Name: creation of patient-specific silicone cardiac models with applications in pre-surgical plans and hands-on training
Uploaded: 2022-02-10T13:00:00
Duration: 9 min 15 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Creation of Patient-Specific Silicone Cardiac Models with Applications in Pre-surgical Plans and Hands-on Training at JoVE.com

Forfatterne vil gerne anerkende OSF HealthCare for at gøre denne undersøgelse mulig, samt Dr. Mark Plunkett for hans proceduremæssige viden og anvendelse af færdigheder til vores endelige produkt.

<ol>
	<li>Hoffman, J. I. E., Kaplan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+incidence+of+congenital+heart+disease.">The incidence of congenital heart disease.</a> Journal of the American College of Cardiology. 39 (12), 1890-1900 (2002).</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>Wilson, H. K., Feins, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Simulation in cardiothoracic surgery. Comprehensive Healthcare Simulation: Surgery and Surgical Subspecialties. Comprehensive Healthcare Simulation. , 263-274 (2019).</li><li>Badash, I., Burtt, K., Solorzano, C. A., Carey, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovations+in+surgery+simulation:+A+review+of+past,+current+and+future+techniques.">Innovations in surgery simulation: A review of past, current and future techniques.</a> Annals of Translational Medicine. 4 (23), 1-10 (2016).</li><li>Yoo, S. J., Spray, T., Austin, E. H., Yun, T. J., Van Arsdell, G. S. <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+training+of+congenital+heart+surgery+using+3-dimensional+print+models.">Hands-on surgical training of congenital heart surgery using 3-dimensional print models.</a> Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153, 1530-1540 (2017).</li><li>Hadeed, K., Acar, P., Karsenty, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+3D+printing+for+better+understanding+of+congenital+heart+disease.">Cardiac 3D printing for better understanding of congenital heart disease.</a> Archives of Cardiovascular Disease. 111 (1), 1-4 (2018).</li><li>Velasco Forte, M. 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=Living+the+heart+in+three+dimensions:+applications+of+3D+printing+in+CHD.">Living the heart in three dimensions: applications of 3D printing in CHD.</a> Cardiology in the Young. 29, 733-743 (2019).</li><li>Illmann, C. F., Ghadiry-Tavi, R., Hosking, M., Harris, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utility+of+3D+printed+cardiac+models+in+congenital+heart+disease:+a+scoping+review.">Utility of 3D printed cardiac models in congenital heart disease: a scoping review.</a> Heart. 106, 1631-1637 (2020).</li><li>Su, W., Xiao, Y., He, S., Huang, P., Deng, X. <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+models+in+congenital+heart+disease+education+for+medical+students:+a+controlled+comparative+study.">Three-dimensional printing models in congenital heart disease education for medical students: a controlled comparative study.</a> BMC Medical Education. 18 (178), (2018).</li><li>Farooqi, K. M., Mahmood, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovations+in+preoperative+planning:+insights+into+another+dimension+using+3D+printing+for+cardiac+disease.">Innovations in preoperative planning: insights into another dimension using 3D printing for cardiac disease.</a> Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32, 1937-1945 (2018).</li><li>Illmann, C. F., Hosking, M., Harris, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utility+and+access+to+3-dimensional+printing+in+the+context+of+congenital+heart+disease:+an+international+physician+survey+study.">Utility and access to 3-dimensional printing in the context of congenital heart disease: an international physician survey study.</a> Canadian Cardiovascular Society. 2, 207-213 (2020).</li><li>Lau, I., Gupta, A., Sun, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+value+of+virtual+reality+versus+3D+printing+in+congenital+heart+disease.">Clinical value of virtual reality versus 3D printing in congenital heart disease.</a> Biomolecules. 11 (884), (2021).</li><li>Birbara, N. S., Otton, J. M., Pather, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+modelling+and+printing+technology+to+produce+patient-specific+3D+models.">3D modelling and printing technology to produce patient-specific 3D models.</a> Heart Lung and Circulation. 28, 302-313 (2019).</li><li>Yoo, S. J., 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+printing+in+medicine+of+congenital+heart+disease.">3D printing in medicine of congenital heart disease.</a> 3D Printing in Medicine. 2 (3), (2016).</li><li>G&#243;mez-Ciriza, G., G&#243;mez-C&#237;a, T., Rivas-Gonz&#225;lez, J. A., Velasco Forte, M. N., Valverde, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Affordable+three-dimensional+printed+heart+models.">Affordable three-dimensional printed heart models.</a> Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 498 (2021).</li><li>Lau, I., 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=Quantitative+and+qualitative+comparison+of+low-+and+high-cost+3D-printed+heart+models.">Quantitative and qualitative comparison of low- and high-cost 3D-printed heart models.</a> Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 9 (1), 107-114 (2019).</li><li>Scanlan, A. B., 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=Comparison+of+3D+echocardiogram+derived+3D+printed+valve+models+to+molded+models+for+simulated+repair+of+pediatric+atrioventricular+valves.">Comparison of 3D echocardiogram derived 3D printed valve models to molded models for simulated repair of pediatric atrioventricular valves.</a> Pediatric Cardiology. 39 (3), 538-547 (2019).</li><li>. Dragon skin fx-pro, Smooth-On Available from: <a target="_blank" href="https://www.smooth-on.com/products/dragon-skin-fx-pro/">https://www.smooth-on.com/products/dragon-skin-fx-pro/</a> (2021)</li><li>Tejo-Otero, A., Fenollosa-Art&#233;s, F., Buj-Corral, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mimicking+soft+living+tissues+for+3D+printed+surgical+planning+prototypes+using+different+materials.">Mimicking soft living tissues for 3D printed surgical planning prototypes using different materials.</a> Congreso Anual de la Sociedad Espa&#241;ola de Ingenier&#237;a Biom&#233;dica. , 307-310 (2019).</li><li>Lezhnev, A. A., Ryabtsev, D. V., Hamanturov, D. B., Barskiy, V. I., Yatsyk, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicone+models+of+the+aortic+root+to+plan+and+simulate+interventions.">Silicone models of the aortic root to plan and simulate interventions.</a> Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery. 31 (2), 204-209 (2020).</li><li>Laing, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+patient-specific+cardiac+phantom+for+training+and+pre-procedure+surgical+planning.">A patient-specific cardiac phantom for training and pre-procedure surgical planning.</a> Electronic Thesis and Dissertation Repository. , 4964 (2017).</li><li>Hoashi, T., 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=Utility+of+a+super-flexible+three-dimensional+printed+heart+model+in+congenital+heart+surgery.">Utility of a super-flexible three-dimensional printed heart model in congenital heart surgery.</a> Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery. 27, 749-755 (2018).</li><li>Mena, K. 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=Exploration+of+time-sequential,+patient-specific+3D+heart+unlocks+clinical+understanding.">Exploration of time-sequential, patient-specific 3D heart unlocks clinical understanding.</a> 3D Printing in Medicine. 4 (1), 15 (2018).</li><li>Russo, 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=Advanced+three-dimensionally+engineered+simulation+model+for+aortic+valve+and+proximal+aorta+procedures.">Advanced three-dimensionally engineered simulation model for aortic valve and proximal aorta procedures.</a> Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery. 30, 887-895 (2020).</li><li>Al Ali, A. B., Griffin, M. F., Butler, P. E. <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+surgical+applications.">Three-dimensional printing surgical applications.</a> ePlasty. 15, 37 (2015).</li><li>. Rubber glass water-clear silicone rubber compound, Smooth-On at Available from: <a target="_blank" href="https://www.smooth-on.com/product-line/rubber-glass/">https://www.smooth-on.com/product-line/rubber-glass/</a> (2021)</li><li>Riedle, H., Molz, P., Franke, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+mechanical+properties+of+cardiac+tissue+for+3D+printed+surgical+models.">Determination of the mechanical properties of cardiac tissue for 3D printed surgical models.</a> IEEE-EMBS Conference on Biomedical Engineering and Science. , 171-176 (2018).</li></ol>

