Summary
פרוטוקול זה מתאר הליך ליצירת מודלים פונקציונליים לב neonatal מלאכותי על ידי ניצול שילוב של דימות תהודה מגנטית, הדפסת תלת-ממד והזרקת פלסטיק. המטרה של מודלים אלה היא על שילוב הדור הבא של סימולטורים החולה neonatal, ככלי עבור מחקרים פיסיולוגיים ואנטומיים.
Abstract
סימולטורים neonatal החולה (NPS) הם מלאכותיים המחליפים המטופל להשתמש בהקשר של אימון וסימולציה רפואי. Neonatologists וצוות סיעודי בפועל התערבויות קליניות כגון בעיסויים להבטחת ההישרדות המטופל במקרה של איטי או דום לב. סימולטורים המשמש כיום של אמינות פיזי נמוך, לכן לא יכולה לספק תובנות ההליך של עיסויים איכותי. ההטמעה של הלב מבחינה אנטומית מציאותי מודל בעתיד סימולטורים מאפשרת הגילוי של תפוקת הלב שנוצרו במהלך בעיסויים; זה יכול לספק קלינאים עם פרמטר פלט, אשר יכול להעמיק את ההבנה של השפעת בדחיסות ביחס כמות זרימת הדם שנוצר. לפני ניטור זו יכולה להיות מושגת, מודל הלב מבחינה אנטומית מציאותי יש ליצור המכיל: אטריה שתי, שתי עליות, מארבעת מסתמי הלב, הוורידים ריאתי, העורקים, ו מערכתית ורידים, עורקים. פרוטוקול זה מתאר את ההליך עבור יצירת מודל תפקודי לב neonatal מלאכותיים כאלה על-ידי ניצול שילוב של דימות תהודה מגנטית (MRI), 3D הדפסה השלכת בצורה של הזרקה קר. באמצעות שיטה זו עם גמישות תבניות הפנימי 3D המודפס בהזרקה תהליך, מודל הלב מבחינה אנטומית מציאותית ניתן להשיג.
Introduction
בכל שנה מיליונים של neonates מאושפזים neonatal יחידות טיפול נמרץ (נמרץ לפגים). ב- NICUs, רוב מקרי חירום מתייחסות בעיות דרכי הנשימה, הנשימה ולאחר מחזור (ABC) ודורשים התערבויות כגון בעיסויים. NPS מציעים כלי אימון לאימון כזה התערבויות והוראה יקרי ערך. עבור כמה NPS, חיישנים מוטבעים יכול לזהות אם שילוב של ביצועים של הנחיות קליניות מומלצים1 על עומק ומהירות של עיסויים. הדבקות הנחיות יכול לשמש כדי לחשב ולכמת ביצועים, בהקשר זה, ניתן להציג כל כך חדשני NPS כמו מדד של תיבת מוחשי ולבן להערכת ביצועים.
ההקפדה ההנחיות המומלצות מטרתו לשפר את הפיזיולוגיה של המטופל. לדוגמה, בעיסויים מסופקים עם המטרה של יצירת להזרמת הדם במערכת הדם. דיוק גבוה הנוכחי NPS (למשל, PremieAnne (לארדל, סטבנגר, נורבגיה) ופול (SIMCharacters, וינה, אוסטריה)), אינם מכילים כל חיישנים למדידת פרמטרים פיזיולוגיים כגון זרימת הדם במהלך ההכשרה כשהם חסרים של הלב משולב ליצור פרמטר פיזיולוגיים. היעילות של עיסויים ב- NPS הנוכחי יכול ולכן לא להיות מוערך ברמה הפיזיולוגית. NPS לאפשר הערכה פיזיולוגיים בעיסויים, לב מלאכותי אנטומית מציאותי יש שילוב NPS. יתר על כן, המחקר2 מראה עלייה פיזית נאמנות האנטומי עשוי להוביל עלייה נאמנות פונקציונלי של NPS. שילוב מערכת איברים פיזית אמינות גבוהה להפיק תועלת הן על נאמנות פונקציונלי של אימון ולאפשר הערכת ביצועים פיזיולוגיים.
עלייה משמעותית אמינות NPS יכולה להיות מושגת באמצעות הדפסת תלת-ממד. ברפואה, הדמיה ממוחשבת והדפסת משמשים בעיקר עבור הכנה כירורגי ויצירה של שתלים3,4,5. לדוגמה, בשדה של סימולציה כירורגי, איברים מיוצרים לאמן מנתחים על ביצוע ניתוחים6. האפשרויות של הדפסת תלת-ממד לא ובכל זאת בהרחבה יושמו NPS. שילוב הדמיה תלת-ממדית עם הדפסת תלת-ממד פותחת את האפשרות של NPS להגיע לרמה גבוהה של אמינות הפיזי. השכפול של איברים מתוחכמים, גמיש, neonatal כמו הלב מתאפשר עקב ההולכת מגוון טכניקות וחומרים בשימוש עבור הדפסה תלת-ממדית7.
