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

De auteurs willen OSF HealthCare bedanken voor het mogelijk maken van deze studie, evenals Dr. Mark Plunkett voor zijn procedurele kennis en toepassing van vaardigheden op ons eindproduct.

<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Na voltooiing van het protocol zou een patiëntspecifiek siliconen cardiaal model voor chirurgische voorbereiding moeten resulteren. Er zijn echter verschillende kritieke stappen die correct moeten worden voltooid om dit te bereiken. Een samenvatting van de kritieke stappen in het protocol is te zien in aanvullend bestand 2, evenals mogelijke uitkomsten als de stappen niet correct worden uitgevoerd. De eerste kritieke stap omvat de segmentatie van de radiologische beeldvormingsgegevens van de patiënt. Deze stap vereist de verwerving van een diagnostische 3D-beeldvormingsdataset. Modelgebruik in pre-chirurgische planning of onderwijs is afhankelijk van de kwaliteit van de 3D-dataset. Het wordt aanbevolen om een verzameling afbeeldingen te gebruiken met een segmentgrootte tussen 0,625 mm en 2,6 mm om ervoor te zorgen dat de gegevensset een adequate resolutie heeft voor modelproductie. Alle beeldvormingsparameters moeten echter worden ingesteld door een clinicus die deskundig is op het gebied van radiologie, waarbij patiëntenzorg de prioriteit is. Opgemerkt moet worden dat het mogelijk kan zijn om een model te produceren uit een afbeeldingenset die is verzameld met een segmentgrootte buiten de aanbevolen waarden, maar de modelresolutie en -kwaliteit worden negatief beïnvloed. Nadat afbeeldingen zijn verkregen, als de segmentatie niet correct wordt uitgevoerd, wordt deze meestal niet gerealiseerd totdat het uiteindelijke model is geproduceerd en erin is gesneden, wat resulteert in een verlies van tijd en materialen. Om deze negatieve uitkomst te voorkomen, wordt aanbevolen dat een materiedeskundige de gesegmenteerde bestanden beoordeelt voordat de digitale mallen voor kwaliteitscontrole worden gemaakt. De volgende kritieke stap vindt plaats tijdens het maken van de digitale mallen. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de myocardiale behuizing rond het bloedpoolmodel kan worden gemonteerd. Als de behuizing niet rond het bloedbad sluit, kan deze niet worden gebruikt om het siliconenmodel te maken, omdat niet-uitgeschakelde siliconen voortdurend zullen lekken en de anatomie kan worden vervormd. Een handheld roterend schuurgereedschap kan worden gebruikt om stukjes van de myocardiale mal alleen licht te verwijderen als er kleine aanpassingen nodig zijn. Als er grote aanpassingen nodig zijn, moet de digitale mal worden gewijzigd en een bijgewerkte behuizing worden afgedrukt. De laatste kritische stap is het gieten van de siliconen. Strikte naleving van materiaalinstructies is noodzakelijk bij het gebruik van de siliconen, omdat het niet doen hiervan kan resulteren in siliconen die uitharden met een plakkerig oppervlak. Als het oppervlak te plakkerig wordt geacht voor gebruik door het MKB, moet het bloedbad mogelijk opnieuw worden afgedrukt als het niet met succes uit de siliconen kan worden verwijderd. De siliconen moeten opnieuw worden gegoten, wat resulteert in een verlies van tijd en materialen. Als er onvoldoende siliconen worden gebruikt of als de siliconen tijdens het instellingsproces uit de mal van de myocardiale behuizing lekt, is het resulterende model onvolledig. Deze storing kan worden verholpen door extra siliconen in de mal te mengen en te gieten. Een materiaal zoals hete lijm of klei kan worden gebruikt om de naden van de myocardiale behuizingsvorm af te dichten als een kleine hoeveelheid siliconen lijkt door te lekken tijdens het uithardingsproces.
Deze methode voor het maken van patiëntspecifieke siliconen cardiale modellen kan worden aangepast om het creëren van een model van elke zachte anatomische structuur met patiëntspecifieke of complexe binnen- en buitengeometrie mogelijk te maken. Ervan uitgaande dat de doelanatomie correct is gesegmenteerd, kunnen de resterende stappen van het protocol met minimale verandering worden gevolgd. Hoewel het niet de focus van het huidige werk is, is het protocol met vergelijkbaar succes toegepast op leverparenchym. Het gebruikte 3D-printmateriaal kan ook worden aangepast. ABS en PLA worden aanbevolen voor gebruik vanwege hun lage kosten, maar elk oplosbaar 3D-printmateriaal kan de plaats innemen van ABS en elk gewenst 3D-printmateriaal kan de plaats innemen van PLA met minimale of geen wijziging van het protocol. Alle door de fabrikant gespecificeerde afdrukparameters van het filament moeten worden gevolgd bij het gebruik van andere afdrukmaterialen. Deze methode kan verder worden aangepast door het gebruik van een andere siliconen. De siliconen die in dit protocol worden aanbevolen voor gebruik hebben een kusthardheid van 2 A, maar als een andere kusthardheidswaarde wenselijk is, kan een andere siliconen worden vervangen met minimale of geen wijziging van het protocol. Zorg ervoor dat u zich houdt aan alle productiespecificaties en -procedures bij het gebruik van een ander siliconenproduct.
Hoewel dit protocol een verbeterde cardiale modelleringsprocedure schetst, is het niet zonder beperkingen. De belangrijkste beperking van dit protocol is dat hoewel de gebruikte platina-uithardingssiliconen dichter bij de hardheid van hartweefsel liggen dan andere beschikbare materialen, hardheid niet de enige eigenschap is die een rol speelt bij de fijne motoriek van chirurgische training. In het bijzonder zal echt hartweefsel brokkeligheid vertonen of scheuren onder kracht. De gebruikte siliconen zijn zeer elastisch, met een rek bij breuk van 763% en treksterkte van 1.986 kPa19. Varkenshartweefsel, waarvan wordt aangenomen dat het een nauwkeurige weergave is van menselijk hartweefsel, heeft een rek bij breuk van 28-66% en treksterkte van 40-59 kPa26. Dit verschil vormt een probleem, omdat hartchirurgische fellows een oefenoperatie kunnen uitvoeren op een siliconenmodelhart en een vals gevoel van vertrouwen krijgen omdat het model krachten kan weerstaan die echt hartweefsel niet kan weerstaan. Deze methodologie heeft ook het potentieel om te worden beperkt door een cardiaal model met een zeer complexe geometrie. Naarmate de anatomische complexiteit van het model toeneemt, kan het protocol dit compenseren door het aantal stukken in de myocardiale mal te vergroten. In wezen zullen steeds complexere modellen steeds complexere matrijsontwerpen en een langere ontwerptijd vereisen.
