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

Författarna vill erkänna OSF HealthCare för att göra denna studie möjlig, liksom Dr. Mark Plunkett för hans procedurkunskaper och tillämpning av färdigheter på vår slutprodukt.

<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>

Författarna har inget att avslöja.

Efter slutförandet av protokollet bör en patientspecifik silikon hjärtmodell för kirurgisk förberedelse resultera. Det finns dock flera kritiska steg som måste slutföras korrekt för att detta ska kunna uppnås. En sammanfattning av de kritiska stegen i protokollet kan ses i kompletterande fil 2, liksom potentiella resultat om stegen inte utförs korrekt. Det första kritiska steget innebär segmentering av patientens radiologic imaging data. Det här steget kräver att en diagnostisk 3D-avbildnings data uppsättningen uppdateras. Modellverktyget i förkirurgisk planering eller utbildning är beroende av kvaliteten på 3D-datauppsättningen. Vi rekommenderar att du använder en bilduppsättning som samlats in med en segmentstorlek mellan 0,625 mm och 2,6 mm för att säkerställa att datauppsättningen är tillräckligt uppsörd för modellproduktion. Alla bildbehandlingsparametrar bör dock ställas in av en kliniker expert på radiologi, med patientvård som prioritet. Det bör noteras att det kan vara möjligt att producera en modell från en bilduppsättning som samlats in med en segmentstorlek utanför de rekommenderade värdena, men modellupplösning och kvalitet kommer att påverkas negativt. När bilder har erhållits, om segmenteringen inte utförs korrekt, realiseras den vanligtvis inte förrän den slutliga modellen produceras och skärs in, vilket resulterar i förlust av tid och material. För att förhindra detta negativa resultat rekommenderas att en ämnesexpert granskar de segmenterade filerna innan du skapar de digitala formarna för kvalitetskontroll. Nästa kritiska steg sker under skapandet av de digitala formarna. Det är viktigt att se till att hjärtmuskeln kan monteras runt blodpoolsmodellen. Om höljet inte stängs runt blodpoolen kan det inte användas för att skapa silikonmodellen eftersom oanvänd silikon ständigt kommer att läcka ut och anatomin kan förvrängas. Ett handhållet roterande slipverktyg kan endast användas för att lätt avlägsna delar av myokardformen om små justeringar behövs. Om stora justeringar behövs måste den digitala formen ändras och ett uppdaterat fodral skrivas ut. Det sista kritiska steget är att hälla silikonet. Strikt efterlevnad av materialinstruktioner är nödvändig vid användning av silikonet, eftersom underlåtenhet att göra det kan resultera i silikon som härdar med en klibbig yta. Om ytan anses vara för klibbig för användning av det små eller medelstora företaget kan blodpoolen behöva tryckas om den inte kan avlägsnas från silikonet. Silikonet måste hällas om, vilket resulterar i förlust av tid och material. Om otillräckligt silikon används eller silikonet läcker ut ur myokardfodralformen under inställningsprocessen, kommer den resulterande modellen att vara ofullständig. Detta misslyckande kan åtgärdas genom att blanda och hälla ytterligare silikon i formen. Ett material som varmt lim eller lera kan användas för att täta sömmarna i myokardfallformen om en liten mängd silikon verkar läcka igenom under härdningsprocessen.
Denna metod för att skapa patientspecifika silikon hjärtmodeller kan ändras för att möjliggöra skapandet av en modell av någon mjuk anatomisk struktur med patientspecifik eller komplex inre och yttre geometri. Förutsatt att målanatomin är korrekt segmenterad kan de återstående stegen i protokollet följas med minimal förändring. Även om inte fokus för det nuvarande arbetet, har protokollet tillämpats på lever parenkyma med liknande framgång. Det använda 3D-utskriftsmaterialet kan också modifieras. ABS och PLA rekommenderas för användning på grund av deras låga kostnad, men allt löst 3D-tryckmaterial kan ta ABS plats, och alla önskvärda 3D-utskriftsmaterial kan ta plats för PLA med minimal eller ingen ändring av protokollet. Alla filamenttillverkarens angivna utskriftsparametrar ska följas vid användning av andra utskriftsmaterial. Denna metod kan ytterligare modifieras med hjälp av ett annat silikon. Silikonet som rekommenderas för användning i detta protokoll har en strandhårdhet på 2 A, men om ett annat hårdhetsvärde på stranden är önskvärt kan ett annat silikon ersättas med minimal eller ingen ändring av protokollet. Var noga med att följa alla tillverkningsspecifikationer och procedurer när du använder en annan silikonprodukt.
Även om detta protokoll beskriver en förbättrad hjärt modellering förfarande, det är inte utan begränsningar. Den största begränsningen av detta protokoll är att medan den använda platinahärdande silikon är närmare hårdheten hos hjärtvävnad än andra tillgängliga material, är hårdhet inte den enda egenskapen som spelar en roll i den finmotoriska skickligheten i kirurgisk träning. I synnerhet kommer verklig hjärtvävnad att visa sprödhet eller rivning under kraft. Det använda silikonet är mycket elastiskt, med en förlängning vid brytning av 763% och draghållfasthet på 1 986 kPa19. Svin hjärtvävnad, som tros vara en korrekt representation av mänsklig hjärtvävnad, har en förlängning vid brott på 28-66% och draghållfasthet på 40-59 kPa26. Denna skillnad utgör ett problem, eftersom hjärtkirurgiska kamrater kan utföra en övningsoperation på ett silikonmodellhjärta och få en falsk känsla av förtroende eftersom modellen kan motstå krafter som verklig hjärtvävnad inte kan. Denna metodik har också potential att begränsas av en hjärtmodell med mycket komplex geometri. När modellens anatomiska komplexitet ökar kan protokollet kompensera genom att öka antalet bitar i myokardformen. I huvudsak kommer alltmer komplexa modeller att kräva alltmer komplexa mögeldesigner och ökad designtid.