Forfatterne har intet at afsløre.

Efter afslutningen af protokollen, en patient-specifik silikone hjerte model til kirurgisk forberedelse bør resultere. Der er dog flere kritiske skridt, der skal gennemføres korrekt, for at dette kan opnås. En oversigt over de kritiske trin i protokollen kan ses i supplerende fil 2 samt potentielle resultater, hvis trinnene ikke udføres korrekt. Det første kritiske skridt indebærer segmentering af patientens radiologiske billeddata. Dette trin kræver anskaffelse af et diagnostisk 3D-billeddatasæt. Model nytte i præ-kirurgisk planlægning eller uddannelse er afhængig af kvaliteten af 3D datasæt. Det anbefales at bruge et billedsæt indsamlet med en skivestørrelse mellem 0,625 mm og 2,6 mm for at sikre, at datasættet vil være af tilstrækkelig opløsning til modelproduktion. Alle billeddiagnostiske parametre bør dog indstilles af en klinikerekspert i radiologi, hvor patientpleje er prioriteten. Det skal bemærkes, at det kan være muligt at producere en model fra et billedsæt indsamlet med en skivestørrelse uden for de anbefalede værdier, men modelopløsning og kvalitet vil blive negativt påvirket. Når billeder er opnået, hvis segmentering ikke udføres korrekt, er det almindeligt ikke realiseret, før den endelige model er produceret og skåret ind, hvilket resulterer i tab af tid og materialer. For at forhindre dette negative resultat anbefales det, at en emneekspert gennemgår de segmenterede filer, før du opretter de digitale forme til kvalitetskontrol. Det næste kritiske skridt opstår under oprettelsen af de digitale forme. Det er vigtigt at sikre, at myokardiesagen kan samles omkring blodpuljemodellen. Hvis sagen ikke lukker omkring blodpuljen, kan den ikke bruges til at skabe silikonemodellen, da urolig silikone løbende vil sive ud, og anatomien kan blive forvrænget. En håndholdt roterende slibning værktøj kan bruges til let at fjerne stykker af myokardie skimmel, hvis små justeringer er nødvendige. Hvis der er behov for store justeringer, skal den digitale form ændres, og et opdateret etui udskrives. Det sidste kritiske skridt er hældningen af silikonen. Streng overholdelse af materialeinstruktioner er nødvendig, når du bruger silikonen, da manglende gøre dette kan resultere i silikone, der hærder med en klæbrig overflade. Hvis overfladen anses for klæbrig til brug for SMV'en, kan det være nødt til at genoptrykke blodpuljen, hvis den ikke kan fjernes fra silikonen. Silikonen skal hældes igen, hvilket resulterer i tab af tid og materialer. Hvis der ikke anvendes utilstrækkelig silikone, eller silikonen lækker ud af myokardieformen under indstillingsprocessen, vil den resulterende model være ufuldstændig. Denne fejl kan afhjælpes ved at blande og hælde yderligere silikone i formen. Et materiale som varm lim eller ler kan bruges til at forsegle sømmene i myokardietrækformen, hvis en lille mængde silikone ser ud til at sive igennem under hærdningsprocessen.
Denne metode til at skabe patientspecifikke silikone hjertemodeller kan ændres for at muliggøre oprettelsen af en model af enhver blød anatomisk struktur med patientspecifik eller kompleks indre og ydre geometri. Forudsat at målet anatomi er segmenteret korrekt, de resterende trin i protokollen kan følges med minimal ændring. Selv om det ikke er i fokus for det nuværende arbejde, protokollen er blevet anvendt til leveren parenkym med lignende succes. Det udnyttede 3D-printmateriale kan også ændres. ABS og PLA anbefales til brug på grund af deres lave omkostninger, men ethvert opløseligt 3D-printmateriale kan træde i stedet for ABS, og ethvert ønskeligt 3D-printmateriale kan træde i stedet for PLA med minimal eller ingen ændring af protokollen. Alle glødetrådsproducentspecifikke udskrivningsparametre skal følges ved brug af andre udskriftsmaterialer. Denne metode kan yderligere ændres ved brug af en anden silikone. Silikone anbefales til brug i denne protokol har en shore hårdhed på 2 A, men hvis en anden shore hårdhed værdi er ønskeligt, en anden silikone kan erstattes med minimal eller ingen ændring af protokollen. Sørg for at overholde alle produktionsspecifikationer og procedurer, når du bruger et andet silikoneprodukt.
Mens denne protokol skitserer en forbedret hjerte modellering procedure, Det er ikke uden begrænsninger. Den største begrænsning af denne protokol er, at mens den udnyttede platin kur silikone er tættere på hårdheden af hjertevæv end andre tilgængelige materialer, hårdhed er ikke den eneste egenskab, der spiller en rolle i den finmotoriske færdighed kirurgisk træning. Især vil ægte hjertevæv demonstrere friability eller rive under kraft. Den udnyttede silikone er meget elastisk, med en forlængelse ved pause på 763% og trækstyrke på 1.986 kPa19. Svin hjertevæv, som menes at være en nøjagtig repræsentation af humant hjertevæv, har en forlængelse ved pause på 28-66% og trækstyrke på 40-59 kPa26. Denne forskel udgør et problem, som hjertekirurgiske stipendiater kan udføre en praksis operation på en silikone model hjerte og få en falsk følelse af tillid, fordi modellen kan modstå kræfter, at ægte hjertevæv ikke kan. Denne metode har også potentiale til at blive begrænset af en hjertemodel med meget kompleks geometri. Efterhånden som modellens anatomiske kompleksitet øges, kan protokollen kompensere ved at øge antallet af stykker i myokardieformen. Væsentlige, stadig mere komplekse modeller vil kræve stadig mere komplekse skimmel design og øget design tid.
Modellen skabelse proces beskrevet i denne protokol er overlegen i forhold til mange af de andre tilgængelige alternativer på grund af sin evne til at genskabe billige nøjagtige anatomiske kopier af kirurgisk stødt anatomi. Kadaverisk og animalsk væv giver mulighed for high fidelity simuleringer, men de har en langt højere pris og kræver specifikke laboratorieopsætninger, der skal udnyttes og vedligeholdes2,6. Desuden har kadaveriske og animalske vævsmodeller etiske bekymringer, er ikke patientspecifikke, og kompleks CHD skal ofte fremstilles manuelt af en kirurg eller instruktør, hvilket ofte fører til unøjagtigheder eller skader på de omgivende væv og organer. En anden potentiel modellering teknik indebærer brug af virtual reality. Virtual reality giver mulighed for digital replikation af patientspecifikke hjertemodeller, som er et effektivt værktøj til at etablere nøjagtige mentale repræsentationer af patientens anatomi og kirurgiske planer. Derudover har nogle VR-systemer givet mulighed for grundlæggende simuleringer med inkorporering af haptisk feedback. Men den tilgængelige haptiske feedback mangler den realisme, der er nødvendig for at kopiere nødvendige finmotorik til medfødte hjertekirurgiske procedurer4. 3D-printning er en anden tilgængelig metode til at producere patientspecifikke hjertemodeller2,24. Den udbredte implementering af high-fidelity 3D-printere, der er i stand til at producere bløde modeller med flere materialer, hæmmes imidlertid af deres ekstremt høje omkostninger11,14,15. Billige 3D-printere er tilgængelige, men kan kun udskrive i materialer, der er meget fastere end ægte myokardie. Da et af de blødeste tilgængelige materialer til en 3D-printer blev brugt til at skabe en model af Scanlan et al., viste det sig, at modellen var fastere end ægte hjertevæv17. Det beskrevne materiale havde en shore hårdhed mellem 26 A og 28 A, hvilket giver det en tekstur svarende til en elastik. Den platinhærdede silikone, der anvendes i denne protokol, har en shore hårdhed på 2 A, hvilket giver den en tekstur svarende til en gelskoindsats og meget tættere på hårdheden af ægte hjertevæv, som er 43 0020 eller ~0 A. Hoashi et al. også udnyttet en lignende metode til den, der er beskrevet i denne protokol til at udvikle en fleksibel 3D-printet hjertemodel. To forme, der repræsenterer den indre og ydre myokardiegeometri, blev 3D-printet ved hjælp af en SLA-printer efterfulgt af vakuumstøbning af en gummilignende polyurethanharpiks. Mens denne metode gjorde producere en blød hjerte model, de foreslåede produktionsomkostninger for denne metode pr model var 2.000 til 3.000 USD22. Til sammenligning er de samlede materialeomkostninger ved den metode, der er beskrevet i den præsenterede protokol, mindre end 10 USD. Endelig blev en lignende metode også anvendt af Russo et al.. at skabe silikone modeller af aortaklappen og proksimale aorta for proceduremæssig praksis. Mens Russo et al. metode er fokuseret på et lignende mål, deres præsenterede proces med henblik på at replikere langt enklere anatomier af aorta eller aorta ventiler. Protokollen præsenteres heri differentierer sig ved at fokusere på intra-hjerte-og myokardie anatomier, der er mindre, mere komplekse, og ville være yderst vanskeligt at kopiere givet historiske metoder. På trods af denne forskel er de modeller, der er skabt af Russo et al.. var meget nyttige til simulering og træning i hjertekirurgi af undersøgte hjertekirurger23. I det væsentlige giver den metode, der er beskrevet i denne protokol, mulighed for billig oprettelse af komplekse, patientspecifikke medfødte hjertemodeller med nøjagtigt repræsenterede defekter og materialeegenskaber, der ligner ægte hjertevæv end andre modelleringsmetoder.1,16, så modeller kan betjenes med en realistisk haptisk troskab.
Fremadrettet kan denne metode anvendes på dannelsen af en model af enhver patients anatomi med komplekse interne og eksterne funktioner. Udvikling af et alternativt blodpuljemateriale, der kunne fjernes fra silikonemodellen på en mindre destruktiv måde eller fremstilles ved hjælp af en mindre tidskrævende metode, ville gøre processen mere tidskrævende og omkostningseffektiv. Som følge heraf ville en ny blodpulje ikke skulle reproduceres for hver efterfølgende støbningsproces, hvilket førte til skalerbarheden af den tilknyttede træning. De fysiske egenskaber af silikone bruges til at skabe modellen kunne også forbedres. Silikone med mindre forlængelse ved pausen ville øge realismen i modellen og bidrage til at forbedre dens værdi som et pædagogisk redskab for hjertekirurgiske stipendiater forsøger at lære de nødvendige finmotoriske færdigheder til at udføre disse komplekse procedurer. En gruppe materialer, der i øjeblikket er på markedet, og som er værd at overveje til støtte i denne løsning, er silikonesul simulerede glasmaterialer25. Disse silikone materialer demonstrerer langt mindre forlængelse ved pausen, hvilket fører til en særskilt "splintring" ved kraftanvendelse på en måde, der ligner glas. Modulering af platin kur silikone, der anvendes i denne protokol med tilføjelser af denne silikone simuleret glas materiale kan give mulighed for kontrol af friability egenskaber af modellen og samtidig opretholde den passende shore hårdhed, forbedre den samlede haptiske troskab. Endelig er opløsningen af anatomi denne protokol kan producere begrænset af opløsningen af 3D-printer, der anvendes til at generere forme. Efterhånden som teknologien fortsætter med at forbedre sig, bør opløsningen af anatomi, der kan skabes med denne protokol, også forbedres.