Het modelcreatieproces dat in dit protocol wordt beschreven, is superieur aan veel van de andere beschikbare alternatieven vanwege het vermogen om goedkope exacte anatomische replica's van chirurgisch aangetroffen anatomie opnieuw te maken. Cadaveric en dierlijk weefsel maken high-fidelity simulaties mogelijk, maar ze hebben veel hogere kosten en vereisen specifieke laboratoriumopstellingen die moeten worden gebruikt en onderhouden2,6. Verder hebben cadaverische en dierlijke weefselmodellen ethische bezwaren, zijn ze niet patiëntspecifiek en moet complexe CHD vaak handmatig worden vervaardigd door een chirurg of instructeur, wat vaak leidt tot onnauwkeurigheden of schade aan de omliggende weefsels en organen. Een andere mogelijke modelleringstechniek betreft het gebruik van virtual reality. Virtual reality maakt de digitale replicatie van patiëntspecifieke hartmodellen mogelijk, wat een effectief hulpmiddel is voor het vaststellen van nauwkeurige mentale representaties van de anatomie van de patiënt en chirurgische plannen. Bovendien hebben sommige VR-systemen basissimulaties mogelijk gemaakt met de integratie van haptische feedback. De beschikbare haptische feedback mist echter het realisme dat nodig is om de noodzakelijke fijne motoriek voor aangeboren hartchirurgische procedures te repliceren4. 3D-printen is een andere beschikbare methode om patiëntspecifieke hartmodellen te produceren2,24. De wijdverspreide implementatie van high-fidelity 3D-printers die in staat zijn om multi-materiaal, zachte modellen te produceren, wordt echter geremd door hun extreem hoge kosten11,14,15. Goedkope 3D-printers zijn beschikbaar, maar kunnen alleen printen in materialen die veel steviger zijn dan echt myocardium. Toen een van de zachtste beschikbare materialen voor een 3D-printer werd gebruikt om een model te maken door Scanlan et al., bleek het model steviger te zijn dan echt hartweefsel17. Het beschreven materiaal had een kusthardheid tussen 26 A en 28 A, waardoor het een textuur had die leek op een elastiekje. De platina uitgeharde siliconen die in dit protocol worden gebruikt, hebben een shore-hardheid van 2 A, waardoor het een textuur heeft die vergelijkbaar is met een gelschoeninzet en veel dichter bij de hardheid van echte hartweefsels, die 43 00 is20 of ~0 A. Hoashi et al. ook gebruik gemaakt van een vergelijkbare methode als beschreven in dit protocol om een flexibel 3D-geprint hartmodel te ontwikkelen. Twee mallen, die de binnenste en buitenste myocardiale geometrie vertegenwoordigen, werden 3D-geprint met behulp van een SLA-printer gevolgd door vacuümgieten van een rubberachtige polyurethaanhars. Hoewel deze methode een zacht cardiaal model opleverde, bedroegen de voorgestelde productiekosten van deze methode per model 2.000 tot 3.000 USD.22. Ter vergelijking: de totale materiaalkosten van de methode die in het gepresenteerde protocol wordt beschreven, bedragen minder dan 10 USD. Ten slotte werd een soortgelijke methode ook gebruikt door Russo et al.. om siliconenmodellen van de aortaklep en proximale aorta te maken voor procedurele praktijk. Terwijl de Russo et al. methode is gericht op een vergelijkbaar doel, hun gepresenteerde proces gericht op het repliceren van veel eenvoudigere anatomieën van de aorta of aortakleppen. Het protocol dat hierin wordt gepresenteerd, onderscheidt zich door zich te concentreren op intra-cardiale en myocardiale anatomieën die kleiner en complexer zijn en uiterst moeilijk te repliceren zouden zijn gezien historische methodologieën. Ondanks dit verschil, de modellen gemaakt door Russo et al. waren zeer nuttig voor simulatie en training in hartchirurgie door ondervraagde hartchirurgen23. In wezen maakt de in dit protocol beschreven methode het mogelijk om goedkope complexe, patiëntspecifieke congenitale hartmodellen te maken met nauwkeurig weergegeven defecten en materiaaleigenschappen die meer lijken op echt hartweefsel dan andere modelleringsmethoden1,16, waardoor modellen met een realistische haptische getrouwheid kunnen worden bediend.
In de toekomst kan deze methodologie worden toegepast op de vorming van een model van elke patiëntanatomie met complexe interne en externe kenmerken. Het ontwikkelen van een alternatief bloedpoolmateriaal dat op een minder destructieve manier uit het siliconenmodel kan worden verwijderd of met een minder tijdrovende methode kan worden geproduceerd, zou het proces tijd- en kostenefficiënter maken. Als gevolg hiervan zou een nieuwe bloedpool niet voor elk volgend gietproces hoeven te worden gereproduceerd, wat leidt tot de schaalbaarheid van de bijbehorende training. De fysische eigenschappen van de siliconen die zijn gebruikt om het model te maken, kunnen ook worden verbeterd. Siliconen met minder rek bij breuk zouden het realisme van het model vergroten en de waarde ervan helpen verbeteren als een educatief hulpmiddel voor hartchirurgische fellows die proberen de nodige fijne motoriek te leren voor het uitvoeren van deze complexe procedures. Een groep materialen die momenteel op de markt zijn en die het overwegen waard zijn om te helpen bij deze oplossing zijn siliconen gesimuleerde glasmaterialen25. Deze siliconenmaterialen vertonen veel minder rek bij breuk, wat leidt tot een duidelijke "verbrijzeling" bij krachttoepassing op een manier die vergelijkbaar is met glas. Het moduleren van de platina-uithardingssiliconen die in dit protocol worden gebruikt met toevoegingen van dit siliconen gesimuleerde glasmateriaal kan zorgen voor controle van de brokkeleigenschappen van het model met behoud van de juiste kusthardheid, waardoor de algehele haptische getrouwheid wordt verbeterd. Ten slotte wordt de resolutie van de anatomie die dit protocol kan produceren beperkt door de resolutie van de 3D-printer die wordt gebruikt om de mallen te genereren. Naarmate de technologie blijft verbeteren, moet ook de resolutie van de anatomie die met dit protocol kan worden gemaakt, verbeteren.

