Modèle coeur néonatale anatomiquement réaliste pour une utilisation dans les simulateurs patients néonatales

Summary

Ce protocole décrit une procédure pour créer des modèles de fonctionnelle cardiaque néonatale artificielle en utilisant une combinaison de l’imagerie par résonance magnétique, l’impression 3D et moulage par injection. Le but de ces modèles est intégration dans la nouvelle génération de simulateurs patients néonatales et comme un outil pour les études physiologiques et anatomiques.

Abstract

Simulateurs patients néonatales (NPS) sont des substituts patients artificiels utilisés dans le cadre de la formation de simulation médicale. Néonatologistes et personnel infirmier pratique des interventions cliniques tels que les compressions thoraciques pour assurer la survie des patients dans le cas de bradycardie ou d’un arrêt cardiaque. Les simulateurs utilisés actuellement sont de basse fidélité physique et donc ne donnent un aperçu qualitatif de la procédure des compressions thoraciques. L’incorporation d’un modèle à l’avenir de cœur anatomiquement réaliste simulateurs permet la détection du débit cardiaque généré lors de compressions thoraciques ; Cela peut fournir un paramètre de sortie, qui peut approfondir la compréhension de l’effet des compressions par rapport au montant du débit sanguin généré cliniciens. Avant que cette surveillance peut être atteint, un modèle de cœur anatomiquement réaliste doit être créé contenant : deux oreillettes, deux ventricules, quatre valvules, veines pulmonaires et des artères et systémiques veines et artères. Ce protocole décrit la procédure de création d’un tel modèle fonctionnelle cardiaque néonatale artificielle en utilisant une combinaison de l’imagerie par résonance magnétique (IRM), l’impression 3D et coulée sous forme de moulage par injection froide. Utilisez cette méthode avec moules intérieurs imprimés 3D flexibles dans l’injection, un modèle de cœur anatomiquement réaliste peut être obtenu.

Introduction

Chaque année des millions de nouveaux-nés sont admis dans les unités néonatales de soins intensifs (UNSI). En UNSI, plupart des urgences liées à des problèmes dans les voies respiratoires, respiration et circulation (ABC) et nécessitent des interventions comme les compressions thoraciques. NPS d’offrir un enseignement précieux et un outil de formation pour pratiquer ce type d’intervention. Pour certains NPS, capteurs intégrés peuvent détecter si performance répond le guide de pratique clinique recommandée¹ pour la profondeur et la vitesse des compressions thoraciques. Le respect des lignes directrices peut être utilisé pour calculer et mesurer les performances, et à cet égard, ce cri NPS peut être considérée comme une mesure tangible et blanc boîte pour évaluer le rendement.

Respect des lignes directrices recommandées vise à améliorer la physiologie patiente. Par exemple, les compressions thoraciques sont envoyées dans le but de générer une circulation sanguine adéquate dans le système circulatoire. Courante haute fidélité NPS (par exemple, PremieAnne (Laerdal, Stavanger, Norvège) et Paul (SIMCharacters, Vienne, Autriche)), ne contiennent pas des sondes pour mesurer des paramètres physiologiques tels que la circulation sanguine au cours de la formation qu’ils n’ont pas un coeur intégré à générer ce paramètre physiologique. L’efficacité des compressions thoraciques en courant NPS ne peut donc pas être évaluée à un niveau physiologique. Pour NPS permettre une évaluation physiologique des compressions thoraciques, un cœur artificiel anatomiquement réaliste doit être intégré dans le serveur NPS. En outre, recherche² montre qu’une augmentation dans la fidélité anatomique physique peut conduire à une augmentation de fidélité fonctionnelle de NPS. Intégration d’un système haute fidélité physiquement orgue aurait bénéficier les deux la fidélité fonctionnelle de formation et permet d’évaluer les performances physiologiques.