Næsten 1 ud af 100 børn i USA er født med medfødte hjertefejl (CHD). På grund af tilbøjeligheden hos mødre med CHD'er til at få børn med CHD'er er der en forventning om, at satsen kan mere end fordobles i løbet af de næste syv generationer1. Selv om ikke hver CHD betragtes som kompleks eller alvorlig, indikerer den generelle vækstforventning, at der er motivation til at forbedre den teknologi og de procedurer, der er i stand til at håndtere CHD-behandling. Efterhånden som teknologien forbedres, udtrykker hjertekirurger ofte en vilje til at tackle mere komplekse procedurer. Denne vilje har ført til et øget antal komplekse hjerteprocedurer, der driver behovet for mere avancerede teknikker til kirurgisk planlægning og uddannelse. Til gengæld efterlader dette hjertekirurger, der har brug for meget nøjagtige, patientspecifikke modeller og hjertekirurgiske stipendiater, der har brug for meget effektive træningsmetoder.
Medfødt hjertekirurgi er en af de mest teknisk krævende kirurgiske discipliner på grund af patienternes lille størrelse, kompleksiteten af hjerteabnormaliteter og sjældenheden af nogle abnormiteter2. I de mest ekstreme tilfælde kan et barn blive født med en enkelt ventrikel. Det er ikke ualmindeligt, at kirurgen tager et fartøj med en diameter på 2,0 mm og lapper det med fast perikardium for at skabe et 1,0 cm fartøj, der gør det muligt for en nyfødt at vokse i denne livreddende procedure - alt imens under uret, da den nyfødte er i fuldstændig kredsløbsstop. Mellem den normale fire-kammer hjerte og disse ekstreme eksempler er utallige muligheder for kammer størrelse og ventil positioner, der udgør meget komplekse 3D puslespil. Den rolle, som den medfødte hjerte team er klart at afgrænse den unikke anatomi og udvikle en plan for at omkonfigurere det organiske væv i et funktionelt hjerte, der vil gøre det muligt for et barn at vokse med den bedste chance for et normalt liv. Nøjagtige modeller giver mulighed for bevidst kirurgisk praksis og gentagelse i et miljø, hvor fejl kan tilgives og ikke vil resultere i patientskader3,4. Denne uddannelse fører til udvikling af forbedret kirurgisk ekspertise samt tekniske og domsmæssige færdigheder. Men begrænsede ressourcer og sjældenheden af visse hjertesygdomme kan gøre det næsten umuligt at opnå det ønskede niveau af gentagelse og visualisering. For at hjælpe med at tage højde for denne ressourcemangel er der sket en stigning i udnyttelsen af simuleringer til uddannelse2,3. Almindeligt anvendte simulerings- eller modelleringsteknikker omfatter menneskelige kadavere, dyrevæv, virtual reality-modeller (VR) og 3D-printede modeller.
Kadavervæv er historisk set blevet betragtet som guldstandarden for kirurgisk simulering, med animalsk væv på en tæt andenplads. Kadavere og dyrevæv kan producere high fidelity simuleringer, fordi de indeholder den anatomiske struktur af interesse, alle omgivende væv, og giver mulighed for perfusion teknikker til at simulere blodgennemstrømning4. På trods af fordelene ved vævsmodeller er der ulemper. Balsameret væv oplever reduceret mekanisk overholdelse, hvilket gør nogle operationer urealistiske og vanskelige at udføre. Væv kræver konstant vedligeholdelse, specifikke faciliteter, kan ikke genbruges2, kan være dyrt at opnå3, og har historisk set været genstand for etiske bekymringer. Mest markant, medfødte hjertesygdomme er simpelthen ikke tilgængelige i kadaveriske prøver.
VR- og 3D-printede modeller5,6,7,8,9,10 giver en anden mulighed for hjerteuddannelse, simulering og modellering for at hjælpe med at skabe præoperative planer. Disse modeller reducerer tvetydighed forbundet med en brugers varierede visuo-rumlige evne til at interpolere 2D-billeder som en 3D-struktur10,11. Det virtuelle miljø kan indeholde kirurgiske værktøjer, der kan manipuleres og interagere med modeller, så kirurger og stipendiater til at udvikle hånd-øje koordinering, finmotorik, og kendskab til nogle procedurer4. Nuværende populære 3D-printteknologier, herunder smeltet deposition modellering (FDM), stereolitografi (SLA), selektiv laser sintring (SLS), og polyjet har vist sig at producere modeller med submillimeter præcision13. Både VR- og 3D-printede modeller kan genbruges og kan være yderst detaljerede; modeller kan endda genereres fra patientradiologiske billeddata, hvilket resulterer i kopier af patientens anatomi. På trods af de mange fordele ved en VR- eller 3D-printet modeller kommer de til kort, når omkostningerne og haptiske krav til troskab af medfødt hjertekirurgi overvejes. Opsætningen af et VR-miljø har en høj pris, og VR-miljøer kan ikke give haptisk feedback i den virkelige verden. Mens haptisk troskab teknologi er ved at blive bedre, den nuværende kløft hæmmer en studerendes evne til at blive fortrolig med de finmotoriske færdigheder er nødvendige for at udføre procedurer4. Tilsvarende, afhængigt af den type 3D-print teknologi, der anvendes, kan omkostningerne ved 3D-udskrivning være ret høje, da printeren købspris og print materiale omkostninger skal overvejes11,14. En enkelt high-fidelity hjertemodel med realistisk haptisk feedback kan produceres ved hjælp af en high-end printer, men vil koste hundredvis af dollars i materiale alene med en printer købspris over 100.000 USD15. En hjertemodel produceret ved hjælp af en glødetråd med en shore hårdhed på 26-28 A viste sig at koste ca 220 USD per model16. Alternativt er mange billige 3D-printere og -teknologier tilgængelige, der har en printer købspris på mindre end 5.000 USD. Gennemsnitlige materialepriser for en hjertemodel genereret på en billig FDM-printer viste sig at være omkring 3,80 USD ved hjælp af et materiale med en shore hårdhed på 82 A og 35 USD ved hjælp af et materiale med en shore hårdhed på 95 A15,16. Mens disse maskiner tilbyder en billig løsning, kommer det på bekostning af haptisk troskab.