Bijna 1 op de 100 kinderen in de Verenigde Staten wordt geboren met aangeboren hartafwijkingen (CHD). Vanwege de neiging van moeders met CHDs om kinderen met CHD's te krijgen, is er een verwachting dat het percentage in de komende zeven generaties meer dan verdubbelt1. Hoewel niet elke CHD als complex of ernstig wordt beschouwd, geeft de algemene groeiverwachting aan dat er motivatie is om de technologie en procedures te verbeteren die in staat zijn om CHD-behandeling aan te pakken. Naarmate de technologie verbetert, tonen hartchirurgen zich vaak bereid om complexere procedures aan te pakken. Deze bereidheid heeft geleid tot een toenemend aantal complexe cardiale procedures, waardoor de behoefte aan meer geavanceerde technieken voor chirurgische planning en onderwijs is toegenomen. Dit zorgt er op zijn beurt voor dat hartchirurgen behoefte hebben aan zeer nauwkeurige, patiëntspecifieke modellen en hartchirurgen die zeer effectieve trainingsmethoden nodig hebben.
Congenitale hartchirurgie is een van de technisch meest veeleisende chirurgische disciplines vanwege de kleine omvang van de patiënten, de complexiteit van de hartafwijkingen en de zeldzaamheid van sommige afwijkingen2. In de meest extreme gevallen kan een kind worden geboren met een enkele ventrikel. Het is niet ongebruikelijk dat de chirurg een vat met een diameter van 2,0 mm neemt en het met een vast pericardium patcht om een vat van 1,0 cm te creëren waardoor een pasgeborene kan groeien in deze levensreddende procedure - allemaal terwijl onder de klok, omdat de pasgeborene in volledige circulatiestilstand is. Tussen het normale vierkamerhart en deze extreme voorbeelden bevinden zich talloze mogelijkheden van kamergrootte en klepposities die zeer complexe 3D-puzzels vormen. De rol van het aangeboren hartteam is om de unieke anatomie duidelijk af te bakenen en een plan te ontwikkelen om het organische weefsel te herconfigureren tot een functioneel hart waarmee een kind kan groeien met de beste kans op een normaal leven. Nauwkeurige modellen maken opzettelijke chirurgische oefening en herhaling mogelijk in een omgeving waar fouten kunnen worden vergeven en niet zullen resulteren in schade aan de patiënt3,4. Deze training leidt tot de ontwikkeling van verbeterde chirurgische expertise, evenals technische en beoordelingsvaardigheden. Beperkte middelen en de zeldzaamheid van bepaalde hartaandoeningen kunnen het bereiken van het gewenste niveau van herhaling en visualisatie echter bijna onmogelijk maken. Om dit tekort aan middelen te helpen verklaren, is het gebruik van simulaties voor het onderwijs toegenomen2,3. Veelgebruikte simulatie- of modelleringstechnieken zijn menselijke kadavers, dierlijke weefsels, virtual reality-modellen (VR) en 3D-geprinte modellen.
Cadaveric weefsel is van oudsher beschouwd als de gouden standaard voor chirurgische simulatie, met dierlijk weefsel op een goede tweede plaats. Kadavers en dierlijke weefsels kunnen high-fidelity simulaties produceren omdat ze de anatomische structuur van belang bevatten, alle omliggende weefsels, en perfusietechnieken mogelijk maken om de bloedstroom te simuleren4. Ondanks de voordelen van weefselmodellen zijn er nadelen. Gebalsemd weefsel ervaart verminderde mechanische compliance, waardoor sommige operaties onrealistisch en moeilijk uit te voeren zijn. Weefsels vereisen constant onderhoud, specifieke faciliteiten, zijn niet herbruikbaar2, kunnen duur zijn om te verkrijgen3 en zijn van oudsher het onderwerp van ethische bezwaren. Het belangrijkste is dat aangeboren hartaandoeningen eenvoudigweg niet beschikbaar zijn in cadaverische monsters.
VR- en 3D-geprinte modellen5,6,7,8,9,10 bieden een andere optie voor harteducatie, simulatie en modellering om te helpen bij het maken van preoperatieve plannen. Deze modellen verminderen ambiguïteit geassocieerd met het gevarieerde visuo-ruimtelijke vermogen van een gebruiker om 2D-beelden te interpoleren als een 3D-structuur10,11. De virtuele omgeving kan chirurgische hulpmiddelen bevatten die kunnen worden gemanipuleerd en communiceren met modellen, waardoor chirurgen en fellows hand-oogcoördinatie, fijne motoriek en bekendheid met sommige procedures kunnen ontwikkelen4. De huidige populaire 3D-printtechnologieën, waaronder fused deposition modeling (FDM), stereolithografie (SLA), selectieve lasersintering (SLS) en polyjet, blijken modellen te produceren met submillimeterprecisie13. Zowel VR- als 3D-geprinte modellen zijn herbruikbaar en kunnen zeer gedetailleerd zijn; modellen kunnen zelfs worden gegenereerd op basis van radiologische beeldvormingsgegevens van de patiënt, wat resulteert in replica's van de anatomie van de patiënt. Ondanks de vele voordelen van een VR- of 3D-geprint model, schieten ze tekort wanneer de kosten en haptische getrouwheidsvereisten van aangeboren hartchirurgie worden overwogen. Het opzetten van een VR-omgeving heeft hoge kosten en VR-omgevingen kunnen geen haptische feedback uit de echte wereld bieden. Terwijl de haptische getrouwheidstechnologie verbetert, remt de huidige kloof het vermogen van een student om vertrouwd te raken met de fijne motoriek die nodig is om procedures uit te voeren4. Evenzo kunnen, afhankelijk van het type 