Modell skapande processen beskrivs i detta protokoll är överlägsen många av de andra tillgängliga alternativ på grund av dess förmåga att återskapa billiga exakta funktionella repliker av kirurgiskt påträffade anatomi. Cadaveric och djurvävnad möjliggör simuleringar med hög återgivning, men de har en mycket högre kostnad och kräver att specifika laboratorieuppsättningar används och underhålls2,6. Vidare har cadaveric och djurvävnad modeller etiska problem, är inte patientspecifika, och komplexa CHD måste ofta tillverkas manuellt av en kirurg eller instruktör, ofta leder till felaktigheter eller skador på de omgivande vävnaderna och organen. En annan potentiell modelleringsteknik innebär användning av virtuell verklighet. Virtuell verklighet möjliggör digital replikering av patientspecifika hjärtmodeller, vilket är ett effektivt verktyg för att upprätta exakta mentala representationer av patientens anatomi och kirurgiska planer. Dessutom har vissa VR-system tillåtit grundläggande simuleringar med införlivande av haptisk feedback. Den tillgängliga haptiska återkopplingen saknar dock den realism som krävs för att replikera nödvändiga finmotoriska färdigheter för medfödda hjärtkirurgiska ingrepp4. 3D-utskrift är en annan tillgänglig metod för att producera patientspecifika hjärtmodeller2,24. Den utbredda implementeringen av 3D-skrivare med hög återgivning som kan producera mjuka modeller med flera material hämmas dock av deras extremt höga kostnader11,14,15. Billiga 3D-skrivare finns tillgängliga men kan bara skriva ut i material som är mycket fastare än riktigt myokardi. När ett av de mjukaste tillgängliga materialen för en 3D-skrivare användes för att skapa en modell av Scanlan et al., visade det sig att modellen var fastare än riktig hjärtvävnad17. Det beskrivna materialet hade en strandhårdhet mellan 26 A och 28 A, vilket gav det en konsistens som liknar ett gummiband. Det platinahärdade silikonet som används i detta protokoll har en strandhårdhet på 2 A, vilket ger den en konsistens som liknar en gelskoinsats och mycket närmare hårdheten hos riktiga hjärtvävnader, vilket är 43 0020 eller ~0 A. Hoashi et al. använde också en liknande metod som den som beskrivs i detta protokoll för att utveckla en flexibel 3D-tryckt hjärtmodell. Två formar, som representerar den inre och yttre myokardergeometrin, 3D-printades med hjälp av en SLA-skrivare följt av vakuumgjutning av ett gummiliknande polyuretanharts. Även om denna metod producerade en mjuk hjärtmodell, var den föreslagna produktionskostnaden för denna metod per modell 2 000 till 3 000 USD22. Jämförelsevis är den totala materialkostnaden för den metod som beskrivs i det presenterade protokollet mindre än 10 USD. Slutligen användes en liknande metod också av Russo et al. att skapa silikonmodeller av aortaventilen och proximal aorta för procedurpraxis. Medan Russo et al. metoden är inriktad på ett liknande mål, deras presenterade process syftar till att replikera mycket enklare anatomier av aorta eller aortaventiler. Protokollet som presenteras häri särskiljer sig genom att fokusera på intra-hjärt och hjärtinfarkt anatomier som är mindre, mer komplexa och skulle vara extremt svårt att replikera givna historiska metoder. Trots denna skillnad har modellerna som skapats av Russo et al. var mycket användbara för simulering och träning i hjärtkirurgi av undersökta hjärtkirurger23. I huvudsak möjliggör den metod som beskrivs i detta protokoll lågkostnadsskapandet av komplexa, patientspecifika medfödda hjärtmodeller med noggrant representerade defekter och materialegenskaper som mer liknar äkta hjärtvävnad än andra modelleringsmetoder1,16, vilket gör det möjligt att använda modeller med en realistisk haptisk trohet.
Framöver kan denna metod tillämpas på bildandet av en modell av någon patientanatomi med komplexa interna och externa funktioner. Att utveckla ett alternativt blodpoolsmaterial som skulle kunna avlägsnas inifrån silikonmodellen på ett mindre destruktivt sätt eller produceras med en mindre tidskrävande metod skulle göra processen mer tids- och kostnadseffektiv. Som ett resultat skulle en ny blodpool inte behöva reproduceras för varje efterföljande gjutningsprocess, vilket leder till skalbarheten hos den tillhörande träningen. De fysiska egenskaperna hos det silikon som används för att skapa modellen kan också förbättras. Silikon med mindre förlängning vid paus skulle öka modellens realism och bidra till att förbättra dess värde som ett pedagogiskt verktyg för hjärtkirurgiska kamrater som försöker lära sig de nödvändiga finmotoriska färdigheterna för att utföra dessa komplexa procedurer. En grupp material som för närvarande finns på marknaden som är värda att överväga för att hjälpa till med denna lösning är silikonsimulerade glasmaterial25. Dessa silikonmaterial visar mycket mindre förlängning vid brytning vilket leder till en distinkt "krossning" vid krafttillämpning på ett sätt som liknar glas. Modulering av platinahärdningssilikonet som används i detta protokoll med tillägg av detta silikonsimulerade glasmaterial kan möjliggöra kontroll av modellens sprödhetsegenskaper samtidigt som lämplig strandhårdhet bibehålls, vilket förbättrar den totala haptiska återgivningen. Slutligen begränsas upplösningen av anatomi som detta protokoll kan producera av upplösningen på 3D-skrivaren som används för att generera formarna. När tekniken fortsätter att förbättras bör upplösningen av anatomi som kan skapas med detta protokoll också förbättras.

