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

Yazarlar, bu çalışmayı mümkün ktığı için OSF HealthCare'in yanı sıra prosedürel bilgisi ve becerileri nihai ürünümüze uygulaması için Dr. Mark Plunkett'i kabul etmek istiyor.

<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>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Protokolün tamamlanmasından sonra cerrahi hazırlık için hastaya özel silikon kardiyak model sonuçlanmalıdır. Ancak, bunun başarılması için doğru şekilde tamamlanması gereken birkaç kritik adım vardır. Protokoldeki kritik adımların bir özeti, adımlar doğru gerçekleştirilmezse olası sonuçların yanı sıra Tamamlayıcı Dosya 2'de görülebilir. İlk kritik adım hastanın radyolojik görüntüleme verilerinin segmentasyonunu içerir. Bu adım, tanısal 3D görüntüleme veri kümesinin alınmasını gerektirir. Ameliyat öncesi planlama veya eğitimde model yardımcı programı, 3B veri kümesinin kalitesine bağlıdır. Veri kümesinin model üretimi için yeterli çözünürlükte olmasını sağlamak için 0,625 mm ile 2,6 mm arasında bir dilim boyutuyla toplanan bir görüntü kümesinin kullanılması önerilir. Bununla birlikte, tüm görüntüleme parametreleri radyolojide bir klinisyen uzmanı tarafından belirlenmeli ve hasta bakımı öncelikli olmalıdır. Önerilen değerlerin dışında bir dilim boyutuyla toplanan bir görüntü setinden model üretmenin mümkün olabileceği, ancak model çözünürlüğünün ve kalitesinin olumsuz etkileneceği unutulmamalıdır. Görüntüler elde edildikten sonra, segmentasyon doğru yapılmazsa, son model üretilip kesilene kadar yaygın olarak gerçekleşmez, bu da zaman ve malzeme kaybına neden olur. Bu olumsuz sonucu önlemek için, bir konu uzmanının kalite kontrolü için dijital kalıpları oluşturmadan önce segmentlere ayrılmıştır dosyaları incelemesi önerilir. Bir sonraki kritik adım, dijital kalıpların oluşturulması sırasında gerçekleşir. Miyokard durumunun kan havuzu modeli etrafında toplanabilmesini sağlamak önemlidir. Kasa kan havuzunun etrafında kapanmazsa, silikon modeli oluşturmak için kullanılamaz, çünkü ayarlanmamış silikon sürekli olarak dışarı sızar ve anatomi bozulabilir. El tipi döner zımparalama aleti, miyokard kalıbının parçalarını sadece küçük ayarlamalara ihtiyaç duyulduğunda hafifçe çıkarmak için kullanılabilir. Büyük ayarlamalara ihtiyaç duyulursa, dijital kalıbın değiştirilmesi ve güncelleştirilmiş bir kasanın yazdırılması gerekir. Son kritik adım silikonun dökülmesidir. Silikonu kullanırken malzeme talimatlarına sıkı sıkıya bağlı kalmak gereklidir, çünkü bunun yapılmaması yapışkan bir yüzeyle iyileştirir silikonla sonuçlanabilir. YüzeyIn Kobİ tarafından kullanılamayacak kadar yapışkan olduğu düşünülse, silikondan başarıyla çıkarılamazsa kan havuzunun yeniden basılması gerekebilir. Silikonun yeniden dökülmesi gerekecek ve bu da zaman ve malzeme kaybına neden olacaktır. Yetersiz silikon kullanılırsa veya ayar işlemi sırasında silikon miyokard kasa kalıbının dışına sızarsa, ortaya çıkan model eksik kalacaktır. Bu arıza, kalıbın içine ilave silikon karıştırılarak ve dökülerek giderilebilir. Kürleme işlemi sırasında az miktarda silikon sızıyor gibi görünüyorsa, miyokard kasa kalıbının dikişlerini kapatmak için sıcak tutkal veya kil gibi bir malzeme kullanılabilir.
Hastaya özgü silikon kardiyak modeller oluşturma yöntemi, hastaya özgü veya karmaşık iç ve dış geometriye sahip herhangi bir yumuşak anatomik yapının modelinin oluşturulmasına izin vermek için değiştirilebilir. Hedef anatominin doğru şekilde segmentlere ayrık olduğu varsayıldığı için, protokolün kalan adımları en az değişiklikle takip edilebilir. Mevcut çalışmaların odak noktası olmamakla birlikte, protokol benzer başarı ile karaciğer parenkimine uygulanmıştır. Kullanılan 3D baskı malzemesi de değiştirilebilir. ABS ve PLA'nın düşük maliyeti nedeniyle kullanılması önerilir, ancak çözünebilir herhangi bir 3D baskı malzemesi ABS'nin yerini alabilir ve istenen herhangi bir 3D baskı malzemesi, protokolde minimum değişiklik yaparak veya hiç değişiklik yapmadan PLA'nın yerini alabilir. Diğer baskı malzemeleri kullanırken, filament üreticisi tarafından belirtilen tüm yazdırma parametreleri takip edilmelidir. Bu yöntem farklı bir silikon kullanılarak daha da değiştirilebilir. Bu protokolde kullanılması önerilen silikon 2 A kıyı sertliğine sahiptir, ancak başka bir kıyı sertliği değeri isteniyorsa, protokolde minimum veya hiç değişiklik olmadan farklı bir silikon değiştirilebilir. Farklı bir silikon ürün kullanırken tüm üretim özelliklerine ve prosedürlerine uyduğunuzdan emin olun.
Bu protokol geliştirilmiş bir kardiyak modelleme prosedürünü özetlese de, sınırlamalar olmadan değildir. Bu protokolün en büyük sınırlaması, kullanılan platin kür silikonun diğer mevcut malzemelere göre kalp dokusunun sertliğine daha yakın olmasına rağmen, cerrahi eğitimin ince motor becerisinde rol oynayan tek özelliğin sertlik olmamasıdır. Özellikle, gerçek kalp dokusu kuvvet altında kırılganlık veya yırtılma gösterecektir. Kullanılan silikon çok elastiktir, % 763'lük bir kırılmada uzama ve 1.986 kPa19 çekme mukavemeti ile. İnsan kalp dokusunun doğru bir temsili olduğuna inanılan porcine kardiyak doku, % 28-66 kırılmada uzama ve 40-59 kPa26 çekme gücüne sahiptir. Bu fark bir sorun teşkil eder, çünkü kardiyak cerrahi arkadaşlar silikon model bir kalp üzerinde bir uygulama operasyonu yapabilir ve yanlış bir güven duygusu kazanabilirler, çünkü model gerçek kalp dokusunun dayanamayacağı güçlere dayanabilir. Bu metodoloji aynı zamanda çok karmaşık geometriye sahip bir kardiyak modelle sınırlanabilecek potansiyele sahiptir. Modelin anatomik karmaşıklığı arttıkça, protokol miyokard kalıbındaki parça sayısını artırarak telafi edebilir. Temel olarak, giderek daha karmaşık hale gelen modeller, giderek daha karmaşık kalıp tasarımları ve daha fazla tasarım süresi gerektirecektir.
