En personlig 3D-printet model til præoperativ evaluering i skjoldbruskkirtelkirurgi

Summary

Her foreslås en ny metode til etablering af en personlig 3D-printet model til præoperativ evaluering af skjoldbruskkirtelkirurgi. Det er befordrende for præoperativ diskussion, hvilket reducerer vanskeligheden ved skjoldbruskkirtelkirurgi.

Abstract

Den anatomiske struktur af det kirurgiske område af kræft i skjoldbruskkirtlen er kompleks. Det er meget vigtigt at grundigt og omhyggeligt evaluere tumorplaceringen og dens forhold til kapslen, luftrøret, spiserøret, nerverne og blodkarrene før operationen. Dette papir introducerer en innovativ 3D-printet modeletableringsmetode baseret på computertomografi (CT) DICOM-billeder. Vi etablerede en personlig 3D-printet model af livmoderhalskirurgi for hver patient, der havde brug for skjoldbruskkirtelkirurgi for at hjælpe klinikere med at evaluere nøglepunkterne og vanskelighederne ved operationen og vælge operationsmetoderne for nøgledele som grundlag. Resultaterne viste, at denne model er befordrende for præoperativ diskussion og formulering af operationsstrategier. Især som et resultat af den klare visning af de tilbagevendende larynxnerve- og parathyroidkirtelplaceringer i skjoldbruskkirteloperationsfeltet kan skade på dem undgås under operationen, vanskeligheden ved skjoldbruskkirtelkirurgi reduceres, og forekomsten af postoperativ hypoparathyroidisme og komplikationer relateret til tilbagevendende larynxnerveskade reduceres også. Desuden er denne 3D-printede model intuitiv og hjælper kommunikation til underskrivelse af informeret samtykke fra patienter før operation.

Introduction

Skjoldbruskkirtlen knuder er en af de mest almindelige endokrine sygdomme, blandt hvilke kræft i skjoldbruskkirtlen tegner sig for 14% -21%¹. Den foretrukne behandling for kræft i skjoldbruskkirtlen er kirurgi. Men fordi skjoldbruskkirtlen er placeret i det forreste cervikale område, er der vigtige væv og organer tæt på skjoldbruskkirtlen i operationsområdet, såsom parathyroidkirtlen, luftrøret, spiserøret og cervikale store kar og nerver^2,3, hvilket gør operationen relativt vanskelig og risikabel. De mest almindelige kirurgiske komplikationer er et fald i parathyroideafunktionen forårsaget af parathyroidfunktion skade eller mis-resektion og hæshed forårsaget af tilbagevendende larynx nerveskade⁴. Reduktionen af de ovennævnte kirurgiske komplikationer har altid været et mål for kirurger. Den mest almindelige billeddannelsesmetode før skjoldbruskkirtelkirurgi er ultralydsbilleddannelse, selvom dens visning af biskjoldbruskkirtlen og nerven er meget begrænset⁵. Derudover er variationen i placeringen af biskjoldbruskkirtlen og den tilbagevendende larynxnerve i skjoldbruskkirtelkirurgiområdet meget høj, hvilket forhindrer identifikation ^6,7. Hvis hver patients anatomiske position tydeligt kan vises til kirurgen gennem modellen i realtid under operationen, vil det reducere den operationelle risiko for skjoldbruskkirtelkirurgi, reducere forekomsten af komplikationer og forbedre effektiviteten af skjoldbruskkirtelkirurgi.

Derudover er det også udfordrende at forklare den kirurgiske proces grundigt for patienter før operationen. Nogle uerfarne kirurger har svært ved at forklare og formidle de præcise detaljer om operationen til patienter, især på grund af kompleksiteten af skjoldbruskkirtlen og dens omgivende strukturer. Hver patient har deres egen unikke anatomiske struktur og personlige behov⁸. Derfor kan en personlig 3D-skjoldbruskkirtelmodel baseret på patientens virkelige anatomi effektivt hjælpe patienter og klinikere. I øjeblikket er størstedelen af produkterne på markedet masseproduceret baseret på plane diagrammer. Ved at bruge 3D-printteknologi til at producere en patientspecifik model, der afspejler hver patients individuelle medicinske behov, kan denne model bruges til at evaluere den faktiske tilstand hos patienter med kræft i skjoldbruskkirtlen og hjælpe kirurger med bedre at kommunikere sygdommens art med patienter.