בנייר זה, אנו מפרטים פרוטוקול ליצירת לב neonatal פונקציונלי, מלאכותי באמצעות שילוב של MRI, הדפסת תלת-ממד והזרקה קר. מודל הלב בעיתון הזה כולל שני אטריה, שתי עליות, וארבעה שסתומים פונקציונלי, ו ריאתי ומערכתית העורקים והוורידים כל המופק של סיליקון יחיד יצוק. מודל הלב יכול להיות מלא עם נוזל, מצוידים עם חיישנים, משמש מחולל פרמטר פלט (קרי, לחץ דם או תפוקת הלב במהלך בעיסויים והפונקציונליות שסתום).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל האישורים המוסדי התקבלו לפני המטופל הדמיה.
1. תמונה של רכישת פילוח
- רוכשים את סריקת MRI בית החזה של neonate הדמיה דיגיטלית ותקשורת בתבנית רפואה (DICOM). ללכוד את כל פרוסה של הסריקה על הבמה דיאסטולי חדרית של מחזור הלב או להשיג לקבל MRI בית החזה של נתיחה שלאחר המוות.
הערה: הגדרה ברורה בעליל של שריר הלב, כמו גם אטריה, החדרים, חיוני. - באמצעות תוכנת עיבוד (ראה טבלה של חומרים) ייבוא קובץ DICOM של ה MRI בית החזה. באמצעות פריט התפריט 'עריכה מסכות', בחר את האזור של שריר הלב על כל פרוסה MRI איפה הלב נמצא בהווה. אטריה בין החדרים, במקרה זה, יכול להיות מכוסה גם כן.
- יצירת שכבה סקיצה חדשה, בנפרד לפלח את אטריה שתי, שתי עליות באותו אופן כמו הבחירה עבור שריר הלב. לא קטע את השסתומים הנוכחי בין החדרים אטריה, ובין החדרים לבין העורקים.
- לעיבוד השריר, צ'יימברס לתוך נפרד ייצוגים תלת-ממד באמצעות התפריט 'חישוב תלת-ממד' פריט ולייצא אותם כקבצי חמש STereoLithography (.stl), תוך שימוש בהגדרות רזולוציה מיטבית באמצעות פריט התפריט 'STL +'.
- טעינת קבצים the.stl תוכנת תיב מ (ראה טבלה של חומרים). השתמש בפריט תפריט אשף תיקון כדי לתקן את קבצי the.stl עבור משולשים חופפים וקצוות רע. שמור קבצי the.stl שוב.
הערה: אם אין לב MRI זמין, שקול להשתמש מודל הלב בשימוש בפרוטוקול זה. קובץ זה מכיל גם מודלים שסתום הלב נפרדים. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקבצים.
2. עובש הדפסה ועיבוד
- טען את ערכת אטריה ואת החדרים לתוך תוכנת תכנון בעזרת מחשב (ראה טבלה של חומרים). אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקבצים.
- לקבוע את המיקום של השסתומים אבי העורקים ריאתי, המסתם הדו-צניפי, של שימוש ה MRI המקורי (איור 1).
- הוסף את החצאים עובש חיוביים ושליליים של כל שסתום שלהם עמדה בהתאמה בערכת טעון של אטריה, החדרים על-ידי גרירת הקובץ שסתום (שהושג דרך הקישור לעיל) לתוך הקובץ הנוכחי. מפעיל את הפונקציה "הכנס חלק". ציין את המיקום של השמה על ידי לחיצה על המיקום של פני השטח של אטריה או החדרים.
- הבלטת הבסיס של שסתום חיוביים ושליליים באמצעות ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת הבוס/בסיס ' כדי לבלוט לתוך לחדריהם בהתאמה ולמזג את שסתום חלקים לתא המתאימים שלהם.
הערה: המסתם מורכב משני חלקים semilunar, בעוד התלת-צניפי, אבי העורקים, שסתומי ריאות מורכב משלושה.
- הבלטת הבסיס של שסתום חיוביים ושליליים באמצעות ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת הבוס/בסיס ' כדי לבלוט לתוך לחדריהם בהתאמה ולמזג את שסתום חלקים לתא המתאימים שלהם.