Nästan 1 av 100 barn i USA föds med medfödda hjärtfel (CHD). På grund av benägenheten hos mödrar med chds att få barn med CHDs, finns det en förväntan att andelen kan mer än fördubblas under de kommande sju generationerna1. Även om inte varje chd anses vara komplex eller allvarlig, indikerar den allmänna tillväxtförväntningen att det finns motivation att förbättra tekniken och förfarandena som kan ta itu med chd-behandling. När tekniken förbättras uttrycker hjärtkirurger ofta en vilja att ta itu med mer komplexa procedurer. Denna vilja har lett till ett ökat antal komplexa hjärtprocedurer, vilket driver behovet av mer avancerade tekniker för kirurgisk planering och utbildning. Detta lämnar i sin tur hjärtkirurger i behov av mycket exakta, patientspecifika modeller och hjärtkirurgiska kamrater i behov av mycket effektiva träningsmetoder.
Medfödd hjärt kirurgi är en av de mest tekniskt krävande kirurgiska discipliner på grund av att den lilla storleken på patienterna, komplexiteten i hjärt avvikelser och sällsynthet vissa avvikelser2. I de mest extrema fallen kan ett barn födas med en enda ventrikel. Det är inte ovanligt att kirurgen tar ett kärl 2,0 mm i diameter och lappar det med fast perikardium för att skapa ett 1,0 cm kärl som gör det möjligt för en nyfödd att växa i detta livräddande förfarande - allt medan under klockan, eftersom den nyfödda är i fullständig cirkulationsgripande. Mellan det normala fyrakammarhjärtat och dessa extrema exempel finns otaliga möjligheter till kammarens storlek och ventilpositioner som utgör mycket komplexa 3D-pussel. Det medfödda hjärtteamets roll är att tydligt avgränsa den unika anatomin och utveckla en plan för att omkonfigurera den organiska vävnaden till ett funktionellt hjärta som gör det möjligt för ett barn att växa med bästa chans till ett normalt liv. Exakta modeller möjliggör avsiktlig kirurgisk praxis och upprepning i en miljö där fel kan förlåtas och inte resulterar i patientskada3,4. Denna utbildning leder till utveckling av förbättrad kirurgisk expertis samt tekniska och bedömningsfärdigheter. Begränsade resurser och sällsyntheten hos vissa hjärtförhållanden kan dock göra det nästan omöjligt att uppnå önskad nivå av upprepning och visualisering. För att hjälpa till att ta hänsyn till denna resursbrist har användningen av simuleringar för utbildning2,3 ökat. Vanliga simulerings- eller modelleringstekniker inkluderar mänskliga kadaver, djurvävnader, virtual reality-modeller (VR) och 3D-utskrivna modeller.
Cadaveric vävnad har historiskt betraktats som guldstandarden för kirurgisk simulering, med djurvävnad en nära sekund. Kadaver och djurvävnader kan producera simuleringar med hög återgivning eftersom de innehåller den anatomiska strukturen av intresse, alla omgivande vävnader, och möjliggör perfusionstekniker för att simulera blodflödet4. Trots fördelarna med vävnadsmodeller finns det nackdelar. Balsamerade vävnadsupplevelser minskade mekanisk överensstämmelse, vilket gör vissa operationer orealistiska och svåra att utföra. Vävnader kräver konstant underhåll, specifika anläggningar, är inte återanvändbara2, kan vara kostsamma att få3 och har historiskt varit föremål för etiska problem. Mest signifikant är medfödda hjärtförhållanden helt enkelt inte tillgängliga i kadaveriska prover.
VR- och 3D-printade modeller5,6,7,8,9,10 ger ett annat alternativ för hjärtutbildning, simulering och modellering för att hjälpa till att skapa preoperativa planer. Dessa modeller minskar tvetydighet i samband med en användares varierade visuo-rumsliga förmåga att interpolera 2D-bilder som en 3D-struktur10,11. Den virtuella miljön kan innehålla kirurgiska verktyg som kan manipuleras och interagera med modeller, så att kirurger och stipendiater kan utveckla hand-öga-samordning, finmotorik och förtrogenhet med vissa procedurer4. Nuvarande populära 3D-utskriftsteknik, inklusive smält depositionsmodellering (FDM), stereolitografi (SLA), selektiv laser sintring (SLS) och polyjet har visat sig producera modeller med submillimeter precision13. Både VR- och 3D-printade modeller är återanvändbara och kan vara extremt detaljerade; modeller kan till och med genereras från patientens radiologic imaging data, vilket resulterar i repliker av patientens anatomi. Trots de många fördelarna med en VR- eller 3D-printad modell, faller de kort när kostnaden och haptiska trohetskraven för medfödd hjärtkirurgi beaktas. Installationen av en VR-miljö har en hög kostnad, och VR-miljöer kan inte ge verklig haptisk feedback. Medan haptisk trohetsteknik förbättras, hämmar det nuvarande gapet en elevs förmåga att bekanta sig med de finmotoriska färdigheter som krävs för att utföra procedurer4. På samma sätt kan kostnaden