3D-printtechnologie dat wordt gebruikt, de kosten van 3D-printen vrij hoog zijn, omdat de aankoopprijs van de printer en de kosten van het printmateriaal moeten worden overwogen11,14. Een enkel high-fidelity cardiaal model met realistische haptische feedback kan worden geproduceerd met behulp van een high-end printer, maar kost alleen al honderden dollars aan materiaal met een printeraankoopprijs van meer dan 100.000 USD15. Een hartmodel geproduceerd met behulp van een filament met een shore-hardheid van 26-28 A bleek ongeveer 220 USD per model te kosten16. Als alternatief zijn er veel goedkope 3D-printers en -technologieën beschikbaar met een printeraankoopprijs van minder dan 5.000 USD. De gemiddelde materiaalprijzen voor een cardiaal model gegenereerd op een goedkope FDM-printer bleken ongeveer 3,80 USD te zijn met een materiaal met een shore-hardheid van 82 A en 35 USD met een materiaal met een shore-hardheid van 95 A15,16. Hoewel deze machines een goedkope oplossing bieden, gaat dit ten koste van haptische getrouwheid.
Hoewel VR en 3D-printen een gedetailleerde visuele en conceptuele evaluatie van een hartaandoening mogelijk kunnen maken, is de hoge prijs die gepaard gaat met het produceren van een model voor hands-on chirurgische simulatie vaak een belangrijke barrière. Een oplossing is het gebruik van siliconen om een fysiek en texturaal nauwkeurig hartmodel te creëren. Patiëntspecifieke siliconenmodellen kunnen een dieper begrip van de unieke anatomie vergemakkelijken door chirurgen in staat te stellen een procedure te zien, te voelen en zelfs te oefenen terwijl ze realistische haptische feedback ervaren in een omgeving die een minimaal risico voor een patiënt met zich meebrengt en geen gevolgen heeft als de procedure niet succesvol is9. Siliconengieten is een effectieve methode gebleken om de menselijke anatomie te modelleren die modellen produceert met fysieke eigenschappen die aanzienlijk dichter bij echt weefsel liggen dan modellen die zijn gegenereerd met goedkoop 3D-printen17. Scanlan et al., vergeleken de eigenschappen van goedkope 3D-geprinte met siliconen gegoten hartkleppen om de gelijkenis met echt weefsel te evalueren; uit de studie bleek dat hoewel de fysieke eigenschappen van de siliconenkleppen geen exacte replica waren van echt weefsel, de eigenschappen veel beter waren dan de 3D-geprinte kleppen17. Het 3D-printmateriaal dat in het onderzoek wordt gebruikt, is een van de zachtste materialen die beschikbaar zijn voor goedkope 3D-printers en heeft een shore-hardheid tussen 26 en 28 A18. De platina kuren siliconen aanbevolen voor gebruik in het onderstaande protocol heeft een shore hardheid van 2 A die veel dichter bij de shore hardheid van hartweefsel ligt, 43 op de schaal 00, of ongeveer 0 A19,20. Dit verschil is aanzienlijk omdat de siliconenmodellen een high-fidelity fijnmotorische vaardigheidstraining mogelijk maken die de direct 3D-geprinte materialen niet bereiken. De totale materiaalkosten voor het model dat in dit protocol wordt voorgesteld, bedragen minder dan 10 USD. De voorgestelde siliconenmodellen combineren de zachte weefseleigenschappen die nodig zijn voor realistische haptische feedback met de veelzijdigheid en precisie van goedkope 3D-geprinte modellen.
Hoewel de voordelen van siliconen het de voor de hand liggende keuze lijken te maken voor het maken van modellen, is het gebruik van siliconen beperkt door de anatomie die kan worden gevormd. Vers gemengde siliconen is een vloeistof die een mal nodig heeft om het in de gewenste vorm te houden terwijl het uithardt. Historisch gezien konden siliconen hartmallen alleen details van het buitenoppervlak van het model bevatten. Intra-cardiale details, waaronder het hele bloedpoolgebied, zouden worden gevuld met siliconen en verloren gaan. Eerdere studies hebben siliconenmodellen van specifieke interessegebieden in het hart bereikt (bijv. Aortawortel21) of hebben een extrapolatorische methode gebruikt om myocardiaal weefsel te simuleren22. Dit protocol is nieuw omdat het het gebruik van siliconenmateriaal wil combineren met anatomische, volledige myocardiale simulatie met hoge resolutie, waarbij specifiek elke methode van extrapolatie wordt vermeden. Voor zover wij weten, heeft geen enkel beschrijvend manuscript een methodologie geboden die deze aspecten combineert. De in dit protocol beschreven methode introduceert een techniek om een patiëntspecifiek cardiaal model te bereiken met intra-cardiale anatomische replicatie die nauwkeurig genoeg is voor chirurgische preoperatieve praktijk. De methode omvat de creatie van een myocardiale mal om de siliconen in de juiste vorm te houden terwijl deze uithardt en een binnenste schimmel om de interne, intra-cardiale details van het model te behouden en te voorkomen dat de siliconen het bloedpoolgebied van het hart vullen. De binnenste mal moet dan worden opgelost, waardoor een volledig siliconen cardiaal model met patiëntspecifieke anatomie op de buiten- en binnenoppervlakken overblijft. Zonder het voorgestelde protocol van cardiale modelcreatie hierin, bestaat er geen goedkope oplossing om de chirurgische procedure te simuleren met een materiaal dat de werkelijke weefselkenmerken van het myocard nabootst.