Bu protokolde açıklanan model oluşturma süreci, cerrahi olarak karşılaşılan anatominin düşük maliyetli tam anatomik kopyalarını yeniden oluşturma yeteneği nedeniyle mevcut diğer alternatiflerin çoğundan daha üstündür. Kadavra ve hayvan dokusu yüksek doğruluk simülasyonlarına izin verir, ancak çok daha yüksek bir maliyete sahiptir ve belirli laboratuvar kurulumlarının kullanılmasını ve bakımını gerektirir2,6. Ayrıca, kadavra ve hayvan doku modellerinin etik kaygıları vardır, hastaya özgü değildir ve karmaşık CHD genellikle bir cerrah veya eğitmen tarafından manuel olarak üretilmelidir, bu da genellikle yanlışlıklara veya çevredeki doku ve organlarda hasara yol açmaktadır. Başka bir potansiyel modelleme tekniği sanal gerçekliğin kullanımını içerir. Sanal gerçeklik, hasta anatomisinin ve cerrahi planların doğru zihinsel temsillerini oluşturmak için etkili bir araç olan hastaya özgü kardiyak modellerin dijital olarak çoğaltıltırını sağlar. Ek olarak, bazı VR sistemleri dokunsal geri bildirimlerin dahil olmasıyla temel simülasyonlara izin vermiştir. Bununla birlikte, mevcut dokunsal geri bildirim, konjenital kalp cerrahi prosedürleri için gerekli ince motor becerilerini çoğaltmak için gerekli gerçekçiliğe sahip değildir.4. 3D baskı, hastaya özgü kardiyak modeller üretmek için mevcut başka bir yöntemdir2,24. Bununla birlikte, çok malzemeli, yumuşak modeller üretebilen yüksek kaliteli 3D yazıcıların yaygın olarak uygulanması, son derece yüksek maliyetle engellenir11,14,15. Düşük maliyetli 3D yazıcılar mevcuttur, ancak yalnızca gerçek miyokarddan çok daha sıkı malzemelere yazdırabilir. Scanlan ve arkadaşları tarafından bir model oluşturmak için 3D yazıcı için mevcut en yumuşak malzemelerden biri kullanıldığında, modelin gerçek kalp dokusundan daha sıkı olduğu bulunmuştur.17. Tarif eden malzeme, 26 A ile 28 A arasında bir kıyı sertliğine sahipti ve kauçuk banda benzer bir doku verdi. Bu protokolde kullanılan platin kürlü silikon, 2 A kıyı sertliğine sahiptir, bu da jel ayakkabı ucuna benzer bir doku verir ve gerçek kalp dokularının sertliğine çok daha yakındır, bu da 43 00'dır.20 veya ~0 A. Hoashi ve ark.. ayrıca esnek bir 3D baskılı kalp modeli geliştirmek için bu protokolde açıklanana benzer bir yöntem kullanmıştır. İç ve dış miyokard geometrisini temsil eden iki kalıp, bir SLA yazıcı kullanılarak 3D baskılıydı ve ardından kauçuk benzeri bir poliüretan reçinesinin vakum dökümü yapıldı. Bu yöntem yumuşak bir kardiyak model üretirken, bu yöntemin model başına önerilen üretim maliyeti 2.000 ila 3.000 USD idi.22. Karşılaştırmalı olarak, sunulan protokolde açıklanan yöntemin toplam malzeme maliyeti 10 USD'den azdır. Son olarak, benzer bir yöntem Russo ve arkadaşları tarafından da kullanıldı.. prosedürel uygulama için aort kapağı ve proksimal aortun silikon modellerini oluşturmak. Russo ve diğerleri. yöntem benzer bir hedefe odaklanmıştır, aort veya aort kapaklarının çok daha basit anatomilerini çoğaltmayı amaçlayan sunulan süreç. Burada sunulan protokol, daha küçük, daha karmaşık olan ve tarihsel metodolojiler göz önüne alındığında çoğaltılması son derece zor olacak kardiyak ve miyokard anatomilerine odaklanarak kendini farklılaştırır. Bu farka rağmen, Russo ve ark.. ankete katılan kalp cerrahları tarafından kalp cerrahisinde simülasyon ve eğitim için son derece yararlıydı23. Esasen, bu protokolde açıklanan yöntem, diğer modelleme yöntemlerine göre gerçek kardiyak dokuya daha benzer doğru temsil edilen kusurlara ve malzeme özelliklerine sahip karmaşık, hastaya özgü konjenital kardiyak modellerin düşük maliyetli oluşturulmasına izin verir.1,16, modellerin gerçekçi bir dokunsal sadakatle çalıştırılabilmesini sağlar.
İleriye doğru, bu metodoloji karmaşık iç ve dış özelliklere sahip herhangi bir hasta anatomisinin bir modelinin oluşumuna uygulanabilir. Silikon modelin içinden daha az yıkıcı bir şekilde çıkarılabilecek veya daha az zaman alan bir yöntem kullanılarak üretilebilen alternatif bir kan havuzu materyali geliştirmek, süreci daha zaman ve maliyet açısından daha verimli hale getirecektir. Sonuç olarak, sonraki her kalıplama işlemi için yeni bir kan havuzunun çoğaltılması gerekmeyecek ve bu da ilişkili eğitimin ölçeklenebilirliğine yol açacağıdır. Modeli oluşturmak için kullanılan silikonun fiziksel özellikleri de geliştirilebilir. Molada daha az uzamış silikon, modelin gerçekçiliğini artıracak ve bu karmaşık prosedürleri gerçekleştirmek için gerekli ince motor becerilerini öğrenmeye çalışan kardiyak cerrahi arkadaşları için bir eğitim aracı olarak değerini artırmaya yardımcı olacaktır. Şu anda piyasada bulunan ve bu çözüme yardımcı olmaya değer bir grup malzeme silikon simüle edilmiş cam malzemelerdir25. Bu silikon malzemeler, cama benzer bir şekilde kuvvet uygulaması üzerine belirgin bir "kırılmaya" yol açan molada çok daha az uzama gösterir. Bu protokolde kullanılan platin kür silikonun bu silikon simüle cam malzemenin ilaveleriyle modüle etmek, modelin frizite özelliklerinin kontrol edilebilirliğinin kontrol edilebilirliğini sağlarken, uygun kıyı sertliğini korurken, genel dokunsal doğruluğu artırabilir. Son olarak, bu protokolün üretebileceği anatominin çözünürlüğü, kalıpları üretmek için kullanılan 3D yazıcının çözünürlüğü ile sınırlıdır. Teknoloji gelişmeye devam ettikçe, bu protokolle oluşturulabilecek anatominin çözünürlüğü de geliştirilmelidir.

