Name: a personalized 3d-printed model for preoperative evaluation in thyroid surgery
Uploaded: 2023-02-17T13:50:00
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Diese Studie wurde vom Gesundheitsausschuss der Provinz Sichuan (Zuschuss Nr. 20PJ061), der National Natural Science Foundation of China (Zuschuss Nr. 32101188) und dem Allgemeinen Projekt der Abteilung für Wissenschaft und Technologie der Provinz Sichuan (Zuschuss Nr. 2021YFS0102), China, unterstützt.

Für diese Studie war weder eine Genehmigung noch eine Zustimmung der Patienten zur Verwendung und Veröffentlichung ihrer Daten erforderlich, da alle Daten und Informationen in dieser Studie und im Video anonymisiert wurden.
1. Erhebung von Bilddaten
<ol><li>Scannen Sie die Schilddrüse des Patienten mittels erweiterter Computertomographie (CT), um die Bilddaten im DICOM-Format zu erhalten. Stellen Sie sicher, dass dieser Vorgang innerhalb von 1 Woche vor der Operation durc...

<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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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>

Ultraschall ist für die meisten Patienten, die sich einer Schilddrüsenoperation unterziehen, möglicherweise das einzige präoperative bildgebende Verfahren15. In einigen gut differenzierten Fällen kann es jedoch zu fortgeschrittenen Erkrankungen kommen, die in das umliegende Gewebe oder Organe eindringen und die Operation behindern16. Dieses Modell ist möglicherweise besser für Patienten mit weit fortgeschrittenem Schilddrüsenkrebs geeignet. Wenn die Krankheit fortsc...

