: Введение двух допустимых моделей

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

Многоцентровое МРТ Протокол оценки и количественного определения тромбоза глубоких вен

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

Фиксация легких под постоянным давлением для оценки эмфиземы у мышей

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

Трансаксиллярная резекция первого ребра для лечения синдрома грудного выхода

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

Инвазивная гемодинамическая оценка правой желудочковой системы и гипоксия-индуцированной легочной артериальной гипертензии у мышей

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

Роман Перкутаный подход к развертыванию 3D печатных коронарных стеноз имплантатов в свиней Модели ишемической болезни сердца

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

Прямая доставка лекарств в почки через почечную артерию

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

Интервенционная диагностическая процедура: практическое руководство по оценке функции коронарных сосудов

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