Amerika Birleşik Devletleri'nde her 100 çocuktan yaklaşık 1'i doğuştan kalp defektleri (CHD) ile doğar. CHD'li annelerin CHD'li çocuk sahibi olma eğilimi nedeniyle, bu oranın önümüzdeki yedi nesilde iki katından fazla olabileceği beklentisi var1. Her CHD karmaşık veya şiddetli olarak kabul edilmemese de, genel büyüme beklentisi, CHD tedavisini ele alabilecek teknoloji ve prosedürleri geliştirmek için motivasyon olduğunu göstermektedir. Teknoloji geliştikçe, kalp cerrahları genellikle daha karmaşık prosedürlerle başa çıkma isteğini dile getirmektedir. Bu isteklilik, karmaşık kardiyak prosedürlerin artmasına yol açarak cerrahi planlama ve eğitimin daha ileri tekniklerine olan ihtiyacı artırmıştır. Buna karşılık, bu, kalp cerrahlarını son derece doğru, hastaya özgü modellere ve kalp cerrahisi arkadaşlarına son derece etkili eğitim yöntemlerine ihtiyaç duyar.
Konjenital kalp cerrahisi, hastaların küçüklüğü, kardiyak anormalliklerin karmaşıklığı ve bazı anormalliklerin nadirliği nedeniyle teknik olarak en zorlu cerrahi disiplinlerden biridir2. En uç durumlarda, bir çocuk tek bir ventrikül ile doğabilir. Cerrahın 2.0 mm çapında bir damar alması ve sabit perikard ile yamalayarak bu hayat kurtaran prosedürde yenidoğanın büyümesine izin olan 1.0 cm'lik bir damar oluşturması nadir değildir - hepsi saat altındayken, yenidoğan tamamen dolaşım durmasında olduğu için. Normal dört odalı kalp ve bu aşırı örnekler arasında, son derece karmaşık 3D bulmacalar oluşturan oda büyüklüğü ve valf konumlarının sayısız olasılığı vardır. Konjenital kardiyak ekibin rolü, benzersiz anatomiyi açıkça tanımlamak ve organik dokuyu bir çocuğun normal bir yaşamda en iyi şansla büyümesini sağlayacak işlevsel bir kalbe yeniden yapılandırmak için bir plan geliştirmektir. Doğru modeller, hataların affedilebileceği ve hasta zararına yol açacağı bir ortamda kasıtlı cerrahi uygulamaya ve tekrara izin verir3,4. Bu eğitim, gelişmiş cerrahi uzmanlığın yanı sıra teknik ve muhakeme becerilerinin geliştirilmesine yol açar. Bununla birlikte, sınırlı kaynaklar ve bazı kardiyak durumların nadirliği, istenen tekrarlama ve görselleştirme seviyesine ulaşmayı neredeyse imkansız hale getirebilir. Bu kaynak eksikliğinin hesaplanmasına yardımcı olmak için, eğitim için simülasyonların kullanımında bir artış olmuştur2,3. Yaygın olarak kullanılan simülasyon veya modelleme teknikleri arasında insan kadavraları, hayvan dokuları, sanal gerçeklik modelleri (VR) ve 3D baskılı modeller bulunur.
Kadavra dokusu tarihsel olarak cerrahi simülasyon için altın standart olarak kabul edilmiştir, hayvan dokusu yakın bir saniye ile. Kadavralar ve hayvan dokuları, ilgi çekici anatomik yapıyı, tüm çevre dokuları içerdikleri ve kan akışını simüle etmek için perfüzyon tekniklerine izin verdikleri için yüksek doğruluk simülasyonları üretebilirler4. Doku modellerinin faydalarına rağmen, dezavantajları vardır. Mumyalanmış doku deneyimleri mekanik uyumu azaltarak bazı operasyonları gerçekçi ve gerçekleştirilmesi zor hale getirir. Dokular sürekli bakım gerektirir, belirli tesisler, yeniden kullanılamaz2, elde edilmesi maliyetli olabilir3 ve tarihsel olarak etik kaygılara konu olmuştur. En önemlisi, doğumsal kardiyak durumlar kadavra örneklerinde mevcut değildir.
VR ve 3D baskılı modeller5,6,7,8,9,10, ameliyat öncesi planların oluşturulmasına yardımcı olmak için kardiyak eğitim, simülasyon ve modelleme için başka bir seçenek sağlar. Bu modeller, bir kullanıcının 2D görüntüleri 3D yapı olarak enterpolasyonlamak için çeşitli visuo-uzamsal yeteneği ile ilişkili belirsizliği azaltır10,11. Sanal ortam, manipüle edilebilen ve modellerle etkileşime girebilen cerrahi araçlar içerebilir, bu da cerrahların ve arkadaşların el-göz koordinasyonu, ince motor becerileri ve bazı prosedürlere aşinalık geliştirmelerine olanak tanır4. Kaynaşmış biriktirme modellemesi (FDM), stereolitografi (SLA), seçici lazer sinterleme (SLS) ve polijet dahil olmak üzere mevcut popüler 3D baskı teknolojilerinin milimetre altı hassasiyete sahip modeller ürettiği bulunmuştur13. Hem VR hem de 3D baskılı modeller yeniden kullanılabilir ve son derece ayrıntılı olabilir; modeller hasta radyolojik görüntüleme verilerinden bile oluşturulabilir ve bu da hasta anatomisinin kopyaları ile sonuçlanır. Vr veya 3D baskılı modellerin birçok faydasına rağmen, doğumsal kalp ameliyatının maliyeti ve dokunsal sadakat gereksinimleri göz önüne alındığında yetersiz kalırlar. Bir VR ortamının kurulumunun yüksek bir maliyeti vardır ve VR ortamları gerçek dünyada dokunsal geri bildirim sağlayamaz. Dokunsal sadakat teknolojisi gelişirken, mevcut boşluk bir öğrencinin prosedürleri gerçekleştirmek için gerekli ince motor becerilerine aşina olmasını engeller4. Benzer şekilde, kullanılan 3D baskı teknolojisinin türüne bağlı olarak, yazıcı satın alma fiyatı ve baskı malzemesi maliyeti 11,14 olarak kabul edilmesi gerektiğinden, 3D baskı maliyeti oldukça yüksek olabilir. Gerçekçi dokunsal geri bildirime sahip tek bir yüksek kaliteli kardiyak model, üst düzey bir yazıcı kullanılarak üretilebilir, ancak 100.000 USD15'in üzerinde bir yazıcı satın alma fiyatıyla sadece malzemede yüzlerce dolara mal olacaktır. 