Анатомически реалистичные неонатальной сердце модель для использования в неонатальной пациента тренажеры
Summary
Этот протокол описывает процедуру для создания функциональных искусственного сердца новорожденных модели, используя сочетание магнитно-резонансной томографии, 3D печать и для литья под давлением. Эти модели предназначен для интеграции в следующее поколение неонатальной пациента тренажеров и в качестве инструмента для физиологические и анатомические исследования.
Abstract
Новорожденных пациента тренажеры (NPS) являются искусственные пациента суррогаты, используемых в контексте подготовки медицинского моделирования. Неонатологов и медсестер практики клинических вмешательств, подобных компрессии грудной клетки для обеспечения выживания пациента в случае брадикардии или инфаркт миокарда. Тренажеры, используемые в настоящее время являются низкой физической верности и поэтому не может обеспечить качественное понимание процедуры компрессии грудной клетки. Встраивание анатомически реалистичные сердце модель в будущем тренажеры позволяет обнаружение сердечного выброса, образующихся при компрессии грудной клетки; Это может обеспечить клиницистов с выходной параметр, который может углубить понимание влияния компрессий по отношению к количество крови поток создается. Прежде чем этот контроль может быть достигнуто, анатомически реалистичные сердце модель должна создаваться содержащий: два предсердия, два желудочка, четыре сердечных клапанов, легочных вен и артерий и системных вен и артерий. Этот протокол описывает порядок создания такой модели функционального искусственного сердца у новорожденных, используя сочетание магнитно-резонансная томография (МРТ), 3D печати и отливки в виде холодного литья. С помощью этого метода с гибким 3D печатной внутренней формы в процесса литья, модель анатомически реалистичные сердца могут быть получены.
Introduction
Каждый год миллионы новорожденных допускаются к реанимации новорожденных (ОИТН). В неонатологическом большинство ситуаций относятся к проблемам в дыхательные пути, дыхания и кровообращения (ABC) и требуют вмешательства таких компрессии грудной клетки. NPS предлагают ценные обучения и учебным пособием на практике такого вмешательства. Для некоторых NPS встроенных датчиков может определить, удовлетворяет ли производительность клинические рекомендации1 для глубины и скорости компрессии грудной клетки. Присоединение к руководящим принципам может использоваться для расчета и количественной оценки производительности, и в этой связи такие современные NPS можно рассматривать как материального и белый ящик метрики для оценки производительности.
Соблюдение рекомендаций направлен на улучшение пациента физиологии. К примеру компрессии грудной клетки поставляются с целью получения адекватного кровотока в системе кровообращения. Текущий высокой верности NPS (например, PremieAnne (Laerdal, Ставангер, Норвегия) и пол (SIMCharacters, Вена, Австрия)), не содержат любые датчики для измерения физиологических параметров, таких как поток крови во время обучения, как они отсутствие комплексной сердца для генерировать этот физиологических параметров. Поэтому эффективность компрессии грудной клетки в текущей сети не может быть оценена на физиологическом уровне. Для NPS для включения физиологическая Оценка компрессии грудной клетки анатомически реалистичные искусственное сердце должно быть интегрированы в NPS. Кроме того исследования2 показывает, что увеличение физической анатомические верности может привести к увеличению функциональных верности ЯИЭ. Интеграция физически высококачественный орган системы пойдет на пользу функциональных верность профессиональной подготовки и оценки физиологической производительности.
Существенное увеличение точности NPS может достигаться путем 3D печати. В медицине 3D изображений и печати главным образом используются для хирургической подготовки и создание имплантатов3,4,5. Например в области хирургической моделирования, органов производятся обучить хирургов на выполнении хирургических процедур6. Возможности 3D печати не пока применялись широко в NPS. Сочетание 3D визуализации и 3D печать открывает возможность для NPS для достижения более высокого уровня физического верности. Репликация сложные, гибкие, неонатальной органы как сердце становится возможным благодаря постоянно расширяет спектр методов и материалов, используемых для 3D печати7.
В этой статье мы подробно протокол для создания функциональной, искусственные неонатальной сердца, используя комбинацию МРТ, 3D печать и холодного литья. Сердце модель в этой статье включает в себя два предсердия, два желудочка, четыре функциональных клапанов и легочной и системной артерий и вен все из одного силиконовые бросили. Сердце модель может заполненные жидкостью, оснащены датчиками и используется в качестве выходного параметра генератор (например, кровяное давление или сердечного выброса при компрессии грудной клетки и клапан функциональность).
Protocol
Representative Results
Discussion
Для модели, разработанной в этом исследовании мы определили которые литья под давлением в течение 3-мин требуется для предотвращения воздуха, поступающего в ролях (Рисунок 5, Рисунок 6). Чтобы гарантировать, что силиконовые достигает узких пространств кла…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование проводилось в рамках голландской IMPULS перинатологии. Авторы хотели бы поблагодарить Radboud UMCN Музей анатомии и патологии и Максима Велдховен медицинский центр для оказания неонатальной МРТ, используемая для этой работы. Авторы далее хотел бы поблагодарить Джаспер Стерк, Sanne ван дер Линден, Фредерик де Йонг, Pleun Alkemade и D.search лаборатории на факультете промышленного дизайна за их значительный вклад в развитие этого исследования. Наконец авторы хотели бы поблагодарить Rohan Joshi за его доказательство чтения рукописи.
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. |
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).