för 3D-utskrift vara ganska hög, beroende på vilken typ av 3D-utskriftsteknik som används, eftersom priset för skrivarköp och utskriftsmaterial måste beaktas11,14. En enda hjärtmodell med hög återgivning med realistisk haptisk feedback kan produceras med en avancerad skrivare men kostar hundratals dollar enbart i material med ett skrivarköpspris över 100 000 USD15. En hjärtmodell som produceras med hjälp av en glödtråd med en strandhårdhet på 26-28 A befanns kosta cirka 220 USD per modell16. Alternativt finns det många billiga 3D-skrivare och tekniker som har ett inköpspris för skrivare på mindre än 5 000 USD. Genomsnittliga materialpriser för en hjärtmodell som genereras på en billig FDM-skrivare befanns vara cirka 3,80 USD med hjälp av ett material med en strandhårdhet på 82 A och 35 USD med hjälp av ett material med en strandhårdhet på 95 A15,16. Även om dessa maskiner erbjuder en billig lösning, kommer den på bekostnad av haptisk trohet.
Medan VR- och 3D-utskrifter kan möjliggöra detaljerad visuell och konceptuell utvärdering av ett hjärtfel, är det höga priset i samband med att producera en modell för praktisk kirurgisk simulering ofta en betydande barriär. En lösning är användningen av silikon för att skapa en fysiskt och texturmässigt exakt hjärtmodell. Patientspecifika silikonmodeller kan underlätta en djupare förståelse av unik anatomi genom att låta kirurger se, känna och till och med öva ett förfarande samtidigt som de upplever realistisk haptisk feedback i en miljö som innebär minimal risk för en patient och inte har några konsekvenser om proceduren misslyckas9. Silikongjutning har visat sig vara en effektiv metod för att modellera mänsklig anatomi som producerar modeller med fysiska egenskaper som är betydligt närmare verklig vävnad än modeller som genereras från billig 3D-utskrift17. Scanlan et al., jämförde egenskaperna hos billiga 3D-printade till silikongjutna hjärtklaffar för att utvärdera likheten med riktig vävnad; Studien fann att även om silikonventilernas fysiska egenskaper inte var en exakt kopia av verklig vävnad, var egenskaperna mycket överlägsna de 3D-tryckta ventilerna17. Det 3D-utskriftsmaterial som används i studien är bland de mjukaste materialen som finns tillgängliga för billiga 3D-skrivare och har en strandhårdhet mellan 26 och 28 A18. Platinahärdningssilikonet som rekommenderas för användning i protokollet nedan har en strandhårdhet på 2 A som ligger mycket närmare hjärtvävnadens strandhårdhet, 43 på 00-skalan eller cirka 0 A19,20. Denna skillnad är betydande eftersom silikonmodellerna möjliggör finmotorisk färdighetsträning med hög återgivning som de direkt 3D-tryckta materialen inte uppnår. Den totala materialkostnaden för den modell som föreslås i detta protokoll är mindre än 10 USD. De föreslagna silikonmodellerna kombinerar de mjukvävnadsegenskaper som krävs för realistisk haptisk feedback med mångsidigheten och precisionen hos billiga 3D-printade modeller.
Medan fördelarna med silikon kan tyckas göra det till det självklara valet för modellskapande, har användningen av silikon begränsats av anatomin som kan gjutas. Nyblandat silikon är en vätska som kräver en form för att hålla den i önskad form när den härdar. Historiskt sett kunde silikon hjärtformar bara innehålla detaljer om modellens yttre yta. Intra-hjärt detaljer, inklusive hela blod pool regionen, skulle fyllas med silikon och förloras. Tidigare studier har uppnått silikonmodeller av specifika områden av intresse inom hjärtat (t.ex. aortarot21) eller har använt en extrapolatorisk metod för att simulera myokardvävnad22. Detta protokoll är nytt eftersom det syftar till att kombinera användningen av silikonmaterial med högupplöst anatomisk, fullständig myokardsimulering - särskilt undvika någon metod för extrapolering. Såvitt vi vet har inget beskrivande manuskript tillhandahållit en metod som kombinerar dessa aspekter. Metoden som beskrivs i detta protokoll introducerar en teknik för att uppnå en patient-specifika hjärt modell med intra-hjärt anatomiska replikering korrekt nog för kirurgisk preoperative praxis. Metoden innebär att man skapar en myokardform för att hålla silikonet i rätt form när det härdar och en inre form för att bevara modellens inre, intra-hjärtdetaljer och förhindra att silikonet fyller hjärtats blodpoolsregion. Den inre formen måste sedan lösas bort och lämna en hel silikon hjärtmodell med patientspecifik anatomi på de yttre och inre ytorna. Utan det föreslagna protokollet för hjärt modell skapande häri, finns ingen billig lösning för att simulera det kirurgiska ingreppet med ett material som efterliknar de faktiska vävnadsegenskaperna hos 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

