Name: a personalized 3d-printed model for preoperative evaluation in thyroid surgery
Uploaded: 2023-02-17T13:50:00
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Este estudo foi apoiado pelo Comitê de Saúde da Província de Sichuan (Grant No.20PJ061), pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (Grant No.32101188) e pelo Projeto Geral do Departamento de Ciência e Tecnologia da Província de Sichuan (Grant No. 2021YFS0102), China.

Este estudo não necessitou de aprovação ou qualquer tipo de consentimento dos pacientes para uso e publicação de seus dados, pois todos os dados e informações deste estudo e vídeo foram anonimizados.
1. Coleta de dados de imagem
<ol><li>Escanear a tireoide do paciente por tomografia computadorizada (TC) aprimorada para obter os dados da imagem em formato DICOM. Certifique-se de que este processo é feito dentro de 1 semana antes da operação e controle a espessura d...

<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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K., 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=Use+of+3D+printed+models+in+resident+education+for+the+classification+of+acetabulum+fractures.">Use of 3D printed models in resident education for the classification of acetabulum fractures.</a> Journal of Surgical Education. 75 (6), 1679-1684 (2018).</li><li>Al Ali, A. B., Griffin, M. F., Calonge, W. M., 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=Evaluating+the+use+of+cleft+lip+and+palate+3D-printed+models+as+a+teaching+aid.">Evaluating the use of cleft lip and palate 3D-printed models as a teaching aid.</a> Journal of Surgical Education. 75 (1), 200-208 (2018).</li><li>Chan, H. H. 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>

A ultrassonografia pode ser o único procedimento de imagem pré-operatório para a maioria dos pacientes submetidos à cirurgia da tireoide15. Entretanto, alguns casos bem diferenciados podem ser portadores de doenças avançadas, que invadem os tecidos ou órgãos circunvizinhos e dificultam a operação16. Esse modelo pode ser mais adequado para pacientes com câncer de tireoide muito avançado. Quando a doença progride, a tomografia computadorizada adicional é útil p...