Mens VR- og 3D-print kan give mulighed for detaljeret visuel og konceptuel evaluering af en hjertesygdom, er den høje pris, der er forbundet med at producere en model til praktisk kirurgisk simulering, ofte en betydelig barriere. En løsning er brugen af silikone til at skabe en fysisk og stoflig præcis hjertemodel. Patientspecifikke silikonemodeller kan lette en dybere forståelse af unik anatomi ved at tillade kirurger at se, føle og endda praktisere en procedure, mens de oplever realistisk haptisk feedback i et miljø, der indebærer minimal risiko for en patient og ikke har nogen konsekvenser, hvis proceduren mislykkes9. Silikonestøbning har vist sig at være en effektiv metode til at modellere menneskets anatomi, der producerer modeller med fysiske egenskaber, der er betydeligt tættere på ægte væv end modeller genereret fra billig 3D-udskrivning17. Scanlan et al., sammenlignet egenskaberne af billige 3D trykt til silikone støbte hjerteklapper til at evaluere lighed med ægte væv; undersøgelsen fandt, at mens de fysiske egenskaber af silikone ventiler ikke var en nøjagtig kopi af ægte væv, egenskaberne var langt bedre end 3D trykte ventiler17. Det 3D-printmateriale, der anvendes i undersøgelsen, er blandt de blødeste materialer, der er tilgængelige til billige 3D-printere og har en shore hårdhed mellem 26 og 28 A18. Den platin kur silikone anbefales til brug i protokollen nedenfor har en shore hårdhed på 2 A, som er langt tættere på kysten hårdhed af hjertevæv, 43 på 00 skala, eller ca 0 A19,20. Denne forskel er betydelig, fordi silikonemodellerne giver mulighed for high-fidelity finmotorisk færdighedstræning, som de direkte 3D-printede materialer ikke opnår. De samlede materialeomkostninger for den model, der foreslås i denne protokol, er mindre end 10 USD. De foreslåede silikonemodeller kombinerer de bløde vævsegenskaber, der er nødvendige for realistisk haptisk feedback, med alsidigheden og præcisionen af billige 3D-printede modeller.
Mens fordelene ved silikone kan synes at gøre det til det oplagte valg for model skabelse, brugen af silikone er blevet begrænset af anatomi, der kan formes. Frisk blandet silikone er en væske, der kræver en form til at holde det i den ønskede form, som det hærder. Historisk set kunne silikone hjerteforme kun indeholde detaljer om modellens ydre overflade. Intra-hjerte detaljer, herunder hele blod pool regionen, ville være fyldt med silikone og tabt. Tidligere undersøgelser har opnået silikonemodeller af specifikke interesseområder i hjertet (f.eks. aortarod21) eller har brugt en ekstrapolatorisk metode til at simulere myokardievæv22. Denne protokol er ny, da den søger at kombinere brugen af silikonemateriale med anatomisk, fuld myokardiesimulering i høj opløsning - specifikt at undgå enhver metode til ekstrapolation. Så vidt vi ved, har intet beskrivende manuskript givet en metode, der kombinerer disse aspekter. Den metode, der er beskrevet i denne protokol introducerer en teknik til at opnå en patient-specifik hjertemodel med intra-hjerte anatomisk replikation præcis nok til kirurgisk præoperativ praksis. Metoden indebærer oprettelsen af en myokardieform til at holde silikonen i den rigtige form, da den hærder og en indre skimmel for at bevare modellens indre, intra-hjertedetaljer og forhindre silikonen i at fylde blodbassinregionen i hjertet. Den indre form skal derefter opløses væk, hvilket efterlader en hel silikone hjertemodel med patientspecifik anatomi på de ydre og indre overflader. Uden den foreslåede protokol for hjertemodel skabelse heri, ingen billig løsning eksisterer for at simulere den kirurgiske procedure med et materiale, der efterligner de faktiske vævskarakteristika af myokardiet.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.75 mm ABS filament</td>
			<td>Matter Hacker</td>
			<td>matterhackers.com/store/l/175mm-abs-filament-white-1-kg/sk/MFJ1U2CG-</td>
			<td>Anecdotally consistent quality, budget-conscious price</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.75 mm PLA filament</td>
			<td>Matter Hacker</td>
			<td>https://www.matterhackers.com/store/l/175mm-pla-filament-white-1-kg/sk/MEEDKTKU</td>
			<td>Anecdotally consistent quality, budget-conscious price</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8220 12VMax High-Performance Cordless</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>https://us.dremel.com/en_US/products/-/show-product/tools/8220-12vmax-high-performance-cordless</td>
			<td>Cordless for easier access to small features in model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sunnyside</td>
			<td>https://www.sunnysidecorp.com/product.php?p=t&#38;b=s&#38;n=840G5</td>
			<td>Bulk</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dragon Skin Fx-Pro</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>https://shop.smooth-on.com/dragon-skin-fx-pro</td>
			<td>Industry-standard, characterized skin-safe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ease Release 200</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>https://shop.smooth-on.com/ease-release-200</td>
			<td>Coating to ensure easy removal of silicone from mold</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GORE- TEX patch</td>
			<td>GORE</td>
			<td>https://www.goremedical.com/products/cardiovascularpatch</td>
			<td>Cardiovascular patch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ideaMaker</td>
			<td>Raise 3D</td>
			<td>https://www.raise3d.com/download/</td>
			<td>&#160;Included G-code CAD software for Raise 3D printers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magics</td>
			<td>Materilise</td>
			<td>https://www.materialise.com/en/software/magics</td>
			<td>Feature-rich CAD software capeable of manipulating organic surfaces</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics</td>
			<td>Materilise</td>
			<td>https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite/mimics</td>
			<td>Feature-rich segmentation software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Patient DICOM data</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>DICOM data will typically come from a patient CT or MRI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pro2 Plus</td>
			<td>Raise 3D</td>
			<td>https://www.raise3d.com/products/pro2-plus-3d-printer/</td>
			<td>Anecdotallay reliable, dual extrusion FDM 3D printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PRO2-100 Industrial Glue Gun</td>
			<td>Surebonder</td>
			<td>https://surebonder.com/collections/industrial-glue-guns/products/pro2-100-100-watt-high-temperature-professional-heavy-duty-hot-glue-gun-uses-full-size-7-16-glue-sticks</td>
			<td>Industrial-quality hot glue gun</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silc Pig</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>https://shop.smooth-on.com/silc-pig-pigments</td>
			<td>Pigment for adding color to silicone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Chamber</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>https://shop.smooth-on.com/vacuum-chamber</td>
			<td>Anecdotally reliable vacumm chamber for removing air bubbles from mixed silicone</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creation of patient-specific silicone cardiac models with applications in pre-surgical plans and hands-on training