Tredimensionella modeller kan vara ett värdefullt verktyg för kirurger när de utvecklar kirurgiska planer och medicinska kamrater när de lär sig om komplexa fall. I synnerhet kan 3D-modeller spela en viktig roll inom kardiologiområdet, där komplexa medfödda hjärtsjukdomar förekommer. Medan många 3D-skrivare kan tillhandahålla anatomiskt korrekta och detaljerade modeller, kan befintliga 3D-utskriftsmaterial inte replikera myokardvävnadsegenskaper och kan vara extremt kostsamma. Detta protokoll syftar till att utveckla en process för att skapa patientspecifika modeller av komplexa medfödda hjärtfel med hjälp av ett billigt silikon som närmare matchar hjärtmuskelegenskaper. Med förbättrad modell trohet, faktiska kirurgiska förfarande utbildning kan uppstå före förfarandet. Framgångsrikt skapande av hjärtmodeller börjar med segmentering av radiologiska bilder för att generera en virtuell blodpool (blod som fyller hjärtats kammare) och hjärtmuskelform. Blodpoolen och myokardformen är 3D-printade i akryllonitril butadien styren (ABS), en plast som kan lösas upp i aceton. Formen monteras runt blodpoolen, vilket skapar ett negativt utrymme som simulerar myokardiet. Silikon med en strandhårdhet på 2A hälls i det negativa utrymmet och får bota. Myokardformen avlägsnas och den återstående silikon/blodpoolsmodellen är nedsänkt i aceton. Den beskrivna processen resulterar i en fysisk modell där alla hjärtfunktioner, inklusive intra-hjärt defekter, representeras med mer realistiska vävnadsegenskaper och är närmare approximerade än en direkt 3D-utskriftsmetod. Framgångsrika kirurgiska korrigering av en modell med en Ventrikulärt septal defekt (VSD) med hjälp av en GORE-TEX patch (standard kirurgiskt ingrepp för defekt) visar nyttan av metoden.