- להוסיף את הקובץ שסתום אבי העורקים ריאתית למיקום החדר בהתאמה שלהם באמצעות ההליך שמתואר בשלב 2.2. מהחלק העליון של שסתומים אלה, לשרטט שני צילינדרים מתקשת בקוטר 5 מ מ על-ידי לחיצה ' טאב סקיצה > מעגל ' בעקבות החופפת מקושת קו בעזרת ' בכרטיסיה תכונות > לטאטא בסיס/הבוס ' עד שני המשטחים גליל מעגלי להגיע אל המיקום האופקי. למזג את שסתום חלקים שלהם החדרים בהתאמה, העורקים.
- בבסיס של כל ארבעת התאים, כמו גם שני הגלילים מקושתים, לצייר אנכי צילינדרים בקוטר 5 מ מ על ידי לחיצה ' טאב סקיצה > מעגל ' פריט, הבלטת אותם עד 40 מ"מ אורך על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת בסיס/הבוס ' פריט. תן לכל צילינדר בולטות לתא המתאימים שלהם.
- כדי להבטיח את תאי מיקום כאשר בהרכבת החלקים הפנימיים שש ב כייר, להוסיף חריצים דיפרנציאלית שישה צילינדרים (איור 2) על-ידי שרטוט מלון על הגלילים: לחץ ' טאב סקיצה > לשרטט מעגל ' פריט בתפריט, השתמש ' הכרטיסיה תכונה > גזור/הבלטת ' פריט התפריט כדי ליצור עומק שונות הכניסות.
- להחסיר את הצורה שלהם צ'יימברס, העורקים על ידי בחירת הגוף מוצק של התא, עורק, לחיצה ימנית, והקשה על הפונקציה 'שילוב' לאחר מכן ניתן לבחור את הגדרת הפחת. אל תמזג את החלקים הבאים. שמור כל צ'יימברס וצירי בנפרד.
- כדי להבטיח את תאי מיקום כאשר בהרכבת החלקים הפנימיים שש ב כייר, להוסיף חריצים דיפרנציאלית שישה צילינדרים (איור 2) על-ידי שרטוט מלון על הגלילים: לחץ ' טאב סקיצה > לשרטט מעגל ' פריט בתפריט, השתמש ' הכרטיסיה תכונה > גזור/הבלטת ' פריט התפריט כדי ליצור עומק שונות הכניסות.
- לייבא מודל שריר הלב. קיזוז שישה צילינדרים הסקיצות הבסיס על-ידי הפעלת רישום חדשה ובחירה כל גליל סקיצות הבסיס על-ידי החזקת מקש 'shift לחוץ'. לאחר מכן, בחר ' טאב סקיצה > להמיר את פריט התפריט של ישויות. בחר ' טאב סקיצה > קיזוז של ישויות פריט התפריט כדי לקזז את הסקיצות על ידי 2 מ מ.
- הבלטת ולמזג את הסקיצות האלה על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת פריט התפריט של הבוס/באס עם המודל שריר הלב; חזור על הגלילים מתקשת. מיזוג אלה צילינדרים עם מודל שריר הלב על ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת פריט התפריט של הבוס/בס.
הערה: ודא הדגם שריר הלב מול של אטריה מעל 2 מ מ המרחק (איור 1). אחרת הקיר יתבקע בעת הסרת התבניות הפנימי.
- הבלטת ולמזג את הסקיצות האלה על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת פריט התפריט של הבוס/באס עם המודל שריר הלב; חזור על הגלילים מתקשת. מיזוג אלה צילינדרים עם מודל שריר הלב על ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת פריט התפריט של הבוס/בס.
- דגם קוביה מבסיס של שישה צילינדרים למטה על-ידי הצבת מטוס הפניה על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הפניה גאומטריה > המטוס '. לאחר מכן, לחץ על ' טאב סקיצה > כיכר ' פריט התפריט, סקיצה ריבוע עם אורך ורוחב הוא 4 מ מ רחב יותר החלק הרחב ביותר של המודל של שריר הלב.
- הבלטת זה כלפי מטה עם עובי של 8 מ"מ על-ידי לחיצה ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת בסיס/הבוס ' תפריט פריט ולאחר למזג את זה לבסיס של שישה צילינדרים סימון פריט התפריט 'מיזוג חלקים'. ארבע הפינות של הבסיס, להוסיף קוביות 4 מ מ באמצעות אותה שיטה.
- באמצעות בסיס מרובע כמו שרטוט, הבלטת ממד זה כדי לכסות את המודל בלב שלם ונקרע כל החלקים האחרים של זה. לפצל את החלק העליון של המלבן שאריות בחלק הרחב ביותר של מודל הלב. מקום ראשון מטוס הפניה-גובה הרצויה באמצעות ' בכרטיסיה תכונות > הפניה גאומטריה > המטוס. אחרי זה, השתמש בפריט התפריט ' הוסף > תבניות > לפצל ' כדי לבחור את השטח שעליו הפיצול יש לקחת את המקום ואת האובייקט המחייב פיצול.
