Name: a personalized 3d-printed model for preoperative evaluation in thyroid surgery
Uploaded: 2023-02-17T13:50:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Personalized 3D-Printed Model for Preoperative Evaluation in Thyroid Surgery at JoVE.com

Cette étude a été soutenue par le Comité de la santé de la province du Sichuan (subvention n ° 20PJ061), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subvention n ° 32101188) et le projet général du Département de la science et de la technologie de la province du Sichuan (subvention n ° 2021YFS0102), Chine.

Cette étude n’avait pas besoin d’approbation pour être réalisée ou de toute sorte de consentement des patients pour utiliser et publier leurs données, car toutes les données et informations de cette étude et de cette vidéo ont été anonymisées.
1. Collecte des données d’image
<ol><li>Scanner la thyroïde du patient par tomodensitométrie (TDM) améliorée pour obtenir les données d’image au format DICOM. Assurez-vous que ce processus est effectué dans la...

<ol>
	<li>Haugen, B. R., 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=2015+American+Thyroid+Association+management+guidelines+for+adult+patients+with+thyroid+nodules+and+differentiated+thyroid+cancer:+The+American+Thyroid+Association+Guidelines+Task+Force+on+thyroid+nodules+and+differentiated+thyroid+cancer.">2015 American Thyroid Association management guidelines for adult patients with thyroid nodules and differentiated thyroid cancer: The American Thyroid Association Guidelines Task Force on thyroid nodules and differentiated thyroid cancer.</a> Thyroid. 26 (1), 1-133 (2016).</li><li>Kim, Y. 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Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Operative+management+of+locally+advanced,+differentiated+thyroid+cancer.">Operative management of locally advanced, differentiated thyroid cancer.</a> Surgery. 160 (3), 738-746 (2016).</li><li>Poppe, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MANAGEMENT+OF+ENDOCRINE+DISEASE:+Thyroid+and+female+infertility:+more+questions+than+answers.">MANAGEMENT OF ENDOCRINE DISEASE: Thyroid and female infertility: more questions than answers.</a> European Journal of Endocrinology. 184 (4), 123-135 (2021).</li><li>Alexander, L. F., Patel, N. J., Caserta, M. P., Robbin, M. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organ+printing:+from+bioprinter+to+organ+biofabrication+line.">Organ printing: from bioprinter to organ biofabrication line.</a> Current Opinion in Biotechnology. 22 (5), 667-673 (2011).</li><li>Niedziela, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thyroid+nodules.">Thyroid nodules.</a> Best Practice &amp; Research. 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L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+rapid+prototyping+for+otolaryngology-head+and+neck+surgery:+applications+in+image-guidance,+surgical+simulation+and+patient-specific+modeling.">3D rapid prototyping for otolaryngology-head and neck surgery: applications in image-guidance, surgical simulation and patient-specific modeling.</a> PLoS One. 10 (9), 0136370 (2015).</li><li>Craft, D. F., Howell, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+fabrication+of+a+full-scale,+sagittal-sliced,+3D-printed,+patient-specific+radiotherapy+phantom.">Preparation and fabrication of a full-scale, sagittal-sliced, 3D-printed, patient-specific radiotherapy phantom.</a> Journal of Applied Clinical Medical Physics. 18 (5), 285-292 (2017).</li><li>Hong, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+personalized+and+realistic+educational+thyroid+cancer+phantom+based+on+CT+images:+An+evaluation+of+accuracy+between+three+different+3D+printers.">Development of a personalized and realistic educational thyroid cancer phantom based on CT images: An evaluation of accuracy between three different 3D printers.</a> Computers in Biology and Medicine. 113, 103393 (2019).</li><li>Hazelaar, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+3D+printing+techniques+to+create+an+anthropomorphic+thorax+phantom+for+medical+imaging+purposes.">Using 3D printing techniques to create an anthropomorphic thorax phantom for medical imaging purposes.</a> Medical Physics. 45 (1), 92-100 (2018).</li><li>Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. <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+techniques+in+a+medical+setting:+a+systematic+literature+review.">3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review.</a> Biomedical Engineering Online. 15 (1), 115 (2016).</li><li>Bernhard, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Personalized+3D+printed+model+of+kidney+and+tumor+anatomy:+a+useful+tool+for+patient+education.">Personalized 3D printed model of kidney and tumor anatomy: a useful tool for patient education.</a> World Journal of Urology. 34 (3), 337-345 (2016).</li></ol>

L’échographie peut être la seule procédure d’imagerie préopératoire pour la plupart des patients subissant une chirurgie de la thyroïde15. Cependant, quelques cas bien différenciés peuvent souffrir de maladies avancées, qui envahissent les tissus ou organes environnants et entravent l’opération16. Ce modèle peut être plus approprié pour les patients atteints d’un cancer de la thyroïde à un stade avancé. Lorsque la maladie progresse, un scanner suppl?...