Radiologic imaging data från en patient med en VSD valdes för att generera en representativ silikon hjärt modell. Patientens anatomi segmenterades med hjälp av en CAD-segmenteringsprogramvara för att generera en digital hjärtmuskelmodell och en digital blodpoolsmodell (figur 1). Manuell segmentering av blod pool och myokardi med det presenterade protokollet tar 1-3 h att slutföra. Efter avslutad segmentering öppnades kortsyndern i CAD-programvara för vidare bearbetning. Modellen justerades mot en 3D-ruta som gjordes i programmet och subtraherades sedan med hjälp av booleska åtgärder. Denna process lämnade ett negativt av hjärtmuskelmodellen och bildade en form. Denna hjärtmuskelform trimmades till en lämpligare storlek, skars i segment och modifierades med rekvisita för att justera bitarna (figur 2). Skapandet av fallet tog 2-6 h. Alla myokardformade mögelbitar och blodpoolen laddades i en 3D-utskrifts skivning programvara, och G-Code genererades till 3D-utskrift i ABS (bild 3). De 3D-utskrivna bitarna med stödmaterial borttaget kan ses i figur 4. Myokardfodralen jämnades ut för att förbättra modellens ytfinish (figur 5). Efter slutförandet av ångslätningen monterades formen runt blodpoolsmodellen och silikon hälldes. Monteringen och silikonhällen tog en timme. Efter silikon set, hjärt modellen togs bort från hjärtmuskel höljet och nedsänkt i aceton för att lösa upp blodpoolen. Efter ungefär tjugofyra timmars blötläggning hade blodpoolen upplösts. En slutlig acetonsköljning utfördes, och modellen tilläts torka helt. Den färdiga hjärtmodellen i silikon kan ses i figur 6. För att utvärdera noggrannheten och funktionaliteten hos silikonmodellen gjordes ett snitt av CHD-experten (medfödd hjärtfel) för att tillåta att den inre anatomin kunde observeras. Den förväntade VSD var närvarande, och en GORE-TEX patch syddes på modellen av medfödda hjärtkirurgen att korrigera VSD (figur 7). I en framgångsrikt färdig silikonmodell kommer all patientanatomi och defekter att finnas både externt och internt. En sammanfattning av protokollet kan ses i kompletterande fil 1. 
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62805/62805fig07.jpg"> Figur 7: GORE-TEX patch sys i silikon hjärtmodell med VSD. Fotografi av (A) kirurgens syn på en patientspecifik silikon hjärt modell med en VSD och (B) kirurgens syn på VSD i modellen avslutas med en GORE-TEX patch. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/62805fig07large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av den här figuren.</a>
Kompletterande fil 1: Schematisk av silikon hjärta tillverkning protokoll. Schematisk illustration av protokollet i tillverkningen av en patient-specifika silikon hjärt modell. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_1.psd" target="_blank">Klicka här för att ladda ner den här filen.</a>
Kompletterande fil 2: Sammanfattning av kritiska steg och potentiella negativa resultat. Sammanfattning av stegen som är kritiska i utvecklingen av en patientspecifik silikon hjärtmodell och de potentiella negativa resultat som kan uppstå om stegen inte följs korrekt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_2.psd" target="_blank">Klicka här för att ladda ner den här filen.</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

