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

Denna publikation stöddes av German Heart Foundation/German Foundation of Heart Research.

Etiskt godkännande övervägdes av ludwig-maximilians-universität Münchens etiska kommitté och avstods med tanke på att de radiologiska datamängder som användes i denna studie samlades in retroaktivt och helt anonymiserades.
Se institutets säkerhetsriktlinjer för MRI, särskilt när det gäller de använda LVAD-ventriklarna och metallkomponenterna i flödesslingan.
1. Datainsamling
<ol><li>Innan du skapar anatomiska fantomer, välj en lämplig radiologisk...

<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>

Det presenterade arbetsflödet gör det möjligt att etablera individualiserade modeller och därmed utföra pre-interventional terapi planering, liksom läkarutbildning på individualiserade anatomier. För att uppnå detta kan patientspecifika tomografiska data användas för segmentering och 3D-utskrift av flexibla kardiovaskulära fantomer. Genom implementering av dessa 3D-printade modeller i en falsk cirkulation kan olika kliniska situationer simuleras realistiskt.
Numera fokuserar många...

Individualiserade terapier får allt större betydelse i modern klinisk praxis. I huvudsak kan de klassificeras i två grupper: genetiska och morfologiska metoder. För individualiserade terapier baserade på unikt personligt DNA är antingen genomsekvensering eller kvantifiering av genuttrycksnivåer nödvändig1. Man kan hitta dessa metoder i onkologi, till exempel, eller vid behandling av metabolisk störning2. Varje individs unika morfologi (dvs. anatomi) spelar en viktig roll i interventionell, kirurgisk och protesmedicin. Utvecklingen av individualiserade proteser och pre-interventional/-operative terapi planering representerar centrala fokus för forskargrupper idag3,4,5.
3D-printing kommer från industriell prototypproduktion och är idealisk för detta område av personlig medicin6. 3D-printing klassificeras som en additiv tillverkningsmetod och baseras normalt på en skikt-för-lager-deposition av material. Numera finns ett brett utbud av 3D-skrivare med olika trycktekniker, vilket möjliggör bearbetning av polymera, biologiska eller metalliska material. På grund av ökade utskriftshastigheter och den kontinuerliga utbredda tillgången på 3D-skrivare blir tillverkningskostnaderna gradvis billigare. Därför har användningen av 3D-utskrift för preinterventionell planering i dagliga rutiner blivit ekonomiskt genomförbar7.
Syftet med denna studie var att fastställa en metod för att generera patientspecifika eller sjukdomsspecifika fantomer, som kan användas i individualiserad terapiplanering inom kardiovaskulär medicin. Dessa fantomer bör vara kompatibla med vanliga avbildningsmetoder, liksom för olika terapeutiska metoder. Ett mer ytterligare mål var bruket av individualized anatomies som utbildning modellerar för läkare.

<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

Kateterbaserade interventioner är standardbehandlingsalternativ för kardiovaskulära patologier. Därför kan patientspecifika modeller hjälpa till att utbilda läkares trådfärdigheter samt förbättra planeringen av interventionella förfaranden. Syftet med denna studie var att utveckla en tillverkningsprocess av patientspecifika 3D-printade modeller för kardiovaskulära interventioner.
För att skapa en 3D-printad elastisk fantom jämfördes olika 3D-tryckmaterial med svinbiologiska vävnader (dvs. aortavävnad) när det gäller mekaniska egenskaper. Ett monteringsmaterial valdes ut baserat på jämförande dragprov och specifika materialtjocklekar definierades. Anonymiserade kontrastförbättrade CT-datamängder samlades in retroaktivt. Patientspecifika volymetriska modeller extraherades från dessa datamängder och därefter 3D-printade. En pulsatile flöde loop konstruerades för att simulera intraluminal blodflödet under interventioner. Modellernas lämplighet för klinisk avbildning bedömdes genom röntgenbilder, CT, 4D-MRI och (Doppler) ultrasonography. Kontrastmediet användes för att förbättra sikten vid röntgenbaserad avbildning. Olika kateterisering tekniker tillämpades för att utvärdera 3D-printade fantomer i läkare utbildning samt för pre-interventional terapi planering.
Tryckta modeller visade en hög utskriftsupplösning (~ 30 μm) och mekaniska egenskaper hos det valda materialet var jämförbara med fysiologisk biomekanik. Fysiska och digitala modeller visade hög anatomisk noggrannhet jämfört med den underliggande radiologiska datauppsättningen. Tryckta modeller var lämpliga för ultraljud imaging samt standard röntgenstrålar. Doppler ultrasonography och 4D-MRI visade flöde mönster och landmärke egenskaper (dvs turbulens, väggsjuvning stress) matchande inhemska data. I en kateterbaserad laboratoriemiljö var patientspecifika fantomer lätta att kateterisera. Terapi planering och utbildning av interventionella förfaranden på utmanande anatomier (t.ex. medfödda hjärtsjukdomar (CHD)) var möjligt.
Flexibla patient-specifika kardiovaskulära fantomer var 3D-printade, och tillämpningen av gemensamma kliniska imaging tekniker var möjligt. Denna nya process är idealisk som ett träningsverktyg för kateterbaserade (elektrofysiologiska) interventioner och kan användas i patientspecifik terapiplanering.