<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

Driedimensionale modellen kunnen een waardevol hulpmiddel zijn voor chirurgen bij het ontwikkelen van chirurgische plannen en medische fellows terwijl ze leren over complexe gevallen. Met name 3D-modellen kunnen een belangrijke rol spelen op het gebied van cardiologie, waar complexe aangeboren hartziekten voorkomen. Hoewel veel 3D-printers anatomisch correcte en gedetailleerde modellen kunnen bieden, slagen bestaande 3D-printmaterialen er niet in om myocardiale weefseleigenschappen te repliceren en kunnen ze extreem duur zijn. Dit protocol heeft tot doel een proces te ontwikkelen voor het maken van patiëntspecifieke modellen van complexe aangeboren hartafwijkingen met behulp van een goedkope siliconen die nauwer aansluit bij de eigenschappen van de hartspier. Met verbeterde modelgetrouwheid kan daadwerkelijke chirurgische procedurele training plaatsvinden voorafgaand aan de procedure. Succesvolle creatie van hartmodellen begint met de segmentatie van radiologische beelden om een virtuele bloedpool (bloed dat de kamers van het hart vult) en myocardiale weefselschimmel te genereren. De bloedpool en myocardiale mal zijn 3D-geprint in acrylonitrilbutadieen styreen (ABS), een kunststof oplosbaar in aceton. De mal wordt rond het bloedbad geassembleerd, waardoor een negatieve ruimte ontstaat die het myocardium simuleert. Siliconen met een shore-hardheid van 2A worden in de negatieve ruimte gegoten en laten uitharden. De myocardiale mal wordt verwijderd en het resterende siliconen / bloedpoolmodel wordt ondergedompeld in aceton. Het beschreven proces resulteert in een fysisch model waarin alle cardiale kenmerken, inclusief intra-cardiale defecten, worden weergegeven met meer realistische weefseleigenschappen en dichter bij elkaar worden benaderd dan een directe 3D-printbenadering. De succesvolle chirurgische correctie van een model met een ventrikelseptumdefect (VSD) met behulp van een GORE-TEX-pleister (standaard chirurgische ingreep voor defect) toont het nut van de methode aan.