Tredimensionelle modeller kan være et værdifuldt værktøj for kirurger, da de udvikler kirurgiske planer og medicinske stipendiater, da de lærer om komplekse tilfælde. Især kan 3D-modeller spille en vigtig rolle inden for kardiologi, hvor komplekse medfødte hjertesygdomme opstår. Mens mange 3D-printere kan levere anatomisk korrekte og detaljerede modeller, eksisterende 3D-printmaterialer undlader at replikere myokardievæv egenskaber og kan være ekstremt dyrt. Denne protokol har til formål at udvikle en proces til oprettelse af patientspecifikke modeller af komplekse medfødte hjertefejl ved hjælp af en billig silikone, der i højere grad matcher hjertemuskelegenskaber. Med forbedret model troskab, faktiske kirurgisk proceduremæssige uddannelse kan forekomme forud for proceduren. Vellykket oprettelse af hjertemodeller begynder med segmentering af radiologiske billeder for at generere en virtuel blodpulje (blod, der fylder hjertets kamre) og myokardievævsform. Blodpuljen og myokardieformen er 3D-printet i acrylonitrile butadiene styren (ABS), en plastik opløselig i acetone. Formen samles omkring blodbassinet, hvilket skaber et negativt rum, der simulerer myokardiet. Silikone med en shore hårdhed på 2A hældes i det negative rum og får lov til at helbrede. Myokardieformen fjernes, og den resterende silikone / blod pool model er nedsænket i acetone. Den beskrevne proces resulterer i en fysisk model, hvor alle hjertefunktioner, herunder intra-hjertefejl, er repræsenteret med mere realistiske vævsegenskaber og er tættere tilnærmet end en direkte 3D-printmetode. Den vellykkede kirurgiske korrektion af en model med en ventrikulær septal defekt (VSD) ved hjælp af en GORE-TEX patch (standard kirurgisk indgreb for defekt) viser nytten af metoden.