Schilddrüsenknoten sind eine der häufigsten endokrinen Erkrankungen, von denen Schilddrüsenkrebs 14 % bis 21 % ausmacht1. Die bevorzugte Behandlung von Schilddrüsenkrebs ist eine Operation. Da sich die Schilddrüse jedoch im vorderen Halsbereich befindet, befinden sich im Operationsbereich wichtige Gewebe und Organe in der Nähe der Schilddrüse, wie z. B. die Nebenschilddrüse, die Luftröhre, die Speiseröhre sowie die großen Gefäße und Nerven des Gebärmutterhalses 2,3, was die Operation relativ schwierig und riskant macht. Die häufigsten chirurgischen Komplikationen sind eine Abnahme der Nebenschilddrüsenfunktion, die durch eine Verletzung der Nebenschilddrüsenfunktion oder eine Fehlresektion verursacht wird, und Heiserkeit, die durch eine rezidivierende Verletzung des Kehlkopfnervsverursacht wird 4. Die Reduzierung der oben genannten chirurgischen Komplikationen ist seit jeher ein Ziel der Chirurgen. Das gebräuchlichste bildgebende Verfahren vor einer Schilddrüsenoperation ist die Ultraschallbildgebung, obwohl die Darstellung der Nebenschilddrüse und des Nervs sehr begrenzt ist5. Darüber hinaus ist die Variation in der Position der Nebenschilddrüse und des Nervus laryngeus recurrens im Bereich der Schilddrüsenchirurgie sehr hoch, was die Identifizierung behindert 6,7. Wenn die anatomische Position jedes Patienten dem Chirurgen durch das Modell in Echtzeit während der Operation deutlich angezeigt werden kann, verringert dies das Operationsrisiko einer Schilddrüsenoperation, verringert die Häufigkeit von Komplikationen und verbessert die Effizienz der Schilddrüsenoperation.
Darüber hinaus ist es auch eine Herausforderung, den Patienten den chirurgischen Ablauf vor der Operation gründlich zu erklären. Einigen unerfahrenen Chirurgen fällt es schwer, den Patienten die genauen Details der Operation zu erklären und zu vermitteln, insbesondere wegen der Komplexität der Schilddrüse und ihrer umgebenden Strukturen. Jeder Patient hat seine eigene, einzigartige anatomische Struktur und seine persönlichen Bedürfnisse8. Daher kann ein personalisiertes 3D-Schilddrüsenmodell, das auf der realen Anatomie des Patienten basiert, Patienten und Ärzten effektiv helfen. Derzeit werden die meisten Produkte auf dem Markt auf der Grundlage von Plandiagrammen in Massenproduktion hergestellt. Durch den Einsatz der 3D-Drucktechnologie zur Erstellung eines patientenspezifischen Modells, das die individuellen medizinischen Bedürfnisse jedes Patienten widerspiegelt, kann dieses Modell verwendet werden, um den tatsächlichen Zustand von Patienten mit Schilddrüsenkrebs zu bewerten und Chirurgen dabei zu helfen, die Art der Krankheit besser mit den Patienten zu kommunizieren.
3D-Druck (oder additive Fertigung) ist eine dreidimensionale Konstruktion, die aus einem computergestützten Konstruktionsmodell oder einem digitalen 3D-Modell9 aufgebaut ist. Es wurde in vielen medizinischen Anwendungen verwendet, z. B. in medizinischen Geräten, anatomischen Modellen und Arzneimittelformulierungen10. Im Vergleich zur herkömmlichen Bildgebung ist ein 3D-Druckmodell besser sichtbar und besser lesbar. Daher wird der 3D-Druck zunehmend in modernen chirurgischen Eingriffen eingesetzt. Zu den häufig verwendeten 3D-Drucktechnologien gehören der Druck auf der Basis der Bottichpolymerisation, der Druck auf Pulverbasis, der Druck auf Tintenstrahlbasis und der Druck auf Extrusionsbasis11. Beim Druck auf Basis der Bottichpolymerisation wird eine bestimmte Wellenlänge des Lichts auf einen Lauf mit lichthärtendem Harz gestrahlt, der das Harz Schicht für Schicht lokal aushärtet. Es hat die Vorteile der Materialeinsparung und des schnellen Drucks. Der pulverbasierte Druck beruht auf lokalisierter Erwärmung, um das Pulvermaterial für eine dichtere Struktur zu verschmelzen, führt aber auch zu einer deutlichen Erhöhung der Druckzeit und -kosten und wird derzeit nur begrenzt eingesetzt12. Beim Inkjet-basierten Druck werden Tröpfchen Schicht für Schicht präzise auf das Substrat gesprüht. Diese Technologie ist die ausgereifteste und hat die Vorteile einer hohen Materialkompatibilität, kontrollierbarer Kosten und einer schnellen Druckzeit13. Beim extrusionsbasierten Druck werden Materialien wie Lösungen und Suspensionen durch Düsen extrudiert. Diese Technik nutzt Zellen und hat daher die höchsten Fähigkeiten zur Nachahmung von Weichgewebe. Aufgrund der höheren Kosten und der Bioaffinität wird es hauptsächlich im Bereich des Tissue Engineering und seltener in chirurgischen Organmodellen eingesetzt14.
Daher haben wir uns für die Drucktechnologie "White Jet Process" entschieden, basierend auf der Komplexität der Schilddrüse und ihrer umgebenden Strukturen sowie dem Operationsplan. Diese Technologie kombiniert die Vorteile des Drucks auf Basis der Bottichpolymerisation und des Tintenstrahldrucks und bietet hohe Präzision, schnellen Druck und niedrige Kosten, wodurch sie sich gut für die Schilddrüsenchirurgie eignet. Ziel dieses Protokolls ist es, ein 3D-gedrucktes Schilddrüsenkrebsmodell zu erstellen, die Prognose der Patienten zu verbessern, indem ausreichende Informationen über die anatomische Struktur und Variation der Patienten bereitgestellt werden, und Ärzte und Patienten besser über alle Bedingungen im Zusammenhang mit dem chirurgischen Prozess zu informieren.