- לפצל את המלבן שאריות עובש שוב הנוחים ביותר לשחרר עמדה באותה שיטה שמתואר בשלב 2.7 עדיין במצב אנכי. סקיצה 4 מ מ מעוקב sockets בפינות של החלקים האורך של העובש ולהוסיף קוביות 4 מ מ פינות של המכסה העליון באמצעות ' טאב סקיצה > כיכר ' ו ' בכרטיסיה תכונות > הבלטת בסיס/הבוס ' פריטי תפריט.
- סקיצה 50 חוגים של 1 מ מ קוטר המכסה את החלק העליון של המודל עובש החיצוני כולו, גזור-הבלטת אלה דרך כל תבניות החיצוני. כמו כן, הבלטת ממד מספר צילינדרים 1 מ"מ בצד למכסה העליון במיקומים הרחב ביותר של המודל של שריר הלב. גזור-הבלטת חור הזרקה יחידה 8 מ"מ מהמכסה העליון.
- שמור את כל ארבעת החלקים החיצוניים עובש בנפרד.
התראה: בסך הכל, הם היו עשרה עובש רכיבים: הבסיס של העובש, שני לוחות הצד החיצוני עובש, עובש החיצוני העליון כריכה, שני אטריה עובש הפנימית עם שסתום קבצים מצורפים, שתי עליות עובש הפנימית עם שסתום קבצים מצורפים, ואחד כל הפנימית של אבי העורקים וריאות עובש עורק עם שסתום קבצים מצורפים.
- שמור את כל ארבעת החלקים החיצוניים עובש בנפרד.
- להשתמש במדפסת jetting להדפסה עם חומרים דמוי גומי הנוקשה photopolymer מותקן
(ראה טבלה של חומרים). בעת הצבת חלקים להדפסה על מיטה הדפסה, ודא שסתום התשלילים הם כל המודפס פונה כלפי מעלה (אנכית) (איור 3).- בחר את הגדרות הדפסה מבריק. ארבעת התאים, כמו גם את הקבצים המצורפים עובש ריאות, אבי העורקים, בחר את החומר S95 גמישה; עובש ארבעה חלקים אחרים, בחר את החומר הדפסה נוקשה.
- לאחר הדפסת החלקים עובש, להסיר את החומר התמיכה בנו במהלך ההדפסה על-ידי waterjet (ראה טבלה של חומרים). לאחר ניקוי החלקים עובש, מקם את החלקים 5% נתרן הידרוקסידי פתרון עבור 24 שעות. לאחר הסרת החלקים מהפתרון, יש לשטוף אותן באמצעות מים קרים ולהשאיר להתייבש במשך 48 שעות לפני הליהוק.
3. קר הזרקה וגימור
- לרסס כל המשטחים החלקים עובש כל עם סוכן שחרור (ראה טבלה של חומרים), למעט שסתומים, ולנגב עם נייר טישו. יוצאים לייבוש למשך 15 דקות.
- סגור את הבסיס של העובש, פאנלים צד שני, למקם על גבי שני מפרידי, כך הבסיס של העובש אינו במגע ישיר עם השטח בטבלה. להכין שהסיליקון על-ידי הוספת מחסנית סיליקון המדריך מחלק האקדח (ראה טבלה של חומרים).
- הוסף 5 מ של סיליקון סחוט מהאקדח שחולק לתוך כוס מדידה לערבב בעזרת קיסם. בעזרת קיסם, להחיל כמות נדיבה של סיליקון שנמס לצד שליליות וחיוביות של אטריה נכון ושסתומים החדר. ודא כי ישנם אין בועות אוויר לכודים בתוך שהסיליקון (איור 4).
- חבר שני תאים-הזווית הנכונה שסתום ולאחר לדחוף אותם על גבי שלהם צילינדרים בהתאמה התבנית הבסיסית. חזור על הפעולה עבור הצד השמאלי. לבסוף, לצרף את הצילינדרים מקושתים ריאות, אבי העורקים באופן דומה. להשאיר אלה שסתומים שבמהלכו למשך 2 דקות ולאחר מכן לחבר את החלק העליון של העובש.
- לצרף במערבל סטטי הדיו, לסחוט עד שהסיליקון יצא הצינור ולאחר מכן לשחרר את הלחץ. מיקום כייר כולו על מפרידי שני (איור 5), הכנס את האקדח לתוך שקע לכייר הזרקת 8 מ מ, לסחוט עם לחץ נמוך במשך 3 דקות עד כל האוורור מראים סימנים של סיליקון גלישה.