Radiologische beeldvormingsgegevens van een patiënt met een VSD werden gekozen om een representatief siliconen cardiaal model te genereren. De anatomie van de patiënt werd gesegmenteerd met behulp van CAD-segmentatiesoftware om een digitaal myocardiaal model en een digitaal bloedpoolmodel te genereren (figuur 1). Handmatige segmentatie van bloedpool en myocardium met het gepresenteerde protocol duurt 1-3 uur om te voltooien. Na voltooiing van de segmentatie werd het myocardiale model geopend in CAD-software voor verdere verwerking. Het model werd uitgelijnd op een 3D-vak dat in het programma was gemaakt en vervolgens afgetrokken met booleaanse bewerkingen. Dit proces liet een negatief van het myocardiale model achter en vormde een mal. Deze myocardiale mal werd bijgesneden tot een meer geschikte maat, in segmenten gesneden en aangepast met rekwisieten voor het uitlijnen van de stukken (figuur 2). Het maken van de zaak duurde 2-6 uur. Alle myocardiale schimmelstukken en de bloedpool werden geladen in een 3D-printsnijsoftware en G-Code werd gegenereerd om 3D-printen in ABS (figuur 3). De 3D-geprinte stukken met verwijderd steunmateriaal zijn te zien in figuur 4. De myocardiale behuizingsstukken werden met damp gladgestreken om de oppervlakteafwerking van het model te verbeteren (figuur 5). Na voltooiing van het dampgladde proces werd de mal rond het bloedpoolmodel geassembleerd en werd siliconen gegoten. De montage en siliconenschenk duurde een uur. Na de siliconenset werd het hartmodel uit de myocardiale behuizing verwijderd en ondergedompeld in aceton om de bloedpool op te lossen. Na ongeveer vierentwintig uur weken was de bloedpoel opgelost. Een laatste acetonspoeling werd uitgevoerd en het model mocht volledig drogen. Het voltooide siliconen cardiale model is te zien in figuur 6. Om de nauwkeurigheid en functionaliteit van het siliconenmodel te evalueren, werd een incisie gemaakt door de CHD-expert (aangeboren hartafwijking) om de binnenanatomie te kunnen observeren. De verwachte VSD was aanwezig en een GORE-TEX-pleister werd door de aangeboren hartchirurg op het model genaaid om de VSD te corrigeren (figuur 7). In een succesvol afgerond siliconenmodel zullen alle anatomie en defecten van de patiënt zowel uitwendig als inwendig aanwezig zijn. Een samenvatting van het protocol is te zien in Aanvullend Dossier 1. 
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62805/62805fig07.jpg"> Figuur 7: GORE-TEX pleister genaaid in siliconen cardiaal model met VSD. Foto van (A) chirurg's weergave van een patiëntspecifiek siliconen cardiaal model met een VSD en (B) chirurg's weergave van de VSD in het model gesloten met een GORE-TEX pleister. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/62805fig07large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Aanvullend bestand 1: Schema van siliconen hart fabricage protocol. Schematische illustratie van het protocol bij de fabricage van een patiëntspecifiek siliconen cardiaal model. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_1.psd" target="_blank">Klik hier om dit bestand te downloaden.</a>
Aanvullend dossier 2: Samenvatting van kritieke stappen en mogelijke negatieve uitkomsten. Samenvatting van de stappen die cruciaal zijn bij de ontwikkeling van een patiëntspecifiek siliconen cardiaal model en de mogelijke negatieve uitkomsten die kunnen ontstaan als de stappen niet correct worden gevolgd. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_2.psd" target="_blank">Klik hier om dit bestand te downloaden.</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

Patiëntspecifieke modellen verbeteren het vertrouwen van de chirurg en collega bij het ontwikkelen of leren van chirurgische plannen. Driedimensionale (3D) printers genereren voldoende details voor chirurgische voorbereiding, maar slagen er niet in om de haptische getrouwheid van weefsel te repliceren. Er wordt een protocol gepresenteerd met details over de creatie van patiëntspecifieke, siliconen cardiale modellen, waarbij 3D-printprecisie wordt gecombineerd met gesimuleerd siliconenweefsel.

Creatie van patiëntspecifieke siliconen cardiale modellen met toepassingen in pre-chirurgische plannen en hands-on training

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 ...

