नवजात रोगी सिमुलेटर में उपयोग के लिए Anatomically यथार्थवादी नवजात हार्ट मॉडल
Summary
इस प्रोटोकॉल चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग, 3 डी मुद्रण, और इंजेक्शन मोल्डिंग का एक संयोजन का उपयोग करके कार्यात्मक कृत्रिम नवजात हार्ट मॉडल बनाने के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन है । इन मॉडलों का उद्देश्य नवजात रोगी सिमुलेटर की अगली पीढ़ी में एकीकरण के लिए और शारीरिक और संरचनात्मक अध्ययन के लिए एक उपकरण के रूप में है ।
Abstract
नवजात रोगी सिमुलेटर (एनपीए) कृत्रिम रोगी चिकित्सा सिमुलेशन प्रशिक्षण के संदर्भ में इस्तेमाल किराए रहे हैं । Neonatologists और नर्सिंग स्टाफ मंदनाड़ी या कार्डियक गिरफ्तारी के मामले में रोगी अस्तित्व सुनिश्चित करने के लिए छाती संपीड़न के रूप में नैदानिक हस्तक्षेप का अभ्यास । वर्तमान में इस्तेमाल किया सिमुलेटर कम शारीरिक निष्ठा के है और इसलिए छाती संपीड़न की प्रक्रिया में गुणात्मक अंतर्दृष्टि प्रदान नहीं कर सकते हैं । भविष्य सिमुलेटर में एक anatomically यथार्थवादी दिल मॉडल की embedding छाती संपीड़न के दौरान उत्पन्न हृदय उत्पादन का पता लगाने में सक्षम बनाता है; यह एक आउटपुट पैरामीटर के साथ चिकित्सकों प्रदान कर सकते हैं, जो उत्पन्न रक्त प्रवाह की मात्रा के संबंध में संपीड़न के प्रभाव की समझ को गहरा कर सकते हैं. इससे पहले कि इस निगरानी प्राप्त किया जा सकता है, एक anatomically यथार्थवादी दिल मॉडल युक्त बनाया जाना चाहिए: दो atria, दो निलय, चार दिल के वाल्व, फेफड़े की नसों और धमनियों, और प्रणालीगत नसों और धमनियों । इस प्रोटोकॉल चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग का एक संयोजन का उपयोग करके इस तरह के एक कार्यात्मक कृत्रिम नवजात हार्ट मॉडल बनाने के लिए प्रक्रिया का वर्णन (एमआरआई), 3 डी मुद्रण, और कोल्ड इंजेक्शन मोल्डिंग के रूप में कास्टिंग । इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया में लचीला 3 डी मुद्रित भीतरी molds के साथ इस विधि का उपयोग करना, एक anatomically यथार्थवादी दिल मॉडल प्राप्त किया जा सकता है ।
Introduction
हर साल लाखों नवजात शिशुओं नवजात गहन परिचर्या एकक (एनआईसीयू) में भर्ती किए जाते हैं. NICUs में, सबसे आपात स्थिति airway, श्वास, और संचलन (एबीसी) में समस्याओं से संबंधित है और ऐसे सीने संपीड़न के रूप में हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है । एनपीएस ऐसे उपायों का अभ्यास करने के लिए एक मूल्यवान शिक्षण और प्रशिक्षण उपकरण प्रदान करते हैं । कुछ एनपीएस के लिए, एंबेडेड सेंसरों का पता लगा सकते है कि प्रदर्शन अनुशंसित नैदानिक दिशानिर्देश1 छाती संपीड़न की गहराई और गति के लिए मिलता है । दिशानिर्देशों का पालन करने के लिए प्रदर्शन की गणना और मात्रा का इस्तेमाल किया जा सकता है, और इस संबंध में, कला एनपीएस के ऐसे राज्य प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए एक ठोस और सफेद बॉक्स मीट्रिक के रूप में देखा जा सकता है.