Patientspecifika modeller förbättrar kirurgen och medmänniskornas förtroende när de utvecklar eller lär sig kirurgiska planer. Tredimensionella (3D) skrivare genererar tillräcklig detalj för kirurgiska beredning, men misslyckas med att replikera vävnad haptisk trohet. Ett protokoll presenteras som beskriver skapandet av patientspecifika, silikon hjärtmodeller, som kombinerar 3D-utskriftsprecision med simulerad silikonvävnad.

Skapande av patientspecifika silikonkarminmodeller med tillämpningar i prekirurgiska planer och praktisk träning

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 ...

Komplex medfödd hjärtsjukdom är ett svårt 3D-problem. Befintliga 3D-utskriftstekniker kan inte replikera myokardvävnadsegenskaper. Detta protokoll skapar modeller för kirurgisk utbildning med hög återgivning.Denna teknik skapar kostnadseffektivt patientspecifika 3D-modeller från deras avbildning. Modellering av de inre och yttre anatomin hos deras organ gör att vi kan känna till och ta hand om våra patienter. Att skapa dessa modeller i ett material som nära representerar anatomisk vävnad gör att denna teknik kan tillämpas på alla procedurtränare som inkluderar anatomi.Börja med att öppna STL-filen för hjärtmuskelmodell i ett CAD-program. Importera STL-filerna som genereras genom import del två i Magics. I projekthanteringsfönstret väljer du det genomskinliga alternativet för modellrendering.Använd vänster och höger musknappar för att styra rotations- och panoreringsverktyget för att justera vyn av myokardbasen genom att peka hjärtats spets nedåt och aortabågen horisontellt. Om du vill trimma det överflödiga myokardfodralmaterialet från modellen går du till verktyg, väljer klipp och anger polylin, väljer sedan intressanta platser och klickar på apply. På samma sätt skär du hjärtmuskeln i flera delar.Gå för att klippa, välj ange polylin och välj sedan intressanta platser för att göra ett horisontellt snitt genom aortan som delar myokardfodralet i en nedre halva som innehåller toppen och övre halvan, samt för att göra två vertikala snitt längs den bredaste delen av hjärtmuskelns nedre halva och övre halva. Och slutligen klickar du på ansök. För att säkerställa korrekt justering under monteringen, med hjälp av ett rekvisitagenereringsverktyg och ett booleskt subtraktionsverktyg med ett clearancevärde på 0,25 millimeter, skapa matchande rekvisita och rekvisitahålor och lägg till dem i hjärtmuskeldelarna genom att klicka på lägg till rekvisita.Ange positionen på modellen och klicka sedan på Använd. I en av de övre halvan av hjärtmuskelns fodral, skapa ett silikonfyllningshål med en diameter på en centimeter och verifiera hålplaceringen med ett LITET ELLER MEDEL. Välj kontrollera diagnostik för att kontrollera diagnostik på alla falldelar individuellt för att hitta fel som inverterade normala, dåliga kanter, dåliga konturer, nästan dåliga kanter, plana hål eller skal i hjärtmuskeldelarna.Om ett fel upptäcks klickar du på automatisk lösning för att reparera det. Och alternativt kan fel åtgärdas manuellt eller med hjälp av ett fixeringsverktyg eller en guide. Om fel inte kan åtgärdas med det alternativa alternativet åtgärdar du felen med hjälp av ett verktyg för krympplastning.Klicka på fix, välj krympplast och följ dialogrutan för att justera det krympade wrap-provintervallet och gapfyllningsvärdena efter behov för att korrigera felen på det specifika stycket utan att ändra fysiologin vid sme-granskning. Spara eller exportera sedan de enskilda kortkortsfallsdelarna som STL-filer. Öppna hjärtmuskel- och blodpoolsmodellerna i lämplig utsnittsprogramvara för att producera 3D-utskriftsfiler.Lägg till 3D-utskriftsstöd i alla delar manuellt eller använd ett automatiskt verktyg för supportgenerering som finns i programvaran om det finns tillgängligt. Segmentera modellerna för att generera G-kod för användning på 3D-skrivaren med parametrarna som beskrivs i textmanuskriptet och spara eller exportera G-koden. Ladda upp utskriftsfilen till 3D-skrivaren.När du har kontrollerat att rätt filament har lästs in på 3D-skrivaren börjar du skriva ut. När utskriften är klar, använd nålnostängerna och pincetterna för att ta bort allt stödmaterial från de tryckta bitarna. Montera myokardfodralbitarna runt blodpoolsformen, så att alla bitar passar tätt ihop.Om hjärtmuskelfodralet inte får plats runt blodpoolen, gör små justeringar av fodralets formbitar med hjälp av ett handtags roterande slipverktyg för att avlägsna material. Jämna sedan ut ytan på hjärtmuskelfodralet med acetonånga. För att göra det, fodra botten och sidorna av en behållare med pappershanddukar som inte kommer att påverkas av aceton.Häll acetonen på bottenpapperhandduken och låt den sprida pappershanddukarna till sidan av behållaren, men inte bilda en pool på botten. Placera en bit aluminiumfolie