Os nódulos tireoidianos são uma das doenças endócrinas mais comuns, dentre os quais o câncer de tireoide é responsável por 14%-21%1. O tratamento de escolha para o câncer de tireoide é a cirurgia. Entretanto, como a glândula tireoide está localizada na região cervical anterior, existem tecidos e órgãos importantes próximos à glândula tireoide na área da operação, como a glândula paratireoide, a traqueia, o esôfago, os grandes vasos e nervos cervicais2,3, tornando a operação relativamente difícil e arriscada. As complicações cirúrgicas mais comuns são a diminuição da função paratireoidiana causada por lesão ou ressecção incorreta da função paratireoidiana e rouquidão causada por lesão do nervo laríngeorecorrente4. A redução das complicações cirúrgicas citadas sempre foi um objetivo para os cirurgiões. O método de imagem mais comum antes da cirurgia da tireoide é a ultrassonografia, embora sua exibição da glândula e do nervo paratireoide seja muitolimitada5. Além disso, a variação da posição da glândula paratireoide e do nervo laríngeo recorrente no campo cirúrgico da tireoide é muito alta, o que dificulta aidentificação6,7. Se a posição anatômica de cada paciente puder ser claramente exibida ao cirurgião através do modelo em tempo real durante a operação, isso reduzirá o risco operacional da cirurgia de tireoide, reduzirá a incidência de complicações e melhorará a eficiência da cirurgia de tireoide.
Além disso, também é um desafio explicar detalhadamente o processo cirúrgico aos pacientes antes da cirurgia. Alguns cirurgiões inexperientes têm dificuldade em explicar e transmitir os detalhes precisos da operação aos pacientes, especialmente devido à complexidade da glândula tireoide e suas estruturas circundantes. Cada paciente tem sua própria estrutura anatômica e necessidades pessoais8. Portanto, um modelo 3D personalizado da tireoide baseado na anatomia real do paciente pode efetivamente ajudar pacientes e clínicos. Atualmente, a maioria dos produtos no mercado é produzida em massa com base em diagramas planos. Ao utilizar a tecnologia de impressão 3D para produzir um modelo específico do paciente que reflita as necessidades médicas individuais de cada paciente, esse modelo pode ser usado para avaliar a condição real dos pacientes com câncer de tireoide e ajudar os cirurgiões a comunicar melhor a natureza da doença com os pacientes.
A impressão 3D (ou manufatura aditiva) é uma construção tridimensional construída a partir de um modelo de projeto assistido por computador ou modelo 3D digital9. Tem sido utilizada em diversas aplicações médicas, tais como dispositivos médicos, modelos anatômicos e formulação defármacos 10. Em comparação com a imagem tradicional, um modelo de impressão 3D é mais visível e mais legível. Por isso, a impressão 3D vem sendo cada vez mais utilizada nos procedimentos cirúrgicos modernos. As tecnologias de impressão 3D comumente usadas incluem impressão baseada em polimerização em cuba, impressão à base de pó, impressão baseada em jato de tinta e impressão baseada em extrusão11. Na impressão baseada em polimerização em cuba, um comprimento de onda específico de luz é irradiado para um barril de resina fotopolimerizável, que cura localmente a resina uma camada de cada vez. Tem as vantagens de economia de material e impressão rápida. A impressão à base de pó depende de aquecimento localizado para fundir o material em pó para uma estrutura mais densa, mas também leva a um aumento significativo no tempo e custo de impressão, e atualmente está em uso limitado12. A impressão a jato de tinta usa uma pulverização precisa de gotículas no substrato em um processo camada por camada. Essa tecnologia é a mais madura e tem como vantagens a alta compatibilidade de material, custo controlável e rápido tempo de impressão13. A impressão à base de extrusão extrude materiais como soluções e suspensões através de bicos. Esta técnica utiliza células e, portanto, tem a maior capacidade de mimetizar tecidos moles. Devido ao maior custo e bioafinidade, é utilizada principalmente na área de engenharia de tecidos e menos frequentemente em modelos de órgãoscirúrgicos14.
Como resultado, optamos pela tecnologia de impressão "White Jet Process", baseada na complexidade da tireoide e suas estruturas circunvizinhas e na programação cirúrgica. Essa tecnologia combina as vantagens da impressão baseada em polimerização em cubas e da impressão a jato de tinta, e oferece alta precisão, impressão rápida e baixo custo, tornando-a uma boa opção para cirurgia de tireoide. O objetivo deste protocolo é fazer um modelo de câncer de tireoide impresso em 3D, melhorar o prognóstico dos pacientes, fornecendo informações suficientes sobre a estrutura anatômica e a variação dos pacientes, e melhor informar médicos e pacientes sobre todas as condições relacionadas ao processo cirúrgico.

<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

A estrutura anatômica da área cirúrgica do câncer de tireoide é complexa. É muito importante avaliar de forma abrangente e cuidadosa a localização do tumor e sua relação com a cápsula, traqueia, esôfago, nervos e vasos sanguíneos antes da operação. Este trabalho apresenta um método inovador de estabelecimento de modelos impressos em 3D baseado em imagens DICOM de tomografia computadorizada (TC). Estabelecemos um modelo personalizado impresso em 3D do campo de cirurgia da tireoide cervical para cada paciente que precisava de cirurgia de tireoide para ajudar os médicos a avaliar os pontos-chave e as dificuldades da cirurgia e selecionar os métodos de operação de peças-chave como base. Os resultados mostraram que esse modelo é propício à discussão pré-operatória e à formulação de estratégias de operação. Em particular, como resultado da exibição clara da localização do nervo laríngeo recorrente e da glândula paratireoide no campo de operação da tireoide, a lesão dos mesmos pode ser evitada durante a cirurgia, a dificuldade de cirurgia da tireoide reduzida e a incidência de hipoparatireoidismo pós-operatório e complicações relacionadas à lesão do nervo laríngeo recorrente também foram reduzidas. Além disso, esse modelo impresso em 3D é intuitivo e auxilia a comunicação para a assinatura do termo de consentimento livre e esclarecido pelos pacientes antes da cirurgia.

Este trabalho apresenta um protocolo para a construção de modelos personalizados impressos em 3D de tireoides de pacientes. A Figura 1 mostra um fluxograma para o estabelecimento de um modelo personalizado impresso em 3D para tireoides de pacientes. A Figura 2 mostra o modelo de impressão personalizado impresso em 3D para tireoides de pacientes. A Figura 3 mostra a interface do software para o estabelecimento de um modelo persona...

