Anatomisk realistisk Neonatal hjertet modell for bruk i Neonatal pasienten simulatorer

Summary

Denne protokollen beskriver en fremgangsmåte for oppretting av funksjonelle kunstig neonatal hjertet modeller ved å bruke en kombinasjon av magnetisk resonans imaging, 3D-utskrift og injeksjon molding. Formålet med disse modellene er for integrering i neste generasjon av neonatal pasienten simulatorer og som et verktøy for fysiologiske og anatomisk studier.

Abstract

Neonatal pasienten simulatorer (NPS) er kunstig pasienten surrogater brukes i forbindelse med medisinsk simulering trening. Neonatologists og helsepersonell praksis kliniske tiltak som brystkompresjon å sikre pasienten overlevelse ved bradykardi eller hjertestans. Simulatorer brukes i dag er av lav fysisk troskap og derfor ikke kan gi kvalitative innsikt i prosedyren for brystkompresjon. Innebygging av en anatomisk realistisk hjertet modell i fremtiden simulatorer gjør påvisning av cardiac output genereres under brystkompresjon; Dette kan gi leger med en utdataparameter som kan utdype forståelsen av effekten av komprimering i forhold til blodstrøm generert. Før denne overvåking kan oppnås, en anatomisk realistisk hjertet modell må opprettes inneholder: to atria, to ventriklene, fire hjertet ventiler, pulmonary venene og arteriene, og systemiske vener og arterier. Denne protokollen beskriver fremgangsmåten for å opprette slik funksjonelle kunstig neonatal hjertet modell ved å bruke en kombinasjon av magnetisk resonans imaging (MRI), 3D utskrift og casting i form av kaldt injeksjon molding. Med denne metoden fleksibel 3D trykt indre former i injeksjon molding prosessen, kan en anatomisk realistisk hjertet modell oppnås.

Introduction

Hvert år millioner av nyfødte er innrømmet å neonatal intensivavdelinger (NICU). I NICUs, de fleste nødhjelp knyttet til problemer i airway, breathing og sirkulasjon (ABC) og krever tiltak som brystkompresjon. NPS tilbyr verdifulle undervisning og opplæringsverktøy for å øve slike intervensjoner. For noen NPS, kan innebygde sensorer oppdage om resultatene oppfyller det anbefalte kliniske retningslinjer¹ for dybde og hastigheten på brystkompresjon. Overholdelse av retningslinjene kan brukes til å beregne og kvantifisere ytelse, og i denne forbindelse slik toppmoderne NPS kan sees som en konkret og hvite beregning for å evaluere ytelsen.

Overholdelse av anbefalte retningslinjene tar sikte på å forbedre pasientens fysiologi. For eksempel leveres brystkompresjon med sikte på å generere tilstrekkelig blodstrøm i sirkulasjonssystemet. Gjeldende Hi-Fi NPS (f.eksPremieAnne (Laerdal, Stavanger, Norge) og Paul (SIMCharacters, Wien)), ikke inneholder alle sensorer å måle fysiologiske parametre som blodstrøm under trening som de mangler integrert hjerte til å generere parameterverdien fysiologiske. Effekten av brystkompresjon i gjeldende NPS kan derfor ikke bli vurdert på et fysiologisk nivå. NPS aktivere fysiologiske vurdering av brystkompresjon, har en anatomisk realistisk kunstig hjerte å bli integrert i NPS. Videre viser forskning² at en økning i fysisk anatomiske gjengivelse kan føre til en økning i funksjonelle gjengivelsen av NPS. Integrere et fysisk Hi-Fi-orgel system ville nytte både funksjonelle gjengivelsen av trening og aktiverer fysiologiske ytelsesvurdering.

En betydelig økning i gjengivelsen av NPS kan oppnås gjennom 3D-utskrift. I medisin brukes 3D-bildebehandling og utskrift hovedsakelig for kirurgiske forberedelse og etableringen av implantater^3,4,5. For eksempel i feltet kirurgisk simulering er organer produsert for å trene kirurger på utfører kirurgiske prosedyrer⁶. Mulighetene for 3D-utskrift er ikke ennå mye brukt i NPS. Kombinasjonen av 3D-bildebehandling og 3D-utskrift åpner muligheten for NPS å nå et høyere nivå av fysisk gjengivelse. Replikering av avansert, fleksibel, neonatal organer som hjertet blir mulig på grunn av stadig utvide omfanget av teknikker og materialer for 3D utskrift⁷.

I dette papiret detalj vi en protokoll for å opprette et funksjonelt, kunstige neonatal hjerte en kombinasjon av MRI, 3D-utskrift og kalde injeksjon molding. Hjertet modellen i notatet inneholder to atria, to ventriklene, fire funksjonelle ventiler, og lunge og systemisk arteries og årer alle produsert fra en enkelt silikon kastet. Hjertet modellen kan være fylt med en væske, utstyrt med sensorer, og brukt som parameteren utdatagenerator (dvs., blodtrykk eller hjerte produksjon i brystkompresjon og ventil funksjonalitet).

Protocol

Alle institusjonelle godkjenninger ble innhentet før pasienten bildebehandling. 1. image oppkjøpet og segmentering Kjøpe en thorax MRI-skanning av en neonate i Digital Imaging og kommunikasjon i medisin (DICOM)-format. Fange hvert stykke skanningen ventrikkel diastolisk stadium av hjertet syklusen eller få et thorax Mr fra en obduksjon.Merk: En synlig klar definisjon av hjertemuskelen, samt atria og ventriklene, er viktig. Bruke prosessering programvare (se …

Representative Results

Denne studien viser en metode for å opprette en anatomisk realistisk neonatal hjertet modellen kombinerer Mr imaging, 3D-utskrift og kalde injeksjon molding. Ductus arteriosus samt foramen ovale var ikke inkludert i hjertet modellen presentert i dette papiret. Metoden beskrevet i dette dokumentet kan også brukes til andre interne organer som lunger og rib bur strukturer. Rib bur strukturer krever ingen muggsopp og kan skrives ut direkte med fleksible materialer. I (…

Discussion

For modellen utviklet i denne studien, identifisert vi som injeksjon molding over en 3 minutters periode er krevde å forhindre luft inn kastet (figur 5, figur 6). For å sikre at silikon når den trange områder av ventiler, er “før kaste” eller “belegg” av ventilen områder i mold viktig. Siden indre formene forme i kamre av hjertet har å avslutte den endelige silikon kastet gjennom 5 mm åpninger, er multi-materiale 3D-utskrift for muggsopp nødvendig å op…

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.