- להפסיק הזרקת סיליקון בשלב זה, להסיר את המיקסר, המקום של העובש על גבי משטח השולחן, כך כל פתחי האוורור התחתון חתומות, סיליקון יותר לא יכולה לזרום מתחתית העובש. השאר שהסיליקון שבמהלכו למשך 30 דקות.
- לפתוח את החלק העליון של העובש חטטניות והרמה כרווח מתכת לתוך הסדק בין החלק העליון והתחתון של העובש. להסיר את החלקים בצד של העובש באמצעות אותה שיטה, הסרת צד אחד בכל פעם.
הערה: הקפד לא לנקב בקיר הלב בעת הוספת את מרווח.- לאתר את כל בועות אוויר מבחוץ הלב לאחר שחרור שלושת הרכיבים החיצוניים עובש (איור 6). השתמש אזמל כדי לחדור את הבועה ולמלא את זה עם סיליקון כמות קטנה משתמשים בקיסם, ואז לעזוב כדי לרפא למשך עוד 30 דקות.
- להשתמש באוויר דחוס (ראה טבלה של חומרים) כדי לפוצץ את מודל הלב מחוץ לבסיס התבנית עוזב התבניות פנימי 6 מודל הלב. ודא שהקפת מודל הלב עם יד אחת כדי למנוע אוויר קריעה בקיר הלב בחוזקה.
- השתמש מזרק עם מים כדי למלא, לדחוס את החדרים ימינה ושמאלה כדי לשחרר את התבניות הפנימי. אחרי זה להשתמש עם מלקחיים מגיל (ראה טבלה של חומרים) כדי לתפוס ושלוף אלה חלקים עובש שני הפנימית. חזור על תהליך זה של העורקים ריאות, אבי העורקים ולבסוף הסרת התבניות הפנימי אטריה ימינה ושמאלה.
הערה: ודא כי המיקום של המלקחיים לא לדחוס על קטע שסתום הלחץ קלאמפ מוחל; זה יהרוס את השסתום המודפס.
- השתמש מזרק עם מים כדי למלא, לדחוס את החדרים ימינה ושמאלה כדי לשחרר את התבניות הפנימי. אחרי זה להשתמש עם מלקחיים מגיל (ראה טבלה של חומרים) כדי לתפוס ושלוף אלה חלקים עובש שני הפנימית. חזור על תהליך זה של העורקים ריאות, אבי העורקים ולבסוף הסרת התבניות הפנימי אטריה ימינה ושמאלה.
- לאגד את שני הצינורות המובילים ישירות כלפי מטה מן החדרים בבסיס מודל הלב באמצעות עוטפת את העניבה, להסיר גישה אוויר אוורור מחרוזות על-ידי מוריד אותם על פני הקיר הלב.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מחקר זה מפרט שיטה ליצירת מודל הלב neonatal אנטומית ריאליסטי המשלב דימות MRI, הדפסת תלת-ממד והזרקה קר. Arteriosus והצינורות, כמו גם foramen ovale לא נכללו במודל הלב שהוצגו במאמר זה. השיטה המתוארת במאמר זה ניתן גם ליישם לאיברים פנימיים אחרים, כגון הריאות, ומבנים כלוב הצלעות. הצלעות מבנים דורשים אין תבניות, ניתן להדפיס ישירות באמצעות חומרים גמישים. ב (איור 7), אנו מתארים מספר דוגמאות אלה. באמצעות מודל הלב יחד עם אלה חלקי גוף מלאכותיים אחרים יוצר העתק בית החזה מושלם לשימוש אימון כלי או פלטפורמה בדיקה לא פולשנית, כמו גם פולשני התערבויות קליניות.
האתגר של יצירה מחדש מודל מלא ומציאותי אנטומית נמצא עם העובדה כי ארבע לשכות, כמו גם שסתומים, צריך להיות מושלך כחלק אחד. אם חלקים נפרדים להיות יצוק, בשלב מאוחר יותר מודבקות יחד, הדיוק האנטומי פחות יישמרו. יתר על כן, הדבקת מקטעים ביחד שימוש בחומר סיליקון עלולה לגרום יתבקע פוטנציאליים באמצעות מודל הלב במהלך תרגילי מתיחה.
הרזולוציה של חלקים מסובכים הדפסת תלת-ממד (איור 1) חיוני למימוש רכיבים אורגניים קטנים כגון מערכת הלב. כי הפירוט של צ'יימברס ושסתומים של מודלים אלה קובע את הפונקציונליות של הדגם הסופי, אז עם רזולוציה גבוהה יותר של הדפס את, תהיה ברזולוציה גבוהה יותר של המוצר הסופי. זה במיוחד במקרה של השסתומים להיות חלק משולב של העובש. אם חלקים התבנית הפנימית אלה אינם מודפסים מול מאונכת ישירה, השסתומים עדין ישברו בתהליך ניקוי אשר תגרום שסתומים גילחה לאחר השלכת.
