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

Questo studio è stato sostenuto dal Comitato sanitario della provincia del Sichuan (sovvenzione n. 20PJ061), dalla National Natural Science Foundation of China (sovvenzione n. 32101188) e dal progetto generale del Dipartimento di scienza e tecnologia della provincia del Sichuan (sovvenzione n. 2021YFS0102), Cina.

Questo studio non ha avuto bisogno di approvazione per eseguire o alcun tipo di consenso da parte dei pazienti per utilizzare e pubblicare i loro dati, perché tutti i dati e le informazioni in questo studio e video sono stati resi anonimi.
1. Raccolta dei dati dell'immagine
<ol><li>Scansione della tiroide del paziente mediante tomografia computerizzata avanzata (TC) per ottenere i dati dell'immagine in formato DICOM. Assicurarsi che questo processo venga eseguito entro 1 se...

<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'ecografia può essere l'unica procedura di imaging preoperatoria per la maggior parte dei pazienti sottoposti a chirurgia tiroidea15. Tuttavia, alcuni casi ben differenziati possono soffrire di malattie avanzate, che invadono i tessuti o gli organi circostanti e ostacolano l'operazione16. Questo modello può essere più adatto per i pazienti con carcinoma tiroideo molto avanzato. Quando la malattia progredisce, un'ulteriore scansione TC è utile per un'ulteriore diagnosi....

I noduli tiroidei sono una delle malattie endocrine più comuni, tra cui il cancro della tiroide rappresenta il 14%-21%1. Il trattamento preferito per il cancro della tiroide è la chirurgia. Tuttavia, poiché la ghiandola tiroidea si trova nella zona cervicale anteriore, ci sono importanti tessuti e organi vicini alla ghiandola tiroidea nell'area operativa, come la ghiandola paratiroidea, la trachea, l'esofago e i grandi vasi e nervi cervicali2,3, rendendo l'operazione relativamente difficile e rischiosa. Le complicanze chirurgiche più comuni sono una diminuzione della funzione paratiroidea causata da lesioni della funzione paratiroidea o errata resezione e raucedine causata da lesioni ricorrenti del nervo laringeo4. La riduzione delle complicanze chirurgiche sopra menzionate è sempre stata un obiettivo per i chirurghi. Il metodo di imaging più comune prima della chirurgia della tiroide è l'ecografia, sebbene la sua visualizzazione della ghiandola paratiroidea e del nervo sia molto limitata5. Inoltre, la variazione nella posizione della ghiandola paratiroidea e del nervo laringeo ricorrente nell'area della chirurgia tiroidea è molto elevata, il che ostacola l'identificazione 6,7. Se la posizione anatomica di ciascun paziente può essere chiaramente visualizzata al chirurgo attraverso il modello in tempo reale durante l'operazione, ridurrà il rischio operativo della chirurgia tiroidea, ridurrà l'incidenza delle complicanze e migliorerà l'efficienza della chirurgia tiroidea.
Inoltre, è anche difficile spiegare a fondo il processo chirurgico ai pazienti prima dell'intervento chirurgico. Alcuni chirurghi inesperti trovano difficile spiegare e trasmettere i dettagli precisi dell'operazione ai pazienti, soprattutto a causa della complessità della ghiandola tiroidea e delle sue strutture circostanti. Ogni paziente ha la propria struttura anatomica unica e le proprie esigenze personali8. Pertanto, un modello tiroideo 3D personalizzato basato sull'anatomia reale del paziente può aiutare efficacemente pazienti e medici. Attualmente, la maggior parte dei prodotti sul mercato sono prodotti in serie sulla base di diagrammi piani. Utilizzando la tecnologia di stampa 3D per produrre un modello specifico per il paziente che rifletta le esigenze mediche individuali di ciascun paziente, questo modello può essere utilizzato per valutare le condizioni effettive dei pazienti con cancro alla tiroide e aiutare i chirurghi a comunicare meglio la natura della malattia con i pazienti.
La stampa 3D (o produzione additiva) è una costruzione tridimensionale costruita da un modello di progettazione assistita da computer o modello 3D digitale9. È stato utilizzato in molte applicazioni mediche, come dispositivi medici, modelli anatomici e formulazione di farmaci10. Rispetto all'imaging tradizionale, un modello di stampa 3D è più visibile e più leggibile. Pertanto, la stampa 3D viene sempre più utilizzata nelle moderne procedure chirurgiche. Le tecnologie di stampa 3D comunemente utilizzate includono la stampa basata sulla polimerizzazione in vasca, la stampa a polvere, la stampa a getto d'inchiostro e la stampa basata sull'estrusione11. Nella stampa basata sulla polimerizzazione in vasca, una specifica lunghezza d'onda della luce viene irradiata su un barile di resina fotopolimerizzante, che polimerizza localmente la resina uno strato alla volta. Ha i vantaggi del risparmio di materiale e della stampa veloce. La stampa a base di polvere si basa sul riscaldamento localizzato per fondere il materiale in polvere per una struttura più densa, ma porta anche a un aumento significativo dei tempi e dei costi di stampa ed è attualmente in uso limitato12. La stampa a getto d'inchiostro utilizza una spruzzatura precisa di goccioline sul substrato in un processo strato per strato. Questa tecnologia è la più matura e presenta i vantaggi di un'elevata compatibilità dei materiali, costi controllabili e tempi di stampa rapidi13. La stampa basata sull'estrusione estrude materiali come soluzioni e sospensioni attraverso ugelli. Questa tecnica utilizza le cellule e, quindi, ha le più alte capacità di imitazione dei tessuti molli. A causa del costo più elevato e della bioaffinità, viene utilizzato principalmente nel campo dell'ingegneria tissutale e meno frequentemente nei modelli di organi chirurgici14.
Di conseguenza, abbiamo scelto la tecnologia di stampa "White Jet Process", basata sulla complessità della tiroide e delle sue strutture circostanti e sul programma chirurgico. Questa tecnologia combina i vantaggi della stampa basata sulla polimerizzazione in vasca e della stampa a getto d'inchiostro e offre alta precisione, stampa rapida e basso costo, rendendola una buona soluzione per la chirurgia della tiroide. Lo scopo di questo protocollo è quello di realizzare un modello di cancro alla tiroide stampato in 3D, migliorare la prognosi dei pazienti fornendo informazioni sufficienti sulla struttura anatomica e sulla variazione dei pazienti e informare meglio medici e pazienti su tutte le condizioni relative al processo chirurgico.