Les nodules thyroïdiens sont l’une des maladies endocriniennes les plus courantes, parmi lesquelles le cancer de la thyroïde représente 14 % à 21 %1. Le traitement préféré du cancer de la thyroïde est la chirurgie. Cependant, comme la glande thyroïde est située dans la région cervicale antérieure, il existe des tissus et des organes importants proches de la glande thyroïde dans la zone d’opération, tels que la glande parathyroïde, la trachée, l’œsophage, les grands vaisseaux cervicaux et les nerfs2,3, ce qui rend l’opération relativement difficile et risquée. Les complications chirurgicales les plus courantes sont une diminution de la fonction parathyroïdienne causée par une lésion de la fonction parathyroïdienne ou une mauvaise résection et un enrouement causé par une lésion récurrente du nerf laryngé4. La réduction des complications chirurgicales mentionnées ci-dessus a toujours été un objectif pour les chirurgiens. La méthode d’imagerie la plus courante avant la chirurgie de la thyroïde est l’imagerie par ultrasons, bien que son affichage de la glande parathyroïde et du nerf soit très limité5. De plus, la variation de la position de la glande parathyroïde et du nerf laryngé récurrent dans la zone de chirurgie thyroïdienne est très élevée, ce qui empêche l’identification 6,7. Si la position anatomique de chaque patient peut être clairement affichée au chirurgien à travers le modèle en temps réel pendant l’opération, cela réduira le risque opérationnel de chirurgie de la thyroïde, réduira l’incidence des complications et améliorera l’efficacité de la chirurgie de la thyroïde.
En outre, il est également difficile d’expliquer en détail le processus chirurgical aux patients avant la chirurgie. Certains chirurgiens inexpérimentés ont du mal à expliquer et à transmettre les détails précis de l’opération aux patients, notamment en raison de la complexité de la glande thyroïde et de ses structures environnantes. Chaque patient a sa propre structure anatomique et ses besoins personnels8. Par conséquent, un modèle thyroïdien 3D personnalisé basé sur l’anatomie réelle du patient peut aider efficacement les patients et les cliniciens. Actuellement, la majorité des produits sur le marché sont fabriqués en série sur la base de diagrammes plans. En utilisant la technologie d’impression 3D pour produire un modèle spécifique au patient qui reflète les besoins médicaux individuels de chaque patient, ce modèle peut être utilisé pour évaluer l’état réel des patients atteints d’un cancer de la thyroïde et aider les chirurgiens à mieux communiquer la nature de la maladie avec les patients.
L’impression 3D (ou fabrication additive) est une construction tridimensionnelle construite à partir d’un modèle de conception assistée par ordinateur ou d’un modèle numérique 3D9. Il a été utilisé dans de nombreuses applications médicales, telles que les dispositifs médicaux, les modèles anatomiques et la formulation de médicaments10. Par rapport à l’imagerie traditionnelle, un modèle d’impression 3D est plus visible et plus lisible. Par conséquent, l’impression 3D est de plus en plus utilisée dans les procédures chirurgicales modernes. Les technologies d’impression 3D couramment utilisées comprennent l’impression basée sur la polymérisation de la cuve, l’impression sur poudre, l’impression à jet d’encre et l’impression par extrusion11. Dans l’impression basée sur la polymérisation en cuve, une longueur d’onde spécifique de lumière est irradiée sur un baril de résine photopolymérisable, qui durcit localement la résine une couche à la fois. Il présente les avantages d’économiser du matériel et d’imprimer rapidement. L’impression à base de poudre repose sur un chauffage localisé pour fusionner le matériau en poudre pour une structure plus dense, mais elle entraîne également une augmentation significative du temps et du coût d’impression, et est actuellement utilisée de manière limitée12. L’impression à jet d’encre utilise une pulvérisation précise de gouttelettes sur le substrat dans un processus couche par couche. Cette technologie est la plus mature et présente les avantages d’une compatibilité matérielle élevée, d’un coût contrôlable et d’un temps d’impression rapide13. L’impression par extrusion extrudait des matériaux tels que des solutions et des suspensions à travers des buses. Cette technique utilise des cellules et, par conséquent, a les plus hautes capacités d’imitation des tissus mous. En raison de son coût plus élevé et de sa bio-affinité, il est principalement utilisé dans le domaine de l’ingénierie tissulaire et moins fréquemment dans les modèles d’organes chirurgicaux14.
En conséquence, nous avons choisi la technologie d’impression « White Jet Process », basée sur la complexité de la thyroïde et de ses structures environnantes et le calendrier chirurgical. Cette technologie combine les avantages de l’impression à base de polymérisation en cuve et de l’impression à jet d’encre, et offre une haute précision, une impression rapide et un faible coût, ce qui en fait un bon choix pour la chirurgie de la thyroïde. L’objectif de ce protocole est de réaliser un modèle de cancer de la thyroïde imprimé en 3D, d’améliorer le pronostic des patients en fournissant suffisamment d’informations sur la structure anatomique et la variation des patients, et de mieux informer les médecins et les patients sur toutes les conditions liées au processus chirurgical.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D color printer</td>
			<td>Zhuhai Sina 3D Technology Co</td>
			<td>J300PLUS</td>
			<td>Function support: automatic optimized placement, automatic model typesetting, automatic generation support, real-time layered edge cutting and printing, slice export, custom color thickness, custom placement / scaling, man hour evaluation, material consumption evaluation, print status monitoring, material remaining display, changing materials and colors, managing work queues, full / semi enclosed printing, automatic detection of model interference, layer preview, automatic pause of ink shortage, power failure to resume printing Automatic cleaning nozzle, automatic channel adaptation, ink change, automatic cleaning pipeline, follow-up laying. Range of optional materials: RGD series transparent molding materials, RGD series opaque molding materials, FLX series soft molding materials, ABS like series molding materials, high temperature resistant molding materials, Med series molding materials (first-class medical record certification), ordinary supporting materials, water-soluble supporting materials.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics 21.0 software&#160;</td>
			<td>Materialise, Belgium</td>
			<td></td>
			<td>DICOM data processing</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a personalized 3d-printed model for preoperative evaluation in thyroid surgery