ניקוי החלקים המודפס צריך להיעשות באמצעות פתרון של נתרן הידרוקסידי ועזבה להתייבש במשך 48 שעות לאחר מכן. אחרת, תמיכה שאריות החומר לעכב שהסיליקון של ריפוי, אשר יובילו שסתום שנכשלו הטלות, כמו גם חיצוני מאוד ראוותנית של מודל הלב.
השימוש חומרים מאוד גמיש עובש הפנימי באמצעות הצעות הדפסה תלת-ממדית את האפשרות של יצירת מבנים אורגנית ומורכבים להשתחרר מן החלק הסופי יצוקה (איור 4). אם חלקים התבנית הפנימית אלה ניתן להדפיס חומרים מוצקים, החלק מודל הלב יושמדו בעת הסרת התאים הפנימית.
איור 1: הדגם MRI המוגמר. המודל אמור להכיל מוצקים חמש הבאים: לב קיר אטריה ימינה ושמאלה, ימינה ושמאלה החדר. החלקת חלקים אלה היא חיונית עבור הדפסה באיכות גבוהה ואת השחקנים לאחר מכן מפורטת גבוהה של מודל הלב. הערות של המיקום של מסתמי הלב אמור לשמש לעיון ב עריכת מודל הלב בתוכנות CAD. כמו כן, המרחב בין אטריה הלב הקיר צריך להיות מינימום של 2 מ מ כדי למנוע קריעה של הקירות בעת הסרת התבניות הפנימי.
איור 2: הוספת רכיבי socket לקבע את החלקים הפנימיים עובש חיוני לצורך מיקום. ללא הדברים האלה התבניות הפנימי תיסחף, השסתומים יהיה מבטיח miscast. ההחזקה של ארובות החלקים שסתום שלילי גם חיוני בשביל למזער את נקודות קיבוע פנימי עובש, מתן הסכום של ההפרעה האנטומיה של המודל לפחות.
איור 3: בעת הדפסת התבניות, החלקים שסתום הלב תמיד יודפסו מול עמדה כלפי מעלה במצב מבריק כדי להבטיח בגיאומטריה מדויקת. זה גם מונע חומר תמיכה מן להעמיס החללים של השסתום, אשר עלול לשבש את הגיאומטריה בתום תהליך ניקוי.
איור 4: הוספת סיליקון המסתמים לפני קר הזרקה שאר הדגם הוא קריטי. להרכבת השסתומים והחלת סיליקון עבור כל שסתום בנפרד הוא חיוני כדי למנוע אוויר מלכודת, אשר ייתר פונקציונליות של השסתום חסר תועלת. עקב הערוצים צר במיוחד בין את החצאים שסתום, כמו גם חוסר אוורור במקומות אלה, אחרת זה בלתי אפשרי עבור סיליקון להגיע מכלול של שסתומים semilunar במהלך הזרקה קר.
איור 5: לטעון את התבנית על מפרידי כדי להבטיח פתחי האוורור יכול לתפקד בתהליך היציקה. בעוד אדם אחד מחזיק את התבנית במקום, כמו גם סופרת את הדקות לתוך תהליך הליהוק, השני צריך לאט ובזהירות להזריק שהסיליקון לתבנית בעזרת האקדח מפליט. נמוכה המהירות שבה שהסיליקון מוזרק כייר, מלכודת אויר פחות יהיה נוכח מודל הלב הסופי.
איור 6: לאחר שחרור החלקים העליונים ואת הצד של העובש, לבחון את הלב על כל entrapments אוויר. Entrapments אלה צריכים להיות ניקב ומלא סיליקון באמצעות קיסם, שמאלה כדי לרפא למשך עוד 30 דקות לפני בשלבים האחרונים של demolding מבוצעות.