<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 struttura anatomica dell'area chirurgica del cancro della tiroide è complessa. È molto importante valutare in modo completo e attento la posizione del tumore e la sua relazione con la capsula, la trachea, l'esofago, i nervi e i vasi sanguigni prima dell'operazione. Questo documento introduce un innovativo metodo di creazione del modello stampato in 3D basato su immagini DICOM di tomografia computerizzata (CT). Abbiamo stabilito un modello personalizzato stampato in 3D del campo della chirurgia tiroidea cervicale per ogni paziente che necessitava di chirurgia tiroidea per aiutare i medici a valutare i punti chiave e le difficoltà della chirurgia e selezionare i metodi operativi delle parti chiave come base. I risultati hanno mostrato che questo modello favorisce la discussione preoperatoria e la formulazione di strategie operative. In particolare, a causa della chiara visualizzazione delle posizioni ricorrenti del nervo laringeo e della ghiandola paratiroidea nel campo operativo tiroideo, è possibile evitare lesioni durante l'intervento chirurgico, ridurre la difficoltà della chirurgia tiroidea e ridurre anche l'incidenza di ipoparatiroidismo postoperatorio e complicanze correlate a lesioni ricorrenti del nervo laringeo. Inoltre, questo modello stampato in 3D è intuitivo e aiuta la comunicazione per la firma del consenso informato da parte dei pazienti prima dell'intervento chirurgico.

Questo documento presenta un protocollo per la costruzione di modelli personalizzati stampati in 3D delle tiroide dei pazienti. La figura 1 mostra un diagramma di flusso per stabilire un modello personalizzato stampato in 3D per le tiroide dei pazienti. La figura 2 mostra il dispositivo di stampa modello personalizzato stampato in 3D per tiroide dei pazienti. La Figura 3 mostra l'interfaccia software per la creazione di un modello p...