Radiologiske billeddata fra en patient med en VSD blev valgt til at generere en repræsentativ silikone hjertemodel. Patientens anatomi blev segmenteret ved hjælp af en CAD segmentering software til at generere en digital myokardiemodel og en digital blod pool model (Figur 1). Manuel segmentering af blod pool og myokardie med den præsenterede protokol tager 1-3 timer at fuldføre. Efter afslutningen af segmentering blev myokardiemodellen åbnet i CAD-software til videre behandling. Modellen blev justeret til en 3D-boks, der blev lavet i programmet og derefter trukket væk ved hjælp af booleske handlinger. Denne proces efterlod en negativ af myokardiemodellen og dannede en form. Denne myokardieform blev trimmet til en mere passende størrelse, skåret i segmenter og modificeret med rekvisitter til justering af stykkerne (figur 2). Oprettelsen af sagen tog 2-6 timer. Alle myokardieform stykker og blodpuljen blev indlæst i en 3D-print udskæring software, og G-kode blev genereret til 3D-print i ABS (Figur 3). De 3D-printede stykker med fjernet støttemateriale kan ses i figur 4. De myokardie sag stykker blev damp glattet for at forbedre overfladen finish af modellen (Figur 5). Efter afslutningen af damp glat proces, formen blev samlet omkring blod pool model, og silikone blev hældt. Samlingen og silikone hæld tog en time. Efter silikonesættet blev hjertemodellen fjernet fra myokardiekassen og nedsænket i acetone for at opløse blodpuljen. Efter ca. 24 timers blødning var blodbassinet opløst. En sidste acetone skylning blev udført, og modellen fik lov til at tørre helt. Den færdige silikone hjertemodel kan ses i figur 6. For at evaluere nøjagtigheden og funktionaliteten af silikonemodellen blev der foretaget et snit af CHD-eksperten (medfødt hjertefejl) for at tillade, at den indre anatomi blev observeret. Den forventede VSD var til stede, og en GORE-TEX patch blev syet på modellen af den medfødte hjertekirurg til at korrigere VSD (Figur 7). I en succesfuldt afsluttet silikonemodel vil alle patientens anatomi og defekter være til stede både eksternt og internt. En oversigt over protokollen kan ses i supplerende fil 1. 
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62805/62805fig07.jpg"> Figur 7: GORE-TEX patch syet i silikone hjerte model med VSD. Fotografi af (A) kirurgens syn på en patientspecifik silikone hjertemodel med en VSD og (B) kirurgs syn på VSD i modellen lukket med en GORE-TEX patch. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/62805fig07large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Supplerende fil 1: Skematisk af silikone hjerte fabrikation protokol. Skematisk illustration af protokollen i fremstillingen af en patientspecifik silikone hjertemodel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_1.psd" target="_blank">Klik her for at downloade denne fil.</a>
Supplerende fil 2: Oversigt over kritiske trin og potentielle negative resultater. Resumé af de trin, der er kritiske i udviklingen af en patientspecifik silikone hjertemodel og de potentielle negative resultater, der kan opstå, hvis trinene ikke følges korrekt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_2.psd" target="_blank">Klik her for at downloade denne fil.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Creation of Patient-Specific Silicone Cardiac Models with Applications in Pre-surgical Plans and Hands-on Training at JoVE.com