Complexe aangeboren hartziekten zijn een moeilijk 3D-probleem. Bestaande 3D-printtechnologieën slagen er niet in om de eigenschappen van myocardiaal weefsel nauwkeurig te repliceren. Dit protocol creëert modellen voor high-fidelity chirurgische training.Deze techniek creëert op kosteneffectieve wijze patiëntspecifieke 3D-modellen op basis van hun beeldvorming. Het modelleren van de interne en externe anatomie van hun organen stelt ons in staat om onze patiënten intiem te kennen en te verzorgen. Door deze modellen te maken in een materiaal dat anatomisch weefsel nauw vertegenwoordigt, kan deze techniek worden toegepast op elke proceduretrainer die anatomie omvat.Open om te beginnen het STL-bestand van het myocardiale casusmodel in een CAD-programma. Importeer in Magics de STL-bestanden die zijn gegenereerd via importdeel twee. Selecteer in het venster projectbeheer de transparante optie voor modelrendering.Gebruik de linker- en rechtermuisknop om het rotatie- en pangereedschap te bedienen voor het aanpassen van de weergave van de myocardiale basis door de apex van het hart naar beneden en de aortaboog horizontaal te richten. Om het overtollige myocardiale behuizingsmateriaal van het model bij te snijden, gaat u naar gereedschappen, selecteert u knippen en geeft u polyline aan, selecteert u vervolgens interessante punten en klikt u op Toepassen. Snijd op dezelfde manier de myocardiale behuizing in meerdere stukken.Ga naar snede, selecteer geef polyline aan en selecteer vervolgens aandachtspunten voor het maken van een horizontale snede door de aorta die de myocardiale behuizing verdeelt in een onderste helft met de top en de bovenste helft, evenals voor het maken van twee verticale sneden langs het breedste deel van de onderste helft en bovenste helft van de myocardiale behuizing. En klik ten slotte op toepassen. Om een goede uitlijning tijdens de montage te garanderen, maakt u met behulp van een gereedschap voor het genereren van schroef en een Booleaans aftrekkingsgereedschap met een spelingswaarde van 0,25 millimeter bijpassende rekwisieten en schroefholtes en voegt u deze toe aan de myocardiale behuizingsstukken door op props toevoegen te klikken.Geef de positie op het model aan en klik vervolgens op toepassen. Maak in een van de bovenste helftstukken van de myocardiale behuizing een siliconen vulgat met een diameter van één centimeter en controleer de plaatsing van het gat met een KMO. Selecteer controleerdiagnostiek voor het controleren van diagnostiek op alle case pieces afzonderlijk om fouten te vinden zoals omgekeerd normaal, slechte randen, slechte contouren, bijna-slechte randen, vlakke gaten of schelpen in de myocardiale behuizingsstukken.Als er een fout wordt gedetecteerd, klikt u op Automatisch oplossen om deze te herstellen. En als alternatief kunnen fouten handmatig worden opgelost of met behulp van een reparatietool of wizard. Als fouten niet kunnen worden opgelost met de alternatieve optie, corrigeert u de fouten met een krimpfolietool.Klik op fix, selecteer shrink wrap en volg het dialoogvenster om het krimpfoliemonsterinterval en de gap fill-waarden aan te passen als dat nodig is om de fouten op het specifieke stuk te corrigeren zonder de fysiologie te wijzigen bij MKB-beoordeling. Sla vervolgens de afzonderlijke myocardiale behuizingsstukken op of exporteer ze als STL-bestanden. Open de myocardiale behuizing en bloedpoolmodellen in de juiste snijsoftware om 3D-afdrukbestanden te produceren.Voeg handmatig 3D-printondersteuning toe aan alle onderdelen of gebruik een automatische ondersteuningstool die in de software wordt geleverd, indien beschikbaar. Segmenteer de modellen om G-code te genereren voor gebruik op de 3D-printer met de parameters die worden beschreven in het tekstmanuscript en sla de G-code op of exporteer deze. Upload het afdrukbestand naar de 3D-printer.Nadat u ervoor hebt gezorgd dat het juiste filament op de 3D-printer is geladen, begint u met afdrukken. Wanneer het afdrukken is voltooid, gebruikt u de naaldneustang en een pincet om al het ondersteunende materiaal van de bedrukte stukken te verwijderen. Monteer de myocardiale behuizingsstukken rond de bloedbadvorm en zorg ervoor dat alle stukjes goed in elkaar passen.Als de myocardiale behuizing niet rond het bloedbad past, maak dan kleine aanpassingen aan de malstukken van de behuizing met behulp van een handgreep roterend schuurgereedschap om materiaal te verwijderen. Maak vervolgens het oppervlak van de myocardiale behuizing glad met acetondamp. Bekleed hiervoor de bodem en zijkanten van een container met papieren handdoeken die niet worden beïnvloed door aceton.Giet de aceton op de onderste papieren handdoek en laat het de papieren handdoeken naar de zijkant van de container verspreiden, maar vorm geen zwembad op de bodem. Plaats een stuk aluminiumfolie in de container om de onderste papieren handdoek te bedekken. Oriënteer de stukjes myocardiale behuizing op de aluminiumfolie zodat de gewenste gladde gezichten verticaal zijn, zodat de stukken elkaar of de papieren handdoeken niet op de wanden van de container raken.Bedek de container met aluminiumfolie en laat