अनुशंसित दिशानिर्देशों का पालन करना रोगी फिजियोलॉजी में सुधार करना है । उदाहरण के लिए, छाती संपीड़न संचार प्रणाली में पर्याप्त रक्त प्रवाह पैदा करने के उद्देश्य के साथ वितरित कर रहे हैं । वर्तमान उच्च निष्ठा एनपीएस (जैसे, PremieAnne (Laerdal, Stavanger, नॉर्वे) और पॉल (SIMCharacters, वियना, ऑस्ट्रिया)), किसी भी सेंसर के रूप में वे एक एकीकृत दिल की कमी के रूप में प्रशिक्षण के दौरान रक्त प्रवाह के रूप में शारीरिक मापदंडों को मापने के लिए शामिल नहीं इस शारीरिक पैरामीटर उत्पंन करते हैं । वर्तमान एनपीएस में चेस्ट संपीड़न की प्रभावकारिता इसलिए एक शारीरिक स्तर पर मूल्यांकन नहीं किया जा सकता है । एनपीएस के लिए, एक anatomically यथार्थवादी कृत्रिम हृदय को एनपीएस में एकीकृत किया जाना चाहिए । इसके अलावा, अनुसंधान2 से पता चलता है कि शारीरिक संरचनात्मक निष्ठा में वृद्धि एनपीएस के कार्यात्मक निष्ठा में वृद्धि करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । एक शारीरिक रूप से उच्च निष्ठा अंग प्रणाली का घालमेल प्रशिक्षण के दोनों कार्यात्मक निष्ठा और शारीरिक प्रदर्शन मूल्यांकन सक्षम लाभ होगा ।
3d प्रिंटिंग के जरिए एनपीएस की निष्ठा में भारी वृद्धि हासिल की जा सकती है । चिकित्सा में, 3d इमेजिंग और मुद्रण ज्यादातर शल्य तैयारी और प्रत्यारोपण के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है3,4,5. उदाहरण के लिए, शल्य सिमुलेशन के क्षेत्र में, शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं6प्रदर्शन पर सर्जनों को प्रशिक्षित करने के लिए अंगों का उत्पादन कर रहे हैं । अभी तक 3डी प्रिंटिंग की संभावनाओं को एनपीएस में बड़े पैमाने पर लागू नहीं किया गया है । 3डी इमेजिंग और 3डी प्रिंटिंग के कॉम्बिनेशन से एनपीएस के लिए शारीरिक निष्ठा के ऊंचे स्तर पर पहुंचने की संभावना खुल जाती है । इस तरह के दिल के रूप में परिष्कृत, लचीला, नवजात अंगों की प्रतिकृति संभव हो जाता है तकनीक और 3 डी मुद्रण7के लिए इस्तेमाल सामग्री की कभी व्यापक रेंज के कारण ।
इस पत्र में, हम विस्तार एमआरआई, 3 डी मुद्रण, और ठंड इंजेक्शन मोल्डिंग का एक संयोजन का उपयोग कर एक कार्यात्मक, कृत्रिम नवजात दिल बनाने के लिए एक प्रोटोकॉल । इस पत्र में हार्ट मॉडल दो atria, दो निलय, चार कार्यात्मक वाल्व, और फुफ्फुसीय और प्रणालीगत धमनियों और एक एकल सिलिकॉन कलाकारों से उत्पादित नसों शामिल हैं । हार्ट मॉडल एक तरल से भरा जा सकता है, सेंसर से सुसज्जित है, और उत्पादन पैरामीटर जनरेटर के रूप में इस्तेमाल किया (यानी, छाती संपीड़न के दौरान रक्तचाप या हृदय उत्पादन, और वाल्व कार्यक्षमता).
Protocol
Representative Results
Discussion
इस अध्ययन में विकसित मॉडल के लिए, हम एक 3-मिन अवधि से अधिक इंजेक्शन मोल्डिंग की पहचान की कास्ट (चित्रा 5, चित्रा 6) में प्रवेश हवा को रोकने के लिए आवश्यक है । यह सुनिश्चित करने के लिए कि…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह शोध आवेगी perinatology के डच ढांचे के भीतर किया गया था । लेखक इस काम के लिए इस्तेमाल किया नवजात एमआरआई स्कैन प्रदान करने के लिए शरीर रचना विज्ञान और विकृति और Máxima चिकित्सा केंद्र Veldhoven के लिए Radboud UMCN संग्रहालय का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । लेखकों को आगे जैस्पर Sterk, सा्ने वान डेर Linden, Frederique de Jongh, Pleun Alkemade, और इस अनुसंधान के विकास के लिए उनके महत्वपूर्ण योगदान के लिए औद्योगिक डिजाइन के संकाय में D. search लैब शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । अन्त में लेखक अपनी पांडुलिपि के प्रूफ पढ़ने के लिए रोहन जोशी को धन्यवाद देना चाहते हैं ।
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).