La structure anatomique de la zone chirurgicale du cancer de la thyroïde est complexe. Il est très important d’évaluer de manière exhaustive et minutieuse l’emplacement de la tumeur et sa relation avec la capsule, la trachée, l’œsophage, les nerfs et les vaisseaux sanguins avant l’opération. Cet article présente une méthode innovante d’établissement de modèles imprimés en 3D basée sur des images DICOM de tomodensitométrie (CT). Nous avons établi un modèle personnalisé imprimé en 3D du domaine de la chirurgie cervicale de la thyroïde pour chaque patient ayant besoin d’une chirurgie de la thyroïde afin d’aider les cliniciens à évaluer les points clés et les difficultés de la chirurgie et à sélectionner les méthodes opératoires des pièces clés comme base. Les résultats ont montré que ce modèle est propice à la discussion préopératoire et à la formulation de stratégies opérationnelles. En particulier, grâce à l’affichage clair des emplacements récurrents du nerf laryngé et de la glande parathyroïde dans le domaine de l’opération thyroïdienne, les blessures peuvent être évitées pendant la chirurgie, la difficulté de la chirurgie de la thyroïde réduite et l’incidence de l’hypoparathyroïdie postopératoire et des complications liées aux lésions récurrentes du nerf laryngé réduite également. De plus, ce modèle imprimé en 3D est intuitif et facilite la communication pour la signature du consentement éclairé par les patients avant la chirurgie.

Cet article présente un protocole pour la construction de modèles personnalisés imprimés en 3D de la thyroïde des patients. La figure 1 montre un organigramme pour établir un modèle personnalisé imprimé en 3D pour les thyroïdes des patients. La figure 2 montre le dispositif d’impression de modèles personnalisés imprimés en 3D pour la thyroïde des patients. La figure 3 montre l’interface logicielle pour l’établis...