De beskrivna representativa resultaten fokuserar på några kardiovaskulära strukturer som ofta används i planerings-, utbildnings- eller testinställningar. Dessa skapades med isotropa CT-datasets med en ST på 1,0 mm och en voxel storlek på 1,0 mm³. De aorta aneurysm modellernas väggtjocklek fastställdes till 2,5 mm överensstämmer med jämförande dragprovningsresultat av tryckmaterialet (draghållfasthet: 0,62 ± 0,01 N/mm2; Fmax:1. 55 ± 0,02 N; Förläng...

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

Här presenterar vi utveckling av en mock cirkulation setup för multimodal terapi utvärdering, pre-interventional planering och läkare-utbildning på kardiovaskulära anatomier. Med tillämpning av patientspecifika tomografiska skanningar är denna inställning idealisk för terapeutiska metoder, utbildning och utbildning i individualiserad medicin.

Utveckling och utvärdering av 3D-printade kardiovaskulära fantomer för interventionell planering och utbildning

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

Den presenterade metoden möjliggör skapandet av patientspecifika anatomiska kardiovaskulära modeller för in vitro-testning, undervisning och planering av förfaranden. Den här metoden erbjuder ett standardiserat tillvägagångssätt för att skapa 3D-utskrivbara individualiserade anatomiska modeller baserade på radiologiska datauppsättningar som enkelt kan inkluderas i flödesslingor eller träningsinställningar. Medan detta modelleringssätt är inriktat på hjärt-kärlsystemet, kan det överföras till andra anatomiska strukturer.Kvaliteten på den radiologiska datamängden har stor inverkan på de svårigheter som uppstår under modellering. För de första modellerna använder du en datauppsättning med minimala rörelseartefakter och hög rumslig upplösning. Börja med att definiera ett intervall av Hounsfield-enhetsvärden genom att öppna tröskelvärdesverktyget vilket resulterar i en kombinerad mask av kontrastförbättrad blodvolym och benstrukturer.Ta bort alla bendelar som inte är önskvärda i den slutliga 3D-modellen med hjälp av split mask-verktyget, vilket möjliggör märkning och separation av flera områden i övergripande segment baserat på Hounsfield-värden och plats. Efter denna separation, se till att en mask som innehåller kontrastförbättrad blodvolym kvarstår. Detta kan göras genom att bläddra igenom koronal- och axiella plan och matcha den skapade masken med den underliggande datauppsättningen.Från den här masken beräknar du en renderad 3D-polygonyta. Klicka på verktyget Lokal utjämning om du vill justera ytan på den segmenterade modellen manuellt och lokalt. Fokusera på att ta bort grova polygonformer, enstaka toppar och grova kanter som skapats av tidigare trimningsoperationer.För att tillåta senare anslutning av modellen till en flödesslinga, inkludera rördelar med definierade diametrar justerade till tillgängliga slangkontakter och rördiametrar. Om du vill placera ett datumplan parallellt med det inledande tvärsnittet av fartygen väljer du verktyget Skapa datumplan och använder det förinställda 3-punktsplanet. Klicka sedan på tre lika fördelade punkter på fartygets tvärsnitt för att skapa planet.Mata in en förskjutning på 10 millimeter i kommandofönstret och bekräfta åtgärden. Välj rita skissverktyget på menyn och välj det tidigare skapade datumplanet som skissens plats. Placera en cirkel ungefär på fartygets mittlinje i skissen och ställ in radiebegränsningen så att den matchar slangkontaktens ytterdiameter.Från den skapade skissen använder du Extrude-verktyget för att skapa en cylinder med en längd av 10 millimeter. Orientera profilen för att flytta bort från kärlets öppning för att skapa ett avstånd mellan cylindern och kärlets tvärsnitt på 10 millimeter. Använd sedan Loft-verktyget