i behållaren för att täcka den nedre pappershandduken. Rikta myokardfodralbitarna på aluminiumfolien så att de ansikten som önskas vara släta är vertikala, så att bitarna inte rör varandra eller pappershanddukarna på behållarens väggar.Täck behållaren med aluminiumfolie och låt myokardhöljet förbli ostört i behållaren tills upp till 80% av önskad ytfinish uppnås. När ytan är slät, ta försiktigt bort myokardfodralbitarna från behållaren, vidrör bara de yttre ytorna och låt bitarna helt avgasas i ett välventilerat område i ca 30 minuter eller tills bitarna blir helt torra och hårda. Mät volymen på myokardisegmenteringen med CAD-programvara för att bestämma mängden silikon som behövs.Omrör försiktigt del A och del B av silikonet. Om färg önskas på modellen, tillsätt pigment och blanda alla delar och pigment noggrant, placera sedan ett noggrant blandat silikon i en vakuumkammare i två till tre minuter vid 29 tum kvicksilver. När denna silikonblandning är helt avgasad, ta bort den från kammaren och dränk blodpoolen i silikonblandningen för att säkerställa att alla hålrum och håligheter i blodpoolen fylls med silikon och blodpoolen är noggrant belagd.I ett välventilerat område, spraya noggrant alla delar av hjärtmuskelfodralet med en lättfrigörelseprodukt. Montera den nedre halvan av hjärtmuskelfodralet runt toppen av blodpoolen. Vid läckage, försegla läckan med klämmor, varmt lim eller lera.Häll sedan silikon i utrymmet mellan blodpoolen och fallväggen tills de monterade myokardformade formbitarna är fyllda. Efter montering av de återstående delarna av hjärtmuskelns hölje, fäst fodralen tätt med gummiband och klämmor vid behov. När silikonet är stelnat, ta bort silikonhjärtat från hjärtmuskeln och trimma av eventuella silikonsömmar som skapas från utrymmet mellan fallbitarna eller påfyllningshålet.Efter att ha identifierat alla blodkärl med öppna ändar på silikonmodellen, trimma allt silikon som täcker kärlen för att exponera ABS-blodpoolen inuti. Sänk ner silikonhjärtat i aceton och ABS börjar mjukna 10 till 15 minuter efter acetonsänkning. När ABS har mjuknat, ta bort stora bitar av ABS med pincett för att öka hastigheten på ABS-upplösningsprocessen.När större delen av ABS-blodpoolen har lösts upp sköljer du silikonhjärtat med ren aceton två till tre gånger för att ta bort all ABS från silikonet. Ta bort hjärtmodellen från acetonen och låt den återstående acetonen avdunsta från modellen i ett välventilerat område. För att utvärdera noggrannheten och funktionaliteten i silikon modellen gjordes två snitt, en i främre vänstra ventrikel och den andra i den bakre högra ventrikeln att visualisera den inre anatomin.Den förväntade Ventrikulära septal defekten var närvarande som var lämpliga inre strukturer och en GORE-TEX patch syddes in i modellen av en medfödd hjärtkirurg för att korrigera ventrikulärt septal defekten. Att designa formen är avgörande. Se till att du skär formen i så många bitar som du behöver för att passa runt blodpoolen.Denna teknik låser upp skapandet av invecklade patientspecifika silikonmodeller. Vi begränsas inte längre av begränsningar av 3D-utskriftsmaterial. Snarare har vi befogenhet att möta alla krav på komplexa kirurgiska utbildare.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Plasma Litografi Surface Mönstring för att skapa 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-specifik modellering av hjärta: Uppskattning av riktlinjer Ventrikulära Fiber

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

In situ TEM för biologiska sammansättningar i vätska

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

Utbilda personer med ryggmärgsskada att pendla med hjälp av en artificiellt exoskelett

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

Skalade Anatomical Modell Skapande av Biomedical tomografisk bildåtergivnings Data och associerade Etiketter för Efterföljande Sub-yta lasergravyr (SSLE) av glas Kristaller

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

Skapande av hjärtvävnad som visar mekanisk integration av sfäroider med 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

Smälta Electrospinning handstil av tredimensionella Poly(ε-caprolactone) ställningar med kontrollerbar morfologier för Tissue Engineering program

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

Inriktning neuronala Fiber skrifter för Deep Brain stimulering terapi med hjälp av interaktiva, patientspecifika 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

Protokoll för mikroRNA överföring till benmärgen-härrör hematopoetiska stamceller att aktivera Cell teknik kombinerat med magnetiska inriktning

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 mögel-baserade metod byggnadsställning-fri tredimensionella hjärtvävnad skapelsens

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