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

Aqui, um novo método de estabelecer um modelo personalizado impresso em 3D para avaliação pré-operatória de cirurgia de tireoide é proposto. É propício à discussão pré-operatória, reduzindo a dificuldade da cirurgia de tireoide.

Um Modelo Personalizado Impresso em 3D para Avaliação Pré-Operatória em Cirurgia de Tireoide

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

Neste estudo, pretendemos melhorar a avaliação pré-operatória, a comunicação com o paciente e a certeza cirúrgica da cirurgia da tireoide através de modelos 3D personalizados de tireoide. Esta técnica pode muito valentemente restaurar a relação entre a glândula tireoide e as estruturas circundantes usando menos tempo e custo. Se pudermos obter imagens 3D de alta precisão ou modelo 3D personalizado pode ser atendido.Por exemplo, cirurgia hepática. Iniciar a varredura da tireoide do paciente por tomografia computadorizada aprimorada para obter os dados da imagem em formato DICOM. Importe os dados da imagem digitalizada para o software e defina o limite apropriado de acordo com a diferença no valor de cinza entre a glândula tireoide e os tecidos ou órgãos circundantes.Como diferentes valores de cinza refletem diferenças na intensidade de diferentes áreas do corpo humano, defina o limiar da escala de cinza para 226 a 1500 para apresentar a imagem óssea, defina o limiar para menos 200 a 226 para mostrar a imagem da glândula tireoide. Deixe o software identificar automaticamente a área encaixotada ou contorne manualmente o limite da área alvo se o reconhecimento não for satisfatório. Gere arquivos STL a partir do modelo de dados reconstruído.Depois de obter a aprovação do médico no modelo 3D reconstruído, transfira os dados do arquivo STL para a impressora 3D de material colorido para definir as predefinições de parâmetros através do software de fatiamento de impressão 3D de suporte. Selecione o modelo de impressão de acordo com o tipo de produto acabado. Os modelos de impressão colorida geralmente usam tecnologia de processo de jato branco.Enquanto a resina fotossensível usa procissão de luz digital. Selecione o parâmetro de espessura do curso de corte de acordo com a espessura dos produtos. Aqui, 23 a 36 micrômetros.Escolha o método de suporte de acordo com a finura do modelo de impressão, seja o suporte geral para melhor proteção e menos danos aos detalhes finos ou o suporte parcial que economiza materiais. Em seguida, selecione a coloração do modelo usando a função de paleta de cores na impressora. Unificar as artérias com a cor vermelha 255 e as veias com a cor azul 255.Preencha a resina fotopolimerizável na impressora 3D. Depure a plataforma de impressão e imprima usando a tecnologia de processo de jato branco. Após a impressão, retire o modelo preliminar impresso da tireoide.Subtraia a estrutura de suporte quebrando e envolvendo suportes ao redor do modelo preliminar com mãos enluvadas e remova a maior parte do corpo principal da estrutura de suporte. Coloque o modelo em um limpador ultrassônico com solução alcalina de hidróxido de cálcio para uma limpeza de 15 minutos. Coloque o modelo em um jateador de areia úmido e enxágue-o até que o resto da estrutura de suporte na superfície seja lavada.Em seguida, triture o modelo com uma lima de moedor elétrico ou rebolo. Após a moagem, borrife o verniz em blocos coloridos de grande área na metade da superfície do modelo. Em seguida, pinte manualmente os blocos de cor da pequena área com verniz.Em seguida, coloque o modelo em uma máquina de cura UV por 30 segundos de cura. Em seguida, retire o modelo e limpe-o com álcool 95%. Embale o modelo de tireoide acabado e complete a entrega aos cirurgiões antes da cirurgia.Seguindo essa abordagem, um modelo impresso 3D completo da região da tireoide foi construído através de tomografia computadorizada aprimorada antes da operação para um paciente com câncer de tireoide. Imagens 3D de alta qualidade são uma base para impressão. A tecnologia de impressão WGP é um ponto-chave para modelos 3D de alta qualidade.

Research

JoVE Journal

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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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Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training

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