3D-udskrivning (eller additiv fremstilling) er en tredimensionel konstruktion bygget ud fra en computerstøttet designmodel eller digital 3D-model⁹. Det er blevet brugt i mange medicinske applikationer, såsom medicinsk udstyr, anatomiske modeller og lægemiddelformulering¹⁰. Sammenlignet med traditionel billeddannelse er en 3D-printmodel mere synlig og mere læselig. Derfor bruges 3D-udskrivning i stigende grad i moderne kirurgiske procedurer. Almindeligt anvendte 3D-printede teknologier omfatter momspolymerisationsbaseret udskrivning, pulverbaseret udskrivning, inkjetbaseret udskrivning og ekstruderingsbaseret udskrivning¹¹. Ved momspolymerisationsbaseret udskrivning bestråles en bestemt bølgelængde af lys på en tønde lyshærdende harpiks, som lokalt hærder harpiksen et lag ad gangen. Det har fordelene ved materialebesparelse og hurtig udskrivning. Pulverbaseret udskrivning er afhængig af lokaliseret opvarmning for at smelte pulvermaterialet til en tættere struktur, men det fører også til en betydelig stigning i udskrivningstid og omkostninger og er i øjeblikket i begrænset brug¹². Inkjetbaseret udskrivning bruger en præcis sprøjtning af dråber på underlaget i en lag-for-lag-proces. Denne teknologi er den mest modne og har fordelene ved høj materialekompatibilitet, kontrollerbare omkostninger og hurtig udskrivningstid¹³. Ekstruderingsbaseret udskrivning ekstruderer materialer såsom opløsninger og ophæng gennem dyser. Denne teknik bruger celler og har derfor de højeste bløde vævsefterlignende egenskaber. På grund af de højere omkostninger og bioaffinitet anvendes den hovedsageligt inden for vævsteknik og mindre hyppigt i kirurgiske organmodeller¹⁴.

Som et resultat valgte vi “White Jet Process” udskrivningsteknologi, baseret på kompleksiteten af skjoldbruskkirtlen og dens omgivende strukturer og den kirurgiske tidsplan. Denne teknologi kombinerer fordelene ved momspolymerisationsbaseret udskrivning og inkjetbaseret udskrivning og tilbyder høj præcision, hurtig udskrivning og lave omkostninger, hvilket gør den velegnet til skjoldbruskkirtelkirurgi. Formålet med denne protokol er at lave en 3D-printet skjoldbruskkirtelkræftmodel, forbedre patienternes prognose ved at give tilstrækkelig information om patienternes anatomiske struktur og variation og bedre informere læger og patienter om alle tilstande relateret til den kirurgiske proces.

Protocol

Denne undersøgelse behøvede ikke godkendelse for at udføre eller nogen form for samtykke fra patienterne til at bruge og offentliggøre deres data, fordi alle data og oplysninger i denne undersøgelse og video blev anonymiseret. 1. Indsamling af billeddata Scan patientens skjoldbruskkirtel ved forbedret computertomografi (CT) for at få billeddataene i DICOM-format. Sørg for, at denne proces udføres inden for 1 uge før operationen, og kontroller skivetykkelsen,…

Representative Results

Dette papir præsenterer en protokol til konstruktion af personlige 3D-printede modeller af patienters skjoldbruskkirtler. Figur 1 viser et flowdiagram til etablering af en personlig 3D-printet model for skjoldbruskkirtler hos patienter. Figur 2 viser den personlige 3D-printede modeludskrivningsenhed til skjoldbruskkirtlen hos patienter. Figur 3 viser softwaregrænsefladen til etablering af en personlig 3D-printet model til skjoldbr…

Discussion

Ultralyd kan være den eneste præoperative billeddannelsesprocedure for de fleste patienter, der gennemgår skjoldbruskkirtelkirurgi¹⁵. Imidlertid kan nogle få veldifferentierede tilfælde lide af avancerede sygdomme, som invaderer de omgivende væv eller organer og hindrer operationen¹⁶. Denne model kan være mere velegnet til patienter med langt avanceret kræft i skjoldbruskkirtlen. Når sygdommen skrider frem, er yderligere CT-scanning nyttig til yderligere diagnose. …

Materials

3D color printer	Zhuhai Sina 3D Technology Co	J300PLUS	Function support: automatic optimized placement, automatic model typesetting, automatic generation support, real-time layered edge cutting and printing, slice export, custom color thickness, custom placement / scaling, man hour evaluation, material consumption evaluation, print status monitoring, material remaining display, changing materials and colors, managing work queues, full / semi enclosed printing, automatic detection of model interference, layer preview, automatic pause of ink shortage, power failure to resume printing Automatic cleaning nozzle, automatic channel adaptation, ink change, automatic cleaning pipeline, follow-up laying. Range of optional materials: RGD series transparent molding materials, RGD series opaque molding materials, FLX series soft molding materials, ABS like series molding materials, high temperature resistant molding materials, Med series molding materials (first-class medical record certification), ordinary supporting materials, water-soluble supporting materials.
Mimics 21.0 software	Materialise, Belgium		DICOM data processing