Une augmentation substantielle de la fidélité de NPS est possible grâce à l’impression 3D. En médecine, impression et imagerie 3D servent surtout de préparation chirurgicale et création d’implants^3,4,5. Par exemple, dans le domaine de la simulation chirurgicale, les organes sont produites pour former les chirurgiens sur l’exécution de procédures chirurgicales⁶. Les possibilités de l’impression 3D n’ont pas encore été largement appliquées dans NPS. La combinaison de l’imagerie 3D et impression 3D ouvre la possibilité pour NPS atteindre un niveau plus élevé de fidélité physique. La réplication des organes néonatales, souples et sophistiqués comme le cœur devient possible grâce à la gamme jamais élargissement des techniques et des matériaux utilisés pour l’ impression 3D⁷.

Dans cet article, nous détaillons un protocole pour la création d’un cœur néonatal fonctionnel, artificiel, en utilisant une combinaison de l’IRM, l’impression 3D et moulage par injection froide. Le modèle de coeur dans le présent document comprend deux oreillettes, deux ventricules, quatre soupapes fonctionnelles et les artères pulmonaires et systémiques et veines toutes produites à partir d’un simple silicone coulé. Le modèle de coeur peut être rempli avec un liquide, équipé de capteurs et utilisé comme générateur de paramètre de sortie (p. ex., hypertension ou débit cardiaque pendant les compressions thoraciques et les fonctionnalités de la soupape).

Protocol

Toutes les approbations institutionnelles ont été obtenues avant l’imagerie patient. 1. Acquisition et Segmentation d’images Acquérir une IRM thoracique d’un nouveau-né en imagerie numérique et les Communications au format médecine (DICOM). Capturer chaque tranche de l’analyse dans la phase diastolique ventriculaire du cycle cardiaque ou obtenir une IRM thoracique de l’autopsie.NOTE : Une définition claire visiblement du muscle cardiaque, ainsi que les oreillett…

Representative Results

Cette étude décrit une méthode pour créer un modèle de coeur néonatale anatomiquement réaliste combinant imagerie MRI, impression 3D et moulage par injection froide. Persistance du canal artériel et le foramen ovale perméable ne figuraient pas dans le modèle de coeur présenté dans cet article. La méthode décrite dans cet article peut également être appliquée à d’autres organes internes, tels que les poumons et les structures de la cage thoracique. Cage thoracique struc…

Discussion

Pour le modèle développé dans cette étude, nous avons identifié qu’injection moulage sur une période de 3 min est nécessaire pour éviter l’air entrant dans le casting (Figure 5, Figure 6). Pour vous assurer que le silicone atteint les espaces étroits des valves, « pré casting » ou « revêtement » des zones vanne dans le moule est indispensable. Puisque les moules intérieurs façonner les cavités cardiaques doivent quitter le silicone fina…

Materials

Ecoflex 5	Smooth-on		Silicon casting material
400ml Static mixers	Smooth-on		Mixing tubes
Manual dispensing gun	Smooth-on		Used for injection molding
5-56 PTFE spray	CRC		Release agent for the molds
Sodium-hydroxide	N/A		This was purchased as caustic soda at the hardware store, in dry, 99% pure form. As it is widely available, there is no company specified
VeroWhite	Stratasys		The hard material used in the print
TangoBlackPlus	Stratasys		The rubber material used in the print
Support Material	Stratasys		The standard support material used by stratasys
Magill Forceps	GIMA		Infant size. This is for removing the inner molds
Stratasys Connex 350	Stratasys		If this machine is not owned, another option is to have the parts printed through a third party printing firm such as 3D-hubs to get the parts printed and shipped.
Balco Powerblast (Water Jet)	Stratasys
Euro 8-24 Set P (Air Compressor)	iSC	4007292
Syringe with blunt needle	N/A		A 20ml syringe with a 0.5mm diameter blunt needle.
Mimics 17.0 software	Materialise		This software was used to segment the heart model from the MRI. There are sevaral free MRI imaging software tools available such as InVesalius, or Osirix, although they may prove to provide less functionality.
Magics 9.0 software	Materialise		This was used to repair and smooth the .stl files generated by mimics. This smoothing can also  be done in most other 3D modeling freeware.
Solidworks			Software used for editting the heart model. Most other freeware CAD software can be used to perform this stage of processing.