26-28 A kıyı sertliğine sahip bir filament kullanılarak üretilen bir kardiyak modelin model başına yaklaşık 220 USD'ye mal olduğu bulunmuştur16. Alternatif olarak, yazıcı satın alma fiyatı 5.000 USD'den az olan birçok düşük maliyetli 3D yazıcı ve teknoloji mevcuttur. Düşük maliyetli bir FDM yazıcıda üretilen bir kardiyak modelin ortalama malzeme fiyatlarının 82 A kıyı sertliğine sahip bir malzeme kullanılarak yaklaşık 3,80 USD ve kıyı sertliği 95 A15,16 olan bir malzeme kullanılarak 35 USD olduğu tespit edildi. Bu makineler düşük maliyetli bir çözüm sunarken, dokunsal sadakat pahasına gelir.
VR ve 3D baskı, bir kardiyak durumun ayrıntılı görsel ve kavramsal olarak değerlendirilmesine izin verebilirken, uygulamalı cerrahi simülasyon için bir model üretmekle ilişkili yüksek fiyat genellikle önemli bir engeldir. Bir çözüm, fiziksel ve dokusal olarak doğru bir kardiyak model oluşturmak için silikon kullanımıdır. Hastaya özgü silikon modelleri, cerrahların bir hasta için minimum risk içeren ve işlem başarısız olursa hiçbir sonucu olmayan bir ortamda gerçekçi dokunsal geri bildirim yaşarken bir prosedürü görmelerine, hissetmelerine ve hatta uygulamalarına izin vererek benzersiz anatominin daha derin bir şekilde anlaşılmasını kolaylaştırabilir9. Silikon kalıplamanın, düşük maliyetli 3D baskıdan üretilen modellere göre gerçek dokuya önemli ölçüde daha yakın fiziksel özelliklere sahip modeller üreten insan anatomisini modellemek için etkili bir yöntem olduğu gösterilmiştir17. Scanlan ve ark., gerçek dokuya benzerliği değerlendirmek için düşük maliyetli 3D baskılı silikon kalıplı kardiyak kapakların özelliklerini karşılaştırdı; çalışma, silikon vanaların fiziksel özelliklerinin gerçek dokunun tam bir kopyası olmasa da, özelliklerin 3D baskılı valflerden çok daha üstün olduğunu buldu17. Çalışmada kullanılan 3D baskı malzemesi, düşük maliyetli 3D yazıcılar için mevcut en yumuşak malzemeler arasındadır ve 26 ila 28 A18 arasında bir kıyı sertliğine sahiptir. Aşağıdaki protokolde kullanılması önerilen platin kür silikon, kalp dokusunun kıyı sertliğine çok daha yakın olan 2 A, 00 ölçeğinde 43 veya yaklaşık 0 A19,20 kıyı sertliğine sahiptir. Bu fark önemlidir, çünkü silikon modeller doğrudan 3D baskılı malzemelerin elde edemediği yüksek kaliteli ince motor beceri eğitimsine izin verir. Bu protokolde önerilen modelin toplam malzeme maliyeti 10 USD'den azdır. Önerilen silikon modeller, gerçekçi dokunsal geri bildirim için gerekli yumuşak doku özelliklerini düşük maliyetli 3D baskılı modellerin çok yönlülüğü ve hassasiyeti ile birleştirir.
Silikonun faydaları onu model oluşturma için bariz bir seçim haline getirirken, silikon kullanımı kalıplanabilen anatomi ile kısıtlanmıştır. Taze karıştırılmış silikon, iyileştirirken istenen şekilde tutmak için kalıp gerektiren bir sıvıdır. Tarihsel olarak, silikon kardiyak kalıplar sadece modelin dış yüzeyinin ayrıntılarını içerebilir. Tüm kan havuzu bölgesi de dahil olmak üzere kalp içi detaylar silikonla doldurulur ve kaybolurdu. Önceki çalışmalar, kalp içinde belirli ilgi alanlarının silikon modellerine ulaşmıştır (örneğin, aort kökü21) veya miyokard dokusunu simüle etmek için ekstrapolör bir yöntem kullanmıştır22. Bu protokol, silikon malzeme kullanımını yüksek çözünürlüklü anatomik, tam miyokard simülasyonu ile birleştirmeyi amaçlarken yenidir - özellikle herhangi bir tahmin yönteminden kaçınmaktadır. Bilgimize göre, hiçbir açıklayıcı makale bu yönleri birleştiren bir metodoloji sağlamamıştır. Bu protokolde açıklanan yöntem, cerrahi preoperatif uygulama için yeterince doğru olan kalp içi anatomik replikasyon ile hastaya özgü bir kardiyak model elde etme tekniğini tanıtır. Yöntem, silikonu iyileştirdiği gibi uygun şekilde tutmak için bir miyokard kalıbının oluşturulmasını ve modelin iç, kardiyak ayrıntılarını korumak ve silikonun kalbin kan havuzu bölgesini doldurmasını önlemek için bir iç kalıp oluşturulmasını içerir. İç kalıp daha sonra çözülmeli ve dış ve iç yüzeylerde hastaya özgü anatomiye sahip tüm silikon kardiyak model bırakılmalıdır. Burada önerilen kardiyak model oluşturma protokolü olmadan, miyokardın gerçek doku özelliklerini taklit eden bir malzeme ile cerrahi prosedürü simüle etmek için düşük maliyetli bir çözüm yoktur.