för att skapa en anslutning mellan kärlets ände och den geometriskt definierade cylindern.Säkerställ en smidig övergång mellan de två tvärsnitten och undvik därmed turbulens och låga flödesområden i den slutliga 3D-flödesmodellen. Slutligen, använd Hollow-verktyget för att skapa ett ihåligt blodutrymme i kommandofönstret och sätt önskad väggtjocklek och ställ in ihålighetsprocessens riktning för att röra sig utåt. Bekräfta markeringen för att köra urholkande processen.När du har laddat upp utskriftsfilen från skivningsprogrammet till 3D-skrivaren kontrollerar du att mängden utskriftsmaterial och stödmaterial i skrivarens patroner är tillräckligt för 3D-modellen och startar utskriften. Ta bort stödmaterialet från den färdiga modellen efter utskriftsprocessen. Ta först bort stödmaterialet manuellt genom att försiktigt klämma på modellen.Placera modellen på diskbänken och sänk sedan ned den i vatten eller ett respektive lösningsmedel efter att locket har avlägsnats. Torka modellen i en inkubator inställd på 40 grader Celsius över natten. Nästa dag bäddar du in modellen i 1%agar.Använd en plastlåda med minst två centimeters sidomarginaler runt modellen och borra hål i väggarna så att rören kan anslutas från kärlen till pumpen och behållaren. Tillsätt agar till vatten och koka upp det. Efter omrörning av blandningen, låt den svalna i fem minuter och häll den i lådan för att skapa en säng med minst två centimeter höjd.Medan agarbädden är i linje med en agar,ansluter du modellen till ett pvc-rör som inte uppfyller kraven med kommersiella slangkontakter vid varje öppning. Använd dragkedjor för att fixa anslutningen mellan slangkontakterna och 3D-modellen och se till att det inte finns något vätskeläckage. Styr PVC-rören genom de borrade hålen i lådan och placera sedan modellen ovanpå den inställda agarbädden.För att förhindra att agar läcker från dessa hål, använd värmebeständig modelleringslera för att försegla den. Fyll sedan lådan med agar och täck modellen genom att lägga till ett två centimeter lager ovanpå. Låt agaren svalna helt och ställ in i en timme vid rumstemperatur.Omrör ventrikeln med en kolvpump med en slagvolym på 120 till 150 milliliter. För CT-avbildning, placera hela flödesslingan i CT-skannern med drivenheten i närheten. Anslut kontrastmedelspumpen direkt till flödesslingans reservoar så att modellens översvämning med kontrastmedel kan simuleras under skanningen.Detta är särskilt användbart för visualisering av vaskulär patologier. Utför CT som en dynamisk genomsökning över hela modellen för att visualisera inflödet av kontrastmedel. Injicera 100 milliliter av ett till tio utspädda joderade kontrastmedel i modellens reservoar med en hastighet av fyra milliliter per sekund.Starta skanningen med bolusutlösande i det ledande röret med en 100 Hounsfield-enhetströskel på fyra sekunders fördröjning. För att utföra sonography, sätta en liten mängd ultraljud gel ovanpå agar blocket för att minska artefakter. Starta pumpen och använd ultraljud huvudet för att hitta den anatomiska strukturen av intresse.Använd 2D-ekoläge för att utvärdera broschyrens rörelse samt ventilens öppnings- och stängningsbeteende. Använd färg Doppler för att utvärdera blodflödet över ventilen och spektraldopplern för att kvantifiera flödeshastigheten efter hjärtklaffen. Sätt in en åtkomstport i PVC-röret direkt under 3D-modellen för att möjliggöra en enklare åtkomst till anatomin med en hjärtkateter eller guidetråd.När du har startat flödesslingan, kontrollera läckage vid portens ingångspunkt. Använd vid behov ett tvåkomponentlim för att försegla öppningen. Placera 3D-modellen på patientbordet under röntgenmaskinens C-armar.Använd röntgenbilder för att styra katetern och ledaren genom den anatomiska