איור 7: הריאות בנוסף modeled ומודפסים עובש (לפי הפרוטוקול של כתב יד זה) ואת הצלעות (שהודפס פוליאוריטן תרמופלסטיים (TPU)). מודלים אלה מאפשרים את השכפול של דגם בית החזה neonatal מלאה לשימוש במהלך אימון של קלינאים בתחומים של האנטומיה, ניתוח, או לדמיין את ההשפעות של עיסויים על בית החזה neonatal. האיברים המיוצר באמצעות השיטה המתוארת במאמר זה יש התאמה אנטומית זו בזו כמו שכולן מבוססות על ה-mri אותו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
עבור המודל שפותחו במחקר זה, זיהינו הזרקה תוך תקופה 3-מין הנדרש כדי למנוע אוויר הזנת הגבס (איור 5, איור 6). כדי לוודא סיליקון יגיע את החללים צרים של השסתומים, חיוני "הליהוק קדם" או "ציפוי" של האזורים שסתום העובש. מכיוון התבניות פנימי בעיצוב הלב צריך לצאת שהסיליקון הסופי יצוק דרך פתחים 5 מ מ, חומר רב הדפסת תלת-ממד עבור תבניות נדרש כדי ליצור מודל הלב יצוקה אחת (איור 4). אנו הוריד את הקשיות חלקים התבנית הפנימית מספר פעמים, ולבסוף השתמשתי ההגדרה גשמי S95. חומרים קשה יגרום המודל סיליקון לקרוע יעד חדות הקצוות של השסתומים עיבוד מודל הלב וכתוצאה מכך שאינם פונקציונליים. באמצעות שימוש סיליקונים מרובים עם פעמים ריפוי שונות, השימוש של סיליקון בריפוי מהיר נמצאה להידרש עקב זרימה יוצאת אחרת של חומר במהלך ריפוי דרך תעלות האוורור רבים בעיצוב עובש.
המגבלות של טכניקה המתוארת בכתב יד זה הן כי שיטת ייצור אורכת זמן רב, דורש חומרים קניינית רבים וכתוצאה מכך תהליך ייצור יקר יחסית. מגבלה נוספת היא גישה סריקות MRI ברזולוציה גבוהה הכרחי עבור שמירה על תקינות אנטומיים (איור 1) במהלך פילוח. כמו כן, העיצוב עובש דורש CAD משמעותי מיומנות (איור 2) לבנות וליישם את מסתמי הלב neonatal. מגבלה נוספת אחת של שימוש הדגמים לב שמתואר הנייר הזה זאת לפי מחקר. Cohrs et al. 9, הדגמים רק יימשך כ-3,000 דחיסה מחזורים לפני קריעת מתחיל להתרחש, אשר ידרוש הפקה מתמדת של הלב מודלים. אנחנו, לעומת זאת, מעריכים כי המודל הציג נייר זה נשרוד את המספר הזה כמו החומר המשמש יש על התארכות גבוה עד ההפסקה פרמטר דחיסה הלחץ המופעל על המודל הם נמוכים יותר. למרות בטכניקה המתוארת בעלון מאמר זה נועד לייצר חלקים סימולטור והגמד neonatal, ניירות מעט מאוד2 תומכים בשימוש כזה מאוד מפורט מודלים של סימולטורים עדיין.
המשמעות של שיטה זו לגבי שיטות קיימות9 ליצירת דגמים תלת-ממדי פונקציונלי של הלב הוא כי שיטה זו מבחינה אנטומית לחקות לבבות אדם שימוש בחומר רך יחיד על הליהוק. החקירה של חומרים סיליקוניים מחקה רקמות רכות10 מראה פוטנציאל לחקות את רקמות השריר, אשר בסופו של דבר יכול להיות משולב לתוך מודל הלב מימוש פעימות הלב. זה, בתורו, יכול לאפשר החקירה של שריר הלב התנהגות בנסיבות חריגות, כגון בדיקות התרסקות. יתר על כן, ליצירת מודלים עם רמת המורכבות אורגני, שיטה זו מספקת תחליף את השעווה האבודה שיטת עיצוב. איפה השעווה האבודה שהמודעות התבניות הפנימיות הם תמיד איבד יצירת המודל, באמצעות השיטה המתוארת במאמר זה, זה לא המקרה. התוצאה יכולה להיות ירידה בעלות של יצירת מודלים של המורכבויות דומה.
נקודות חיוני ליצירת מודל הלב הן ראשית פילוח מדויק של הלב באמצעות לקבל MRI ברזולוציה גבוהה בית החזה. פילוח מדויק מבטיחה בקיר הלב, צ'מברס, ואת המיקום שלהם הוא נתפס במדויק ככל האפשר, וכתוצאה מכך הדפסה תלת-ממדית מפורטת. שנית, התאמה מפורט ומדויק של שסתום חלקים, נקודות היציאה במהלך ההליך עיבוד דפוס צריך שמפות לייצר שסתומים מתפקדים אחרי הליהוק. שלישית, שימוש בחומרים רכים יותר בתהליך ההדפסה התלת-ממד של התבניות הפנימי הוא חובה להסרת שלהם מאוחר יותר מבלי לקרוע את השסתומים עדין או שאר מודל הלב סיליקון בנפרד. לבסוף, השלכת את השסתומים, שנותרו מודל הלב בשני שלבים נדרש כדי להבטיח שלמות semilunar שסתום חלקים במודל. בעת הסרת התבניות הפנימי, עדין משיכת חלקים אלה נדרשים כדי למנוע פגיעה המבנים שסתום.