<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

Üç boyutlu modeller, karmaşık vakaları öğrenirken cerrahi planlar ve tıp adamları geliştirdikleri için cerrahlar için değerli bir araç olabilir. Özellikle 3D modeller, karmaşık doğumsal kalp hastalıklarının ortaya çıktığı kardiyoloji alanında önemli bir rol oynayabilir. Birçok 3D yazıcı anatomik olarak doğru ve ayrıntılı modeller sağlayabilirken, mevcut 3D baskı malzemeleri miyokard dokusu özelliklerini çoğaltamaz ve son derece maliyetli olabilir. Bu protokol, kalp kası özelliklerine daha yakından uyan düşük maliyetli bir silikon kullanarak hastaya özgü karmaşık konjenital kalp defektleri modellerinin oluşturulması için bir süreç geliştirmeyi amaçlamaktadır. Geliştirilmiş model doğruluğu ile, gerçek cerrahi prosedür eğitimi prosedürden önce gerçekleşebilir. Kardiyak modellerin başarılı bir şekilde oluşturulması, sanal bir kan havuzu (kalbin odalarını dolduran kan) ve miyokard doku kalıbı oluşturmak için radyolojik görüntülerin segmentasyonu ile başlar. Kan havuzu ve miyokard kalıbı, aseton içinde çözünebilen bir plastik olan akriloitril butadien stiren (ABS) ile basılmış 3D'dir. Kalıp kan havuzunun etrafına monte edilir ve miyokardı simüle eden negatif bir alan oluşturur. 2A kıyı sertliğine sahip silikon negatif alana dökülür ve tedavisine izin verilir. Miyokard kalıbı çıkarılır ve kalan silikon/kan havuzu modeli aseton içine batırılır. Açıklanan süreç, kardiyak defektler de dahil olmak üzere tüm kardiyak özelliklerin daha gerçekçi doku özellikleriyle temsil edildiği ve doğrudan 3D baskı yaklaşımından daha yakın olduğu fiziksel bir modelle sonuçlanır. Ventrikül septal defekt (VSD) olan bir modelin GORE-TEX yaması (kusur için standart cerrahi müdahale) kullanılarak başarılı bir şekilde düzeltilmesi yöntemin yararını göstermektedir.