<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

Die anatomische Struktur des Operationsgebietes des Schilddrüsenkarzinoms ist komplex. Es ist sehr wichtig, die Lage des Tumors und seine Beziehung zu Kapsel, Luftröhre, Speiseröhre, Nerven und Blutgefäßen vor der Operation umfassend und sorgfältig zu beurteilen. In diesem Artikel wird eine innovative Methode zur Erstellung von 3D-gedruckten Modellen vorgestellt, die auf DICOM-Bildern der Computertomographie (CT) basiert. Wir erstellten ein personalisiertes 3D-gedrucktes Modell der zervikalen Schilddrüsenchirurgie für jede Patientin, die eine Schilddrüsenoperation benötigte, um den Ärzten zu helfen, die wichtigsten Punkte und Schwierigkeiten der Operation zu beurteilen und die Operationsmethoden der wichtigsten Teile als Grundlage auszuwählen. Die Ergebnisse zeigten, dass dieses Modell für die präoperative Diskussion und die Formulierung von Operationsstrategien förderlich ist. Insbesondere durch die deutliche Darstellung der rekurrenten Lage des Kehlkopfnervs und der Nebenschilddrüse im Schilddrüsenoperationsfeld können Verletzungen während der Operation vermieden, die Schwierigkeit der Schilddrüsenoperation verringert und auch die Inzidenz von postoperativem Hypoparathyreoidismus und Komplikationen im Zusammenhang mit rezidivierenden Larynxnervverletzungen verringert werden. Darüber hinaus ist dieses 3D-gedruckte Modell intuitiv und unterstützt die Kommunikation bei der Unterzeichnung der Einwilligungserklärung durch Patienten vor der Operation.

In diesem Artikel wird ein Protokoll für die Erstellung personalisierter 3D-gedruckter Modelle der Schilddrüse von Patienten vorgestellt. Abbildung 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Erstellung eines personalisierten 3D-gedruckten Modells für die Schilddrüse von Patienten. Abbildung 2 zeigt das personalisierte 3D-gedruckte Modelldruckgerät für die Schilddrüse von Patienten. Abbildung 3 zeigt die Softwareschnittstelle zur Erstellun...

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

Hier wird eine neue Methode zur Erstellung eines personalisierten 3D-gedruckten Modells für die präoperative Beurteilung von Schilddrüsenoperationen vorgeschlagen. Es ist förderlich für präoperative Gespräche und verringert die Schwierigkeit einer Schilddrüsenoperation.

Ein personalisiertes 3D-gedrucktes Modell für die präoperative Beurteilung in der Schilddrüsenchirurgie