יישומים עתידיים המודלים הלב להפיק באמצעות המטרה בשיטה זו-השתלבותם הכשרה neonatal גמדים מטופחים. מודל זה, בשילוב עם השילוב של חיישני יכול לספק קלינאים עם נתוני הפלט ולחץ דם הלב עקב בעיסויים כפי שמוצג המחקר הקודם8. שנית, זה יכול לשמש testbed-פוטנציאל במבחנה לב וכלי דם לבדיקת חיישני מיקרו הרומן11 שלהם תאימות עם המעבר תנאים לב פועם. תנועה, במקרה זה, ניתן ליישום באמצעות רקמות שרירים מלאכותיים הרומן12. לבסוף, מודל הלב ניתן להתאים בקלות לשלב מולדים שונים כגון arteriosus והצינורות פטנטים או פגמים במחיצה הבין-חדרית לחקור אלה חריגות באווירה במבחנה . בסופו של דבר, זה גם יכול לשמש כמודל תרגולי לשגרות פעולה תרגול של חריגות אלה ב- neonate.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים שאין פוטנציאל ניגודי אינטרסים בנושא מחקר, היוצרים ופרסום של מאמר זה. מחקר זה קיבל גרנט מסוימת אין שום סוכנות מימון במגזרים ציבוריים, מסחריים או לא למטרות רווח.
Acknowledgments
מחקר זה בוצע במסגרת הולנדי IMPULS perinatology. המחברים רוצה להודות המוזיאון UMCN Radboud על אנטומיה, פתולוגיה, Máxima רפואי Veldhoven מרכז למתן neonatal MRI סריקות המשמש לעבודה זו. המחברים עוד יותר רוצה להודות ג'ספר Sterk, סאנה ואן דר לינדן, פרדריק דה Jongh, פלאון Alkemade ו- D.search המעבדה בפקולטה לעיצוב תעשייתי על תרומתם המשמעותית להתפתחות של מחקר זה. לבסוף המחברים רוצה להודות רוהאן ג'ושי על קריאתו הוכחה של כתב היד.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. |
References
- Wyllie, J., Bruinenberg, J., Roehr, C. C., Rüdiger, M., Trevisanuto, D., Urlesberger, B. European resuscitation council guidelines for resuscitation 2015. Resuscitation. 95, 249-263 (2015).
- Sawyer, T., Strandjord, T. P., Johnson, K., Low, D. Neonatal airway simulators, how good are they? A comparative study of physical and functional fidelity. J. Perinatol. 36 (2), 151-156 (2015).
- Yao, R., et al. Three-dimensional printing: review of application in medicine and hepatic surgery. Cancer Biol. Med. 13 (4), 443-451 (2016).
- Chua, C. K., et al. Rapid prototyping assisted surgery planning. Int. J. Adv. Manuf. Tech. 14 (9), 624-630 (1998).
- Gibson, I., et al. The use of rapid prototyping to assist medical applications. Rapid Prototyping J. 12 (1), 53-58 (2006).
- Cai, H. Application of 3D printing in orthopedics: status quo and opportunities in China. Ann. Transl. Med. 3 (Suppl 1), S12 (2015).
- Thielen, M. W. H., Delbressine, F. L. M. Rib cage recreation: towards realistic neonatal manikin construction using MRI scanning and 3D printing. FASE. , 41-44 (2016).
- Thielen, M., Joshi, R., Delbressine, F., Bambang Oetomo, S., Feijs, L. An innovative design for cardiopulmonary resuscitation manikins based on a human-like thorax and embedded flow sensors. JOEIM. 231 (3), 243-249 (2017).
- Cohrs, N. C., et al. A soft Total Artificial Heart - First Concept Evaluation on a Hybrid Mock Circulation. Artif. Organs. , (2017).
- Sparks, J. L., et al. Use of silicone materials to simulate tissue biomechanics as related to deep tissue injury. Adv. Skin Wound Care. 28 (2), 59-68 (2015).
- Van der Horst, A., Geven, M. C., Rutten, M. C., Pijls, N. H., Nvan de Vosse, F. Thermal anemometric assessment of coronary flow reserve with a pressure-sensing guide wire: An in vitro evaluation. Med. Eng. Phys. 33 (6), 684-691 (2011).
- Miriyev, A., Stack, K., Lipson, H. Soft material for soft actuators. Nature comm. 8 (596), (2017).