VSD'li bir hastanın radyolojik görüntüleme verileri, temsili bir silikon kardiyak model oluşturmak için seçildi. Hasta anatomisi, dijital miyokard modeli ve dijital kan havuzu modeli oluşturmak için CAD segmentasyon yazılımı kullanılarak segmentlere ayrılmıştır (Şekil 1). Sunulan protokol ile kan havuzu ve miyokard manuel segmentasyonu tamamlanması 1-3 saat sürer. Segmentasyonun tamamlanmasının ardından, miyokard modeli daha fazla işlem için CAD yazılımında açıldı. Model, program içinde yapılan bir 3B kutuya hizalandı ve ardından Boole işlemleri kullanılarak kaldırıldı. Bu işlem miyokard modelinin negatifini bırakarak bir kalıp oluşturdu. Bu miyokard kalıbı daha uygun bir boyuta kırpıldı, parçalara ayrıldı ve parçaları hizalamak için sahne malzemeleriyle değiştirildi (Şekil 2). Davanın oluşturulması 2-6 saat sürdü. Tüm miyokard kalıp parçaları ve kan havuzu 3D baskı dilimleme yazılımına yüklendi ve G-Code ABS'de 3D baskıya oluşturuldu (Şekil 3). Destek malzemesi çıkarılmış 3D baskılı parçalar Şekil 4'te görülebilir. Miyokard kasa parçaları, modelin yüzey kaplamasını geliştirmek için buharla yumuşatıldı (Şekil 5). Buhar pürüzsüz işleminin tamamlanmasından sonra, kalıp kan havuzu modelinin etrafına monte edildi ve silikon döküldü. Montaj ve silikon dökülmesi bir saat sürdü. Silikon setinden sonra, kardiyak model miyokard durumundan çıkarıldı ve kan havuzunu eritmek için aseton içine batırıldı. Yaklaşık yirmi dört saat ıslandıktan sonra kan havuzu erimişti. Son bir aseton durulama yapıldı ve modelin tamamen kurumasına izin verildi. Tamamlanan silikon kardiyak model Şekil 6'da görülebilir. Silikon modelin doğruluğunu ve işlevselliğini değerlendirmek için CHD (konjenital kalp kusuru) uzmanı tarafından iç anatominin gözlenmesi için bir kesi yapılmıştır. Beklenen VSD mevcuttu ve VSD'yi düzeltmek için konjenital kalp cerrahı tarafından modele bir GORE-TEX yaması dikildi (Şekil 7). Başarıyla tamamlanan silikon modelde tüm hasta anatomisi ve kusurları hem dışarıdan hem de dahili olarak mevcut olacaktır. Protokolün bir özeti Ek Dosya 1'de görülebilir. 
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62805/62805fig07.jpg"> Şekil 7: VSD ile silikon kardiyak modelde dikilmiş GORE-TEX yama. (A) cerrahın, GORE-TEX yaması ile kapatılan modelde VSD ve (B) cerrahın VSD'ye bakışı ile hastaya özgü silikon kardiyak modelin görüntüsü. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/62805fig07large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Tamamlayıcı Dosya 1: Silikon kalp imalat protokolü şeması. Hastaya özgü silikon kardiyak modelin imalatındaki protokolün şematik illüstrasyonu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_1.psd" target="_blank">Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.</a>
Tamamlayıcı Dosya 2: Kritik adımların ve olası olumsuz sonuçların özeti. Hastaya özgü silikon kardiyak modelin geliştirilmesinde kritik öneme sahip adımların ve adımların doğru takip edİlmemesi durumunda ortaya dolayıabilecek olası olumsuz sonuçların özeti. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62805/Schematic_2.psd" target="_blank">Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.</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

Hastaya özel modeller, cerrahi planlar geliştirirken veya öğrenirken cerrah ve arkadaş güvenini geliştirir. Üç boyutlu (3D) yazıcılar cerrahi hazırlık için yeterli ayrıntı üretir, ancak doku dokunsal doğruluğunu çoğaltamaz. Hastaya özgü, silikon kardiyak modellerin oluşturulmasını detaylandıran, 3D baskı hassasiyetini simüle edilmiş silikon doku ile birleştiren bir protokol sunulmaktadır.

Ameliyat Öncesi Planlarda ve Uygulamalı Eğitimde Uygulamalarla Hastaya Özgü Silikon Kardiyak Modellerin Oluşturulması

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 ...