strukturen. För 4D MRT, använd en 1,5 Tesla-skanner och se till att förvärvsprotokollet består av en icke-kontrastförstärd MRA i 4D-flödessekvensen. Förvärva en isotropisk datauppsättning med 25 faser i en skiva tjocklek på 1,2 millimeter.Ställ in hastighetskodningen på 100 centimeter per sekund. Utför 4D-flödesavbildningsanalysen med en kommersiellt tillgänglig programvara. Importera först 4D MRI-datauppsättningen genom att välja den från flashenheten och utför sedan halvautomatisk offsetkorrigering och korrigering av alias för att förbättra bildkvaliteten.Fartygets mittlinje spåras automatiskt och programvaran extraherar 3D-volymen. Slutligen utför du kvantitativ analys av flödesparametrar genom att klicka på de enskilda flikarna i analysfönstret. Flödesvisualisering, banlinjevisualisering och flödesvektor kan visualiseras utan ytterligare indata.För kvantifiering av tryck- och väggsjuvspänning på den representativa fliken placerar du två plan genom att klicka på knappen Lägg till plan. Flytta planen till ROI genom att dra dem längs mittlinjen så att ett plan placeras i början av ROI och ett i slutet. Tryckfallet över ROI- och väggsjuvspänningen visualiseras och kvantifieras i diagrammet bredvid 3D-modellen.De presenterade 3D-tryckta modellerna erbjuder ett brett utbud av möjligheter inom CT-avbildning. Det tryckta materialet kan enkelt särskiljas från den omgivande agaren och eventuella metallimplantat. Därför krävs normalt inte användning av ett kontrastmedel, förutom att generera dynamiska bildsekvenser.Vid användning av ultraljudsavbildning är det möjligt att skilja mellan modellens vägg, den omgivande agaren och tunna dynamiska föremål som hjärtklaffbroschyrer. Agarskiktet ovanpå modellen ger realistisk haptisk feedback under skanningsprocessen. Flödesanalysen inom flödesslingan erbjuder ett brett spektrum av möjliga tillämpningar och förinterventionell avbildning.4D MRI-sekvens möjliggör visualisering av vätskeflöde, turbulenser och väggsjuvspänning inom den 3D-utskrivna modellen, vilket gör det möjligt att analysera flödesmönster efter konstgjorda hjärtklaffar. Detta arbetsflöde kan överföras till olika interventionella medicinska procedurer för utbildnings- eller planeringsändamål. Tekniken möjliggör en närmare in vitro-undersökning av flödesbeteendet i stora kardiovaskulära kärl och erbjuder stor potential för individualiserad terapiplanering.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Njurar Capsule Xenografting och subkutan Pellet Implantation för utvärdering av Prostata Carcinogenesis och godartad prostataförstoring

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

Induktion myointimal Hyperplasi Versus åderförkalkning hos möss: En introduktion av två giltiga 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 för utvärdering och kvantifiering av djup ventrombos

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 fixering under konstant tryck för utvärdering av emfysem hos möss

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

Transaxillär första revbensresektion för behandling av Thoracic Outlet Syndrome

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 bedömning för det högra ventrikulär systemet och Hypoxiinducerad pulmonell arteriell hypertension hos möss

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

Nya perkutanmetod för utplacering av 3D-tryckta kranskärlstenosimplantat i svinmodeller av ischemisk hjärtsjukdom

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

Direkt läkemedelsleverans till njure via njurartären

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

Interventionell diagnostisk procedur: En praktisk guide för bedömning av koronar vaskulär funktion

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