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

Qui viene proposto un nuovo metodo per stabilire un modello personalizzato stampato in 3D per la valutazione preoperatoria della chirurgia tiroidea. È favorevole alla discussione preoperatoria, riducendo la difficoltà della chirurgia della tiroide.

Un modello personalizzato stampato in 3D per la valutazione preoperatoria nella chirurgia della tiroide

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

In questo studio, miriamo a migliorare la valutazione preoperatoria, la comunicazione con il paziente e la certezza chirurgica della chirurgia tiroidea attraverso modelli tiroidei 3D personalizzati. Questa tecnica può ripristinare molto valorosamente la relazione tra la ghiandola tiroidea e le strutture circostanti utilizzando meno tempo e costi. Se siamo in grado di ottenere immagini 3D ad alta precisione o modello 3D personalizzato può essere soddisfatto.Ad esempio, la chirurgia del fegato. Per iniziare la scansione della tiroide del paziente mediante tomografia computerizzata avanzata per ottenere i dati dell'immagine in formato DICOM. Importare i dati dell'immagine scansionati nel software e impostare la soglia appropriata in base alla differenza di valore di grigio tra la ghiandola tiroidea e i tessuti o gli organi circostanti.Poiché diversi valori di grigio riflettono differenze nell'intensità delle diverse aree del corpo umano, impostare la soglia della scala di grigi da 226 a 1500 per presentare l'immagine ossea, impostare la soglia da meno 200 a 226 per mostrare l'immagine della ghiandola tiroidea. Lascia che il software identifichi automaticamente l'area in scatola o delinei manualmente il confine dell'area target se il riconoscimento non è soddisfacente. Generare file STL dal modello di dati ricostruito.Dopo aver ottenuto l'approvazione del medico sul modello 3D ricostruito, trasferire i dati del file STL alla stampante 3D di materiali colorati per impostare i preset dei parametri tramite il software di slicing di stampa 3D di supporto. Selezionare il modello di stampa in base al tipo di prodotti finiti. I modelli di stampa a colori di solito utilizzano la tecnologia di processo a getto bianco.Mentre la resina fotosensibile utilizza la processione della luce digitale. Selezionate il parametro dello spessore della traccia della fetta in base allo spessore dei prodotti. Qui, da 23 a 36 micrometri.Scegli il metodo di supporto in base alla finezza del modello di stampa o supporto complessivo per una migliore protezione e meno danni ai dettagli fini o supporto parziale che consente di risparmiare materiali. Quindi selezionare la colorazione del modello utilizzando la funzione tavolozza dei colori sulla stampante. Unificare le arterie con il colore rosso 255 e le vene con il colore blu 255.Riempi la resina fotopolimerizzabile dura nella stampante 3D. Eseguire il debug della piattaforma di stampa e stampare utilizzando la tecnologia di processo a getto bianco. Dopo la stampa, estrarre il modello tiroideo stampato preliminare.Sottrarre la struttura portante rompendo e avvolgendo i supporti attorno al modello preliminare con le mani guantate e rimuovere la maggior parte del corpo principale della struttura portante. Mettere il modello in un pulitore ad ultrasuoni con soluzione alcalina di idrossido di calcio per una pulizia di 15 minuti. Mettere il modello in una sabbiatrice bagnata e sciacquarlo fino a quando il resto della struttura di supporto sulla superficie viene lavato via.Quindi, macinare il modello con una lima elettrica o una mola. Dopo la molatura, spruzzare la vernice in blocchi di colore di grandi dimensioni su metà della superficie del modello. Quindi dipingere manualmente i blocchi di colore della piccola area con vernice.Quindi, mettere il modello in una macchina di polimerizzazione UV per 30 secondi di polimerizzazione. Quindi estrarre il modello e pulirlo con alcol al 95%. Imballare il modello tiroideo finito e completare la consegna ai chirurghi prima dell'intervento chirurgico.Seguendo questo approccio, un modello completo stampato in 3D della regione tiroidea è stato costruito attraverso la tomografia computerizzata avanzata prima dell'operazione per un paziente affetto da cancro alla tiroide. Le immagini 3D di alta qualità sono una base per la stampa. La tecnologia di stampa WGP è un punto chiave per modelli 3D di alta qualità.

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