Creation of Patient-Specific Silicone Cardiac Models with Applications in Pre-surgical Plans and Hands-on Training

Patientspecifikke modeller forbedrer kirurg og medlidenhed, når de udvikler eller lærer kirurgiske planer. Tredimensionelle (3D) printere generere tilstrækkelige detaljer til kirurgisk forberedelse, men undlader at replikere væv haptisk troskab. En protokol præsenteres beskriver oprettelsen af patient-specifikke, silikone hjertemodeller, der kombinerer 3D-print præcision med simuleret silikone væv.

Oprettelse af patientspecifikke silikone hjertemodeller med applikationer i præ-kirurgiske planer og hands-on træning

Three dimensional&#160;models can be a valuable tool for surgeons as they develop surgical plans and medical fellows as they learn about complex cases. In ...

Kompleks medfødt hjertesygdom er et vanskeligt 3D-problem. Eksisterende 3D-printteknologier kan ikke nøje replikere myokardievævsegenskaber. Denne protokol skaber modeller for high-fidelity kirurgisk træning.Denne teknik omkostningseffektivt skaber patient-specifikke 3D-modeller fra deres billeddannelse. Modellering af deres organers indre og ydre anatomi giver os mulighed for intimt at kende og pleje vores patienter. Oprettelse af disse modeller i et materiale, der nøje repræsenterer anatomisk væv gør det muligt for denne teknik at anvende på enhver procedure træner, der omfatter anatomi.Til at begynde med skal du åbne STL-filen til myokardiesagsmodellen i et CAD-program. I Magics skal du importere de STL-filer, der er genereret via import del to. Vælg den gennemsigtige indstilling for modelgengivelse i vinduet Projektstyring.Brug venstre og højre museknapper til at styre rotations- og panoreringsværktøjet til justering af visningen af myokardiebasen ved at pege toppen af hjertet ned og aortabuen vandret. Hvis du vil trimme det overskydende myokardiemateriale fra modellen, skal du gå til værktøjer, vælge klip og angive polylin, derefter vælge interessepunkter og klikke på anvend. På samme måde skæres myokardiekassen i flere stykker.Gå til at skære, vælg angive polyline, derefter vælge interessepunkter for at gøre en vandret skære gennem aorta, der deler myokardie sagen i en nederste halvdel, der indeholder apex og øverste halvdel, samt for at gøre to lodrette nedskæringer langs den bredeste del af myokardie sagens nederste halvdel og øverste halvdel. Og til sidst skal du klikke på Anvend. For at sikre korrekt justering under montering, ved hjælp af en prop generation værktøj og en Boolean subtraktion værktøj med en clearance værdi af 0,25 millimeter, skabe matchende rekvisitter og prop hulrum og tilføje dem til myokardie sag stykker ved at klikke tilføje rekvisitter.Angiv placeringen på modellen, og klik derefter på Anvend. I en af de øverste halvdel stykker af myokardie sagen, skabe en silikone fylde hul af en diameter på en centimeter og kontrollere hul placering med en SMV. Vælg tjek diagnostik til kontrol af diagnostik på alle sagsstykker individuelt for at finde fejl som omvendte normale, dårlige kanter, dårlige konturer, næsten dårlige kanter, planarhuller eller skaller i myokardietilfældene.Hvis der registreres en fejl, skal du klikke på Automatisk løsning for at reparere den. Og alternativt kan fejl rettes manuelt eller ved hjælp af et fastgørelsesværktøj eller en guide. Hvis fejl ikke kan rettes ved hjælp af den alternative indstilling, skal du rette fejlene ved hjælp af et formindsk ombrydningsværktøj.Klik på rettelse, vælg krympe wrap, og følg dialogen for at justere shrink wrap prøve interval og hul fyld værdier som nødvendige for at rette fejlene på det specifikke stykke uden at ændre fysiologi ved SMV gennemgang. Gem eller eksporter derefter de enkelte myokardietilfælde som STL-filer. Åbn myokardiekassen og blodpuljemodellerne i den relevante udsnitssoftware til fremstilling af 3D-udskrivningsfiler.Tilføj 3D-printunderstøttelse til alle stykker manuelt, eller brug et værktøj til generering af automatisk understøttelse, der leveres i softwaren, hvis den er tilgængelig. Skær modellerne ud for at generere G-kode til brug på 3D-printeren med de parametre, der er beskrevet i tekstmanuskriptet, og gem eller eksporter G-koden. Overfør udskrivningsfilen til 3D-printeren.Når du har sikret, at den korrekte glødetråd er indlæst på 3D-printeren, skal du begynde at udskrive. Når udskrivningen er afsluttet, skal du bruge nålen næse tænger og pincet til at fjerne alle støttemateriale fra de trykte stykker. Saml myokardiekassestykkerne omkring blodpølformen, så alle stykker passer tæt sammen.Hvis myokardiekassen ikke kan passe rundt om blodbassinet, skal du foretage små justeringer af kasseformstykkerne ved hjælp af et håndgrebs roterende slibeværktøj til at fjerne materiale. Dernæst glatte overfladen af myokardiekassen ved hjælp af acetone damp. For at gøre dette skal du linje bunden og siderne af en beholder med papirhåndklæder, der ikke vil blive påvirket af acetone.Hæld acetone på bunden køkkenrulle og lad det diffuse op papirhåndklæder til siden af beholderen, men ikke danne en pool på bunden. Placer et stykke aluminiumsfolie i beholderen til at dække den nederste køkkenrulle. Orient myokardiekassestykkerne på aluminiumsfolien, så ansigterne, der ønskes at være glatte, er lodrette, hvilket sikrer, at stykkerne ikke rører hinanden eller papirhåndklæderne på beholderens vægge.Dæk beholderen med aluminiumsfolie og lad myokardiekassestykkerne forblive uforstyrret i beholderen, indtil op til 80% af den ønskede overfladefinish er opnået. Når overfladen er glat, skal du forsigtigt fjerne myokardiestykkerne fra beholderen og kun røre ved de ydre overflader og lade stykkerne helt afgasde i et godt ventileret område i ca. 30 minutter, eller indtil stykkerne bliver helt tørre og hårde. Mål mængden af myokardiesegmenteringen ved hjælp af CAD-software for at bestemme mængden af silikone, der er nødvendig.Omrører grundigt del A og del B af silikonen. Hvis der ønskes farve på modellen, tilsæt pigment og bland alle dele og pigment grundigt, og læg derefter en grundigt blandet silikone i et vakuumkammer i to til tre minutter ved 29 tommer kviksølv. Når denne silikoneblanding er helt afgasset, skal du fjerne den fra kammeret og nedsænke blodbassinet i silikoneblandingen for at sikre, at alle hulrum og hulrum i blodbassinet bliver fyldt med silikone, og blodbassinet er belagt grundigt.I et godt ventileret område sprøjtes alle stykker af myokardiekassen grundigt med et produkt til nem frigivelse. Saml den nederste halvdel af myokardiekassen omkring toppen af blodpuljen. I tilfælde af lækage forsegles lækagen ved hjælp af klemmer, varm lim eller ler.Hæld derefter silikone i rummet mellem blodbassinet og sagsvæggen, indtil de samlede myokardieformstykker er fyldt. Efter montering af de resterende stykker af myokardiekassen skal du fastgøre kassestykkerne tæt ved hjælp af gummibånd og klemmer efter behov. Når silikonen er størknet, skal du fjerne silikonehjertet fra myokardiekassen og trimme eventuelle silikonesømme, der er skabt fra rummet mellem kassestykkerne eller fyldhullet.Efter at have identificeret alle blodkarrene med åbne ender på silikonemodellen, trim enhver silikone, der dækker karrene for at udsætte ABS-blodpuljen inde. Dyk silikone hjertet i acetone og ABS vil begynde at blødgøre 10 til 15 minutter efter acetone nedsænkning. Når ABS er blødgjort, fjerne store bidder af ABS med pincet for at øge hastigheden af ABS opløse processen.Når det meste af ABS blod pool er opløst, skylle silikone hjertet med ren acetone to til tre gange for at fjerne alle ABS fra silikone. Fjern hjertemodellen fra acetone og lad den resterende acetone fordampe fra modellen i et godt ventileret område. Til evaluering af silikonemodellens nøjagtighed og funktionalitet blev der foretaget to snit, den ene i den forreste venstre ventrikel og den anden i den bageste højre ventrikel for at visualisere den indre anatomi.Den forventede ventrikulær septal defekt var til stede, som var de relevante indvendige strukturer og en GORE-TEX patch blev syet ind i modellen af en medfødt hjertekirurg til at korrigere ventrikulær septal defekt. Design af formen er afgørende. Sørg for at skære formen i så mange stykker, som du har brug for at passe rundt i blodpuljen.Denne teknik låser op for oprettelsen af indviklede patientspecifikke silikonemodeller. Vi er ikke længere begrænset af begrænsninger for 3D-printmateriale. I stedet er vi bemyndiget til at imødekomme enhver efterspørgsel efter komplekse kirurgiske trænere.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Systematic manipulation of a cell microenvironment with micro- and nanoscale resolution is often required for deciphering various cellular and molecular ...