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

Ziel dieser Studie ist es, die präoperative Beurteilung, die Patientenkommunikation und die chirurgische Sicherheit der Schilddrüsenchirurgie durch personalisierte 3D-Schilddrüsenmodelle zu verbessern. Mit dieser Technik kann die Beziehung zwischen der Schilddrüse und den umgebenden Strukturen mit weniger Zeit und Kosten sehr tapfer wiederhergestellt werden. Wenn wir hochpräzise 3D-Bilder oder personalisierte 3D-Modelle erhalten können, können sie erfüllt werden.Zum Beispiel Leberoperationen. Scannen Sie zunächst die Schilddrüse des Patienten mittels erweiterter Computertomographie, um die Bilddaten im DICOM-Format zu erhalten. Importieren Sie die gescannten Bilddaten in die Software und stellen Sie den entsprechenden Schwellenwert entsprechend der Differenz des Grauwerts zwischen der Schilddrüse und den umliegenden Geweben oder Organen ein.Da unterschiedliche Grauwerte Unterschiede in der Intensität verschiedener Bereiche des menschlichen Körpers widerspiegeln, stellen Sie den Graustufenschwellenwert auf 226 bis 1500 ein, um das Knochenbild darzustellen, und legen Sie den Schwellenwert auf minus 200 bis 226 fest, um das Schilddrüsenbild anzuzeigen. Lassen Sie die Software den eingerahmten Bereich automatisch identifizieren oder skizzieren Sie manuell die Grenze des Zielbereichs, wenn die Erkennung nicht zufriedenstellend ist. Generieren Sie STL-Dateien aus dem rekonstruierten Datenmodell.Nachdem Sie die Genehmigung des Arztes für das rekonstruierte 3D-Modell erhalten haben, übertragen Sie die STL-Dateidaten auf den 3D-Drucker für buntes Material, um die Parametervoreinstellungen über die unterstützende 3D-Druck-Slicing-Software festzulegen. Wählen Sie das Druckmodell entsprechend der Art der fertigen Produkte aus. Farbdruckmodelle verwenden in der Regel die White-Jet-Prozesstechnologie.Während lichtempfindliches Harz digitale Lichtprozession verwendet. Wählen Sie den Parameter für die Strichstärke entsprechend der Dicke der Produkte aus. Hier 23 bis 36 Mikrometer.Wählen Sie die Stützmethode entsprechend der Feinheit des Druckmodells, entweder eine Gesamtstütze für besseren Schutz und weniger Beschädigungen feiner Details oder eine teilweise Auflage, die Material spart. Wählen Sie dann die Modellfarbe mit der Farbpalettenfunktion des Druckers aus. Vereinheitlichen Sie die Arterien mit roter Farbe 255 und die Venen mit blauer Farbe 255.Füllen Sie hartes, lichthärtendes Harz in den 3D-Drucker. Debuggen Sie die Druckplattform und drucken Sie mit der White-Jet-Prozesstechnologie. Nehmen Sie nach dem Drucken das vorläufig gedruckte Schilddrüsenmodell heraus.Subtrahieren Sie die Stützstruktur, indem Sie die Stützen auseinanderbrechen und mit behandschuhten Händen um das vorläufige Modell wickeln, und entfernen Sie den größten Teil des Hauptkörpers der Stützstruktur. Legen Sie das Modell für eine 15-minütige Reinigung in einen Ultraschallreiniger mit Calciumhydroxid-Laugenlösung. Legen Sie das Modell in ein nasses Sandstrahlgerät und spülen Sie es ab, bis der Rest der Stützstruktur auf der Oberfläche abgewaschen ist.Als nächstes schleifen Sie das Modell mit einer elektrischen Schleiffeile oder Schleifscheibe. Sprühen Sie den Lack nach dem Schleifen großflächig in Farbblöcke auf die Hälfte der Modelloberfläche. Bemalen Sie dann die kleinflächigen Farbblöcke manuell mit Lack.Als nächstes legen Sie das Modell für 30 Sekunden Aushärtung in eine UV-Härtungsmaschine. Nehmen Sie dann das Modell heraus und reinigen Sie es mit 95%igem Alkohol. Verpacken Sie das fertige Schilddrüsenmodell und führen Sie die Lieferung an die Chirurgen vor der Operation durch.Diesem Ansatz folgend, wurde vor der Operation für einen Schilddrüsenkrebspatienten ein vollständiges 3D-gedrucktes Modell der Schilddrüsenregion mittels verbesserter Computertomographie erstellt. Hochwertige 3D-Bilder sind eine Grundlage für den Druck. Die WGP-Drucktechnologie ist ein wichtiger Punkt für qualitativ hochwertige 3D-Modelle.

Research

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An Anesthesia, Surgery, and Harvest Method for the Evaluation of Transpedicular Screws Using an In Vivo Porcine Lumbar Spine Model

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Neuartiger perkutaner Ansatz für den Einsatz von 3D gedruckten koronaren Stenose-Implantaten in Schweinemodellen ischämischer Herzkrankheit

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Untersuchung der elektrophysiologischen und thermographischen Sicherheitsparameter von chirurgischen Energiegeräten während der Schilddrüsen- und Nebenschilddrüsenchirurgie im Schweinemodell

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