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A Personalized 3D-Printed Model for Preoperative Evaluation in Thyroid Surgery

Ici, une nouvelle méthode d’établissement d’un modèle personnalisé imprimé en 3D pour l’évaluation préopératoire de la chirurgie de la thyroïde est proposée. Il est propice à la discussion préopératoire, réduisant la difficulté de la chirurgie de la thyroïde.

Un modèle personnalisé imprimé en 3D pour l’évaluation préopératoire en chirurgie de la thyroïde

The anatomic structure of the surgical area of thyroid cancer is complex. It is very important to comprehensively and carefully evaluate the tumor ...

Dans cette étude, nous visons à améliorer l’évaluation préopératoire, la communication avec les patients et la certitude chirurgicale de la chirurgie de la thyroïde grâce à des modèles thyroïdiens 3D personnalisés. Cette technique peut très vaillamment restaurer la relation entre la glande thyroïde et les structures environnantes en utilisant moins de temps et d’argent. Si nous pouvons obtenir des images 3D de haute précision ou un modèle 3D personnalisé peut être satisfait.Par exemple, la chirurgie du foie. Pour commencer à scanner la thyroïde du patient par tomographie informatisée améliorée pour obtenir les données d’image au format DICOM. Importez les données d’image numérisées dans le logiciel et définissez le seuil approprié en fonction de la différence de valeur de gris entre la glande thyroïde et les tissus ou organes environnants.Comme différentes valeurs de gris reflètent des différences d’intensité des différentes zones du corps humain, définissez le seuil de l’échelle de gris sur 226 à 1500 pour présenter l’image osseuse, définissez le seuil sur moins 200 à 226 pour montrer l’image de la glande thyroïde. Laissez le logiciel identifier automatiquement la zone encadrée ou délimiter manuellement la limite de la zone cible si la reconnaissance n’est pas satisfaisante. Générez des fichiers STL à partir du modèle de données reconstruit.Après avoir obtenu l’approbation du médecin sur le modèle 3D reconstruit, transférez les données du fichier STL vers l’imprimante 3D en matériau coloré pour définir les paramètres prédéfinis via le logiciel de découpage d’impression 3D prenant en charge. Sélectionnez le modèle d’impression en fonction du type de produits finis. Les modèles d’impression couleur utilisent généralement la technologie de traitement à jet blanc.Alors que la résine photosensible utilise la procession lumineuse numérique. Sélectionnez le paramètre d’épaisseur du trait de tranche en fonction de l’épaisseur des produits. Ici, 23 à 36 micromètres.Choisissez la méthode de support en fonction de la finesse du modèle d’impression, soit un support global pour une meilleure protection et moins d’endommagement des détails fins, soit un support partiel qui permet d’économiser des matériaux. Sélectionnez ensuite la coloration du modèle à l’aide de la fonction de palette de couleurs de l’imprimante. Unifier les artères avec la couleur rouge 255 et les veines avec la couleur bleue 255.Remplissez la résine durcissable à la lumière dure dans l’imprimante 3D. Déboguez la plate-forme d’impression et imprimez à l’aide de la technologie de traitement à jet blanc. Après l’impression, sortez le modèle thyroïdien imprimé préliminaire.Soustrayez la structure de support en séparant et en enroulant les supports autour du modèle préliminaire avec des mains gantées et retirez la majeure partie du corps principal de la structure de support. Mettez le modèle dans un nettoyeur à ultrasons avec une solution alcaline d’hydroxyde de calcium pour un nettoyage de 15 minutes. Placez le modèle dans une sableuse humide et rincez-le jusqu’à ce que le reste de la structure de support sur la surface soit emporté.Ensuite, meulez le modèle avec une lime de meuleuse électrique ou une meule. Après le meulage, vaporisez le vernis en blocs de couleur de grande surface sur la moitié de la surface du modèle. Ensuite, peignez manuellement les blocs de couleur de petite surface avec du vernis.Ensuite, mettez le modèle dans une machine de durcissement UV pendant 30 secondes de durcissement. Ensuite, sortez le modèle et nettoyez-le avec 95% d’alcool. Emballez le modèle thyroïdien fini et terminez la livraison aux chirurgiens avant la chirurgie.Suivant cette approche, un modèle complet imprimé en 3D de la région thyroïdienne a été construit par tomographie informatisée améliorée avant l’opération pour un patient atteint d’un cancer de la thyroïde. Des images 3D de haute qualité sont une base pour l’impression. La technologie d’impression WGP est un point clé pour les modèles 3D de haute qualité.

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