Patient-specific Modeling of the Heart: Estimation of Ventricular Fiber Orientations

Patient-specifikke Modeling of the Heart: Estimering af Ventrikulære fiberorienteringer

Patient-specific  simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered  by the absence of in vivo imaging technology for ...

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

På stedet TEM af biologiske samlinger i væske

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an ...

Training Persons with Spinal Cord Injury to Ambulate Using a Powered Exoskeleton

Uddannelse Personer med rygmarvsskader at ambulate Ved hjælp af en Powered Exoskeleton

Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper ...

Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving (SSLE) of Glass Crystals

Scaled Anatomical Model Creation of Biomedical Tomographic Imaging Data and Associated Labels for Subsequent Sub-surface Laser Engraving SSLE of Glass Crystals

Skalerede Anatomisk model Creation of Biomedical Tomografisk Imaging Data og associerede Etiketter til Efterfølgende Sub-overflade Lasergravering (SSLE) af glas krystaller

Biomedical imaging modalities like computed tomography (CT) and magnetic resonance (MR) provide excellent platforms for collecting three-dimensional data ...

Creation of Cardiac Tissue Exhibiting Mechanical Integration of Spheroids Using 3D Bioprinting

Oprettelse af hjertevæv, der udviser mekanisk integration af sfæroider ved hjælp af 3D bioprinting

This protocol describes 3D bioprinting of cardiac tissue without the use of biomaterials, using only cells. Cardiomyocytes, endothelial cells and ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Smelte Electrospinning skrivning af tre-dimensionelle Poly(ε-caprolactone) stilladser med kontrollerbare morfologier for Tissue Engineering applikationer

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Targeting Neuronal Fiber Tracts for Deep Brain Stimulation Therapy Using Interactive, Patient-Specific Models

Målretning Neuronal Fiber skrifter for dyb Brain Stimulation terapi ved hjælp af interaktive, Patient-specifikke modeller

Deep brain stimulation (DBS), which involves insertion of an electrode to deliver stimulation to a localized brain region, is an established therapy for ...

Protocol for MicroRNA Transfer into Adult Bone Marrow-derived Hematopoietic Stem Cells to Enable Cell Engineering Combined with Magnetic Targeting

Protokol for mikroRNA overførsel i knoglemarv-afledte hæmatopoietisk stamceller til at aktivere celle Engineering kombineret med magnetisk målretning

While CD133+ hematopoietic stem cells (SCs) have been proven to provide high potential in the field of regenerative medicine, their low retention rates ...

A Net Mold-based Method of Scaffold-free Three-Dimensional Cardiac Tissue Creation

En netto skimmel-baseret metode til stillads-gratis tre-dimensionelle hjerte væv skabelse

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. ...