de myocardiale behuizingsstukken ongestoord in de container blijven totdat tot 80% van de gewenste oppervlakteafwerking is bereikt. Zodra het oppervlak glad is, verwijdert u voorzichtig de stukjes myocardiale behuizing uit de container, raakt u alleen de buitenoppervlakken aan en laat u de stukken gedurende ongeveer 30 minuten volledig ontgassen in een goed geventileerde ruimte of totdat de stukken volledig droog en hard worden. Meet het volume van de myocardsegmentatie met behulp van CAD-software om de benodigde hoeveelheid siliconen te bepalen.Roer deel A en deel B van de siliconen grondig. Als kleur gewenst is op het model, voeg pigment toe en meng alle delen en pigment grondig, plaats dan een grondig gemengde siliconen in een vacuümkamer gedurende twee tot drie minuten bij 29 inch kwik. Wanneer dit siliconenmengsel volledig is ontgast, verwijdert u het uit de kamer en dompelt u het bloedbad onder in het siliconenmengsel om ervoor te zorgen dat alle holtes en holtes in de bloedpool worden gevuld met siliconen en het bloedbad grondig wordt gecoat.Spuit in een goed geventileerde ruimte alle stukken van de myocardiale behuizing grondig in met een product met een eenvoudige afgifte. Monteer de onderste helft van het myocardiale geval rond de top van de bloedpool. In geval van lekkage, dicht het lek met klemmen, hete lijm of klei.Giet vervolgens siliconen in de ruimte tussen het bloedbad en de wand van de behuizing totdat de geassembleerde myocardiale malstukken zijn gevuld. Na het monteren van de resterende stukken van de myocardiale behuizing, bevestigt u de behuizingsstukken indien nodig stevig met behulp van elastiekjes en klemmen. Wanneer de siliconen zijn gestold, verwijdert u het siliconenhart uit de myocardiale behuizing en snijdt u alle siliconennaden af die zijn ontstaan uit de ruimte tussen de stukjes van de behuizing of het vulgat.Na het identificeren van alle bloedvaten met open uiteinden op het siliconenmodel, trimt u alle siliconen die de bloedvaten bedekken om de ABS-bloedpool binnenin bloot te leggen. Dompel het siliconenhart onder in aceton en ABS begint 10 tot 15 minuten na acetononderdompeling zachter te worden. Zodra ABS is verzacht, verwijdert u grote stukken ABS met een pincet om de snelheid van het ABS-oplosproces te verhogen.Wanneer het grootste deel van het ABS-bloedbad is opgelost, spoelt u het siliconenhart twee tot drie keer met schone aceton om al het ABS uit de siliconen te verwijderen. Verwijder het hartmodel uit de aceton en laat de resterende aceton uit het model verdampen in een goed geventileerde ruimte. Voor het evalueren van de nauwkeurigheid en functionaliteit van het siliconenmodel werden twee incisies gemaakt, een in de voorste linker ventrikel en de andere in de achterste rechter ventrikel om de innerlijke anatomie te visualiseren.Het verwachte ventrikelseptumdefect was aanwezig, evenals de juiste inwendige structuren en een GORE-TEX-pleister werd door een aangeboren hartchirurg in het model genaaid om het ventrikelseptumdefect te corrigeren. Het ontwerpen van de mal is cruciaal. Zorg ervoor dat je de mal in zoveel stukjes snijdt als je nodig hebt om rond het bloedbad te passen.Deze techniek ontsluit de creatie van ingewikkelde patiëntspecifieke siliconenmodellen. We worden niet langer beperkt door 3D-printmateriaalbeperkingen. Integendeel, we zijn in staat om aan elke vraag naar complexe chirurgische trainers te voldoen.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Plasma Lithografie Surface Patterning voor de schepping van 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

Patiënt-specifieke modellering van het Hart: Schatting van ventriculaire vezeloriëntaties

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

Ter plaatse TEM van biologische assemblages in vloeistof

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

Het trainen van personen met Spinal Cord Injury om ambulate gebruik van een elektrische 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

Scaled anatomisch model Creatie van biomedische tomografieafbeeldingssysteem gegevens en bijbehorende labels voor volgende Sub-surface Gravure van de Laser (SSLE) of Glass Crystals

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

Het creëren van cardiale weefsels die mechanische integratie van sferoïden tonen met behulp van 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

Electrospinning schrijven van driedimensionale Poly(ε-caprolactone) steigers met controleerbare Morphologies voor Tissue Engineering toepassingen smelten

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

Richtend neuronale Fiber traktaten voor diepe brein stimulatie therapie met behulp van interactieve, patiënt-specifieke modellen

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

Protocol voor MicroRNA overdracht naar volwassen beenmerg-afgeleide hematopoietische stamcellen om cel Engineering gecombineerd met magnetische Targeting

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

Een netto schimmel gebaseerde methode van de steiger-free driedimensionale cardiale weefsel schepping

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