Karmaşık konjenital kalp hastalığı zor bir 3D sorundur. Mevcut 3D baskı teknolojileri miyokard doku özelliklerini yakından çoğaltamaz. Bu protokol, yüksek kaliteli cerrahi eğitim için modeller oluşturur.Bu teknik, görüntülemelerinden hastaya özgü 3D modelleri etkili bir şekilde oluşturur. Organlarının iç ve dış anatomisini modellemek, hastalarımızı yakından tanımamızı ve bakmamızı sağlar. Bu modelleri anatomik dokuyu yakından temsil eden bir malzemede oluşturmak, bu tekniğin anatomi içeren herhangi bir prosedür eğitmenine uygulanmasını sağlar.Başlamak için, miyokard servis talebi modeli STL dosyasını bir CAD programında açın. Magics'te, içe aktarma bölümü iki aracılığıyla oluşturulan STL dosyalarını içe aktarın. Proje yönetimi penceresinde, model işlemenin saydam seçeneğini belirleyin.Kalbin tepe noktasını aşağı ve aort arkını yatay olarak işaret ederek miyokard tabanının görünümünü ayarlamak için döndürme ve kaydırma aracını kontrol etmek için sol ve sağ fare düğmelerini kullanın. Modelden fazla miyokard kasa malzemesini kırpmak için araçlara gidin, kes ve polilin belirt'i seçin, ardından ilgi çekici noktaları seçin ve Uygula'yı tıklayın. Benzer şekilde, miyokard kasasını birden fazla parçaya bölün.Kesmeye gidin, polilin belirtin'i seçin, ardından miyokard kasasını apeks ve üst yarısını içeren bir alt yarıya bölen aort boyunca yatay bir kesim yapmak ve miyokard kasasının alt yarısı ve üst yarısının en geniş bölümü boyunca iki dikey kesim yapmak için ilgi çekici noktaları seçin. Ve sonunda, uygula'ya tıklayın. Montaj sırasında doğru hizalamayı sağlamak için, bir prop oluşturma aracı ve 0,25 milimetre boşluk değerine sahip bir Boole çıkarma aracı kullanarak, eşleşen sahne malzemeleri ve prop boşlukları oluşturun ve prop ekle'yi tıklatarak bunları miyokard kasa parçalarına ekleyin.Modeldeki konumu belirtin ve uygula'yı tıklatın. Miyokard kasasının üst yarım parçalarından birinde, bir santimetre çapında silikon dolgu deliği oluşturun ve bir Kobİ ile delik yerleşimini doğrulayın. Miyokard kasa parçalarındaki ters normal, kötü kenarlar, kötü konturlar, neredeyse kötü kenarlar, düzlemsel delikler veya kabuklar gibi hataları bulmak için tüm servis talebi parçalarında tanılamayı tek tek kontrol etmek için tanılamayı denetle'yi seçin.Bir hata algılanırsa, onarmak için otomatik çözümle'yi tıklatın. Ve alternatif olarak, hatalar el ile veya bir düzeltme aracı veya sihirbazı kullanılarak düzeltilebilir. Hatalar diğer seçenek kullanılarak düzeltilemezse, hataları bir küçültme kaydırma aracı kullanarak düzeltin.Düzeltmeyi tıklatın, daraltma kaydırmayı seçin ve SME incelemesinde fizyolojiyi değiştirmeden belirli parçadaki hataları düzeltmek için gerektiğinde shrink wrap örnek aralığını ve boşluk doldurma değerlerini ayarlamak için iletişim kutusunu izleyin. Ardından, tek tek miyokard servis talebi parçalarını STL dosyaları olarak kaydedin veya dışa aktarın. 3D baskı dosyaları üretmek için miyokard kasasını ve kan havuzu modellerini uygun dilimleyici yazılımında açın.Tüm parçalara manuel olarak 3D baskı destekleri ekleyin veya varsa yazılımda sağlanan otomatik bir destek oluşturma aracı kullanın. 3D yazıcıda kullanılmak üzere G kodu oluşturmak için modelleri metin el yazmasında açıklanan parametrelerle dilimleyin ve G kodunu kaydedin veya dışa aktarın. Yazdırma dosyasını 3D yazıcıya yükleyin.Doğru filamentin 3D yazıcıya yüklendiğinden emin olduktan sonra yazdırmaya başlayın. Baskı tamamlandığında, basılan parçalardan tüm destek malzemelerini çıkarmak için iğne burun pensesini ve cımbızı kullanın. Miyokard kasa parçalarını kan havuzu kalıbını monte haline getirerek tüm parçaların birbirine sıkıca oturmasını sağlayın.Miyokard kılıfı kan havuzunun etrafına sığamıyorsa, malzemeyi çıkarmak için bir el döner zımparalama aracı kullanarak kasa kalıp parçalarında küçük ayarlamalar yapın. Daha sonra, aseton buharı kullanarak miyokard kasasının yüzeyini pürüzsüzleştirin. Bunu yapmak için, bir kabın altını ve yanlarını asetondan etkilenmeyecek kağıt havlularla hizalayın.Asetonları alt kağıt havluya dökün ve kağıt havluları kabın kenarına dağıtmasına izin verin, ancak altta bir havuz oluşturmayın. Alt kağıt havluyu örtmek için kabın içine bir parça alüminyum folyo yerleştirin. Miyokard kasa parçalarını alüminyum folyoya yönlendirin, böylece pürüzsüz olması istenen yüzler dikey olacak şekilde, parçaların birbirine veya kabın duvarlarındaki kağıt havlulara dokunmamasını sağlayın.Kabı alüminyum folyo ile örtün ve miyokard kasa parçalarının istenen yüzey kaplamasının% 80'ine kadar kapta bozulmadan kalmasını sağlar. Yüzey pürüzsüz hale geldikten sonra, miyokard kasa parçalarını sadece dış yüzeylere dokunarak kabın içinden dikkatlice çıkarın ve parçaların iyi havalandırılmış bir alanda yaklaşık 30 dakika boyunca veya parçalar tamamen kuruyana ve sertleşene kadar tamamen gazdan arındırmasını bekleyin. Gerekli silikon miktarını belirlemek için CAD yazılımını kullanarak miyokard segmentasyonunun hacmini ölçün.Silikonun A ve B kısmını iyice çalkala. Modelde renk isteniyorsa, pigment ekleyin ve tüm parçaları ve pigmenti iyice karıştırın, ardından 29 inç cıvada iki ila üç dakika boyunca bir vakum odasına iyice karıştırılmış bir silikon yerleştirin. Bu silikon karışımı tamamen gazdan arındırıldığında, kan havuzundaki tüm boşlukların ve boşlukların silikonla doldurulmasını ve kan havuzunun iyice kaplanmasını sağlamak için odadan çıkarın ve kan havuzunu silikon karışımına batırın.İyi havalandırılmış bir alanda, miyokard kasasının tüm parçalarını kolay bir serbest bırakma ürünüyle iyice püskürtün. Miyokard kasasının alt yarısını kan havuzunun tepe kısmına monte edin. Sızıntı durumunda, sızıntıyı kelepçeler, sıcak tutkal veya kil kullanarak kapatın.Daha sonra, monte edilmiş miyokard kalıp parçaları dolana kadar kan havuzu ve kasa duvarı arasındaki boşluğa silikon dökün. Miyokard kasasının kalan parçalarını monte ettikten sonra, kasa parçalarını gerektiğinde lastik bantlar ve kelepçeler kullanarak sıkıca sabitleyin. Silikon katılaştırıldığında, silikon kalbi miyokard kasasından çıkarın ve kasa parçaları veya dolgu deliği arasındaki boşluktan oluşturulan silikon dikişleri kesin.Silikon modelinde açık uçlu tüm kan damarlarını belirledikten sonra, içindeki ABS kan havuzunu açığa çıkarmak için damarları kaplayan herhangi bir silikonu kesin. Silikon kalbi asetona batırın ve ABS aseton batırdıktan 10 ila 15 dakika sonra yumuşamaya başlayacaktır. ABS yumuşatıldıktan sonra, ABS çözme işleminin hızını artırmak için büyük ABS parçalarını cımbızla çıkarın.ABS kan havuzunun çoğu çözüldüğünde, tüm ABS'yi silikondan çıkarmak için silikon kalbi iki ila üç kez temiz asetonla durulayın. Kardiyak modeli asetondan çıkarın ve kalan asetonun iyi havalandırılmış bir alanda modelden buharlaşmasına izin verin. Silikon modelin doğruluğunu ve işlevselliğini değerlendirmek için, iç anatomiyi görselleştirmek için biri ön sol ventrikülde, diğeri arka sağ ventrikülde olmak üzere iki kesi yapılmıştır.Beklenen ventrikül septal defekti uygun iç yapılar gibi mevcuttu ve ventrikül septal defektini düzeltmek için konjenital bir kalp cerrahı tarafından modele gore-TEX yaması dikildi. Kalıbı tasarlamak çok önemlidir. Kalıbı kan havuzunun etrafına sığması gerektiği kadar parçalara ayırdığınızdan emin olun.Bu teknik, karmaşık hastaya özgü silikon modellerinin oluşturulmasını açar. Artık 3D baskı malzemesi sınırlamaları ile kısıtlanmayız. Bunun yerine, karmaşık cerrahi eğitmenlere yönelik her türlü talebi karşılama yetkisine sahipiz.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Plazma Litografi Yüzey Desenlendirme Hücre Ağları Oluşturma

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

Kalp Hastaya özel Modelleme: Ventriküler Fiber Yönelimlerin Tahmini

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

Yerinde Sıvıda Biyolojik Montajlar TEM

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

Omurilik Yaralanmalı Kişiler Eğitim bir mekanik dış iskelet kullanma Ambulate için

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

Cam Kristallerin sonraki Alt yüzeye Lazer Gravür (SSLE) için Ölçekli Anatomik Model Biyomedikal Tıbbi Görüntüleme Verilerin oluşturulması ve İlişkili Etiketleri

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

3D Bioprinting&#39;i Kullanan Sferoidlerin Mekanik Entegrasyonu Sergileyen Kalp Doku Oluşturma

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

Üç boyutlu Poly(ε-caprolactone) İskele kontrol edilebilir türleri morfoloji ile Electrospinning yazma doku mühendisliği uygulamaları için erime

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

Etkileşimli, hastanın özel modelleri kullanarak derin beyin stimülasyonu tedavisi için nöronal Fiber yolları hedefleme

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

Yetişkin kemik iliği türevi hematopoetik kök hücre mühendislik manyetik hedefleme ile kombine etkinleştirmek için hücre içine mikroRNA Transfer için iletişim kuralı

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

Net kalıp tabanlı yöntemi iskele ücretsiz üç boyutlu kalp doku oluşturma

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