Een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie bij schildklierchirurgie

Summary

Hier wordt een nieuwe methode voorgesteld om een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor preoperatieve evaluatie van schildklierchirurgie op te stellen. Het is bevorderlijk voor preoperatieve discussie, waardoor de moeilijkheid van schildklierchirurgie wordt verminderd.

Abstract

De anatomische structuur van het chirurgische gebied van schildklierkanker is complex. Het is erg belangrijk om de tumorlocatie en de relatie met de capsule, luchtpijp, slokdarm, zenuwen en bloedvaten vóór de operatie uitgebreid en zorgvuldig te evalueren. Dit artikel introduceert een innovatieve 3D-geprinte modelvestigingsmethode op basis van computertomografie (CT) DICOM-afbeeldingen. We hebben een gepersonaliseerd 3D-geprint model van het veld cervicale schildklierchirurgie opgesteld voor elke patiënt die een schildklieroperatie nodig had om clinici te helpen de belangrijkste punten en moeilijkheden van de operatie te evalueren en de operatiemethoden van belangrijke onderdelen als basis te selecteren. De resultaten toonden aan dat dit model bevorderlijk is voor preoperatieve discussie en het formuleren van operationele strategieën. In het bijzonder, als gevolg van de duidelijke weergave van de terugkerende larynxzenuw- en bijschildklierlocaties op het gebied van schildklieroperaties, kan letsel aan hen tijdens de operatie worden vermeden, de moeilijkheid van schildklierchirurgie worden verminderd en de incidentie van postoperatieve hypoparathyreoïdie en complicaties gerelateerd aan recidiverende larynxzenuwbeschadiging ook worden verminderd. Bovendien is dit 3D-geprinte model intuïtief en helpt het de communicatie voor het ondertekenen van geïnformeerde toestemming door patiënten vóór de operatie.

Introduction

Schildklierknobbels zijn een van de meest voorkomende endocriene ziekten, waaronder schildklierkanker goed is voor 14% -21%¹. De voorkeursbehandeling voor schildklierkanker is chirurgie. Omdat de schildklier zich echter in het voorste cervicale gebied bevindt, zijn er belangrijke weefsels en organen dicht bij de schildklier in het operatiegebied, zoals de bijschildklier, luchtpijp, slokdarm en cervicale grote bloedvaten en zenuwen^2,3, waardoor de operatie relatief moeilijk en riskant is. De meest voorkomende chirurgische complicaties zijn een afname van de bijschildklierfunctie veroorzaakt door bijschildklierfunctieletsel of misresectie en heesheid veroorzaakt door recidiverend larynxzenuwletsel⁴. Het verminderen van de bovengenoemde chirurgische complicaties is altijd een doel geweest voor chirurgen. De meest voorkomende beeldvormingsmethode vóór schildklierchirurgie is echografie, hoewel de weergave van de bijschildklier en zenuw zeer beperkt is⁵. Bovendien is de variatie in de positie van de bijschildklier en de terugkerende larynxzenuw in het schildklieroperatiegebied zeer hoog, wat identificatie belemmert ^6,7. Als de anatomische positie van elke patiënt tijdens de operatie in realtime via het model aan de chirurg kan worden weergegeven, zal dit het operationele risico van schildklierchirurgie verminderen, de incidentie van complicaties verminderen en de efficiëntie van schildklierchirurgie verbeteren.

Daarnaast is het ook een uitdaging om het chirurgische proces voor de operatie grondig uit te leggen aan patiënten. Sommige onervaren chirurgen vinden het moeilijk om de precieze details van de operatie uit te leggen en over te brengen aan patiënten, vooral vanwege de complexiteit van de schildklier en de omliggende structuren. Elke patiënt heeft zijn eigen unieke anatomische structuur en persoonlijke behoeften⁸. Daarom kan een gepersonaliseerd 3D-schildkliermodel op basis van de echte anatomie van de patiënt patiënten en clinici effectief helpen. Momenteel worden de meeste producten op de markt in massa geproduceerd op basis van vlakdiagrammen. Door gebruik te maken van 3D-printtechnologie om een patiëntspecifiek model te produceren dat de individuele medische behoeften van elke patiënt weerspiegelt, kan dit model worden gebruikt om de werkelijke toestand van patiënten met schildklierkanker te evalueren en chirurgen te helpen de aard van de ziekte beter met patiënten te communiceren.

3D-printen (of additive manufacturing) is een driedimensionale constructie die is opgebouwd uit een computerondersteund ontwerpmodel of digitaal 3D-model⁹. Het is gebruikt in vele medische toepassingen, zoals medische hulpmiddelen, anatomische modellen en medicijnformulering¹⁰. In vergelijking met traditionele beeldvorming is een 3D-printmodel beter zichtbaar en beter leesbaar. Daarom wordt 3D-printen steeds vaker gebruikt in moderne chirurgische ingrepen. Veelgebruikte 3D-geprinte technologieën zijn onder meer printen op basis van vatpolymerisatie, printen op basis van poeder, printen op basis van inkjet en printen op basis van extrusie¹¹. Bij op vatpolymerisatie gebaseerd printen wordt een specifieke golflengte van licht bestraald op een vat lichtuithardende hars, dat de hars lokaal laag voor laag uithardt. Het heeft de voordelen van materiaalbesparing en snel printen. Afdrukken op basis van poeder is afhankelijk van gelokaliseerde verwarming om het poedermateriaal te fuseren voor een dichtere structuur, maar het leidt ook tot een aanzienlijke toename van de afdruktijd en -kosten en wordt momenteel beperkt gebruikt¹². Afdrukken op basis van inkjet maakt gebruik van een nauwkeurige spuit van druppels op het substraat in een laag-voor-laag proces. Deze technologie is het meest volwassen en heeft de voordelen van een hoge materiaalcompatibiliteit, beheersbare kosten en een snelle afdruktijd¹³. Afdrukken op basis van extrusie extrudeert materialen zoals oplossingen en suspensies door spuitmonden. Deze techniek maakt gebruik van cellen en heeft daarom de hoogste mogelijkheden om zacht weefsel na te bootsen. Vanwege de hogere kosten en bio-affiniteit wordt het voornamelijk gebruikt op het gebied van tissue engineering en minder vaak in chirurgische orgaanmodellen¹⁴.

Als gevolg hiervan kozen we voor de “White Jet Process” printtechnologie, gebaseerd op de complexiteit van de schildklier en de omliggende structuren en het chirurgische schema. Deze technologie combineert de voordelen van afdrukken op basis van vatpolymerisatie en afdrukken op basis van inkjet, en biedt hoge precisie, snel afdrukken en lage kosten, waardoor het geschikt is voor schildklierchirurgie. Het doel van dit protocol is om een 3D-geprint schildklierkankermodel te maken, de prognose van patiënten te verbeteren door voldoende informatie te geven over de anatomische structuur en variatie van patiënten, en artsen en patiënten beter te informeren over alle aandoeningen die verband houden met het chirurgische proces.

Protocol

Deze studie had geen toestemming nodig om uit te voeren of enige vorm van toestemming van de patiënten om hun gegevens te gebruiken en te publiceren, omdat alle gegevens en informatie in deze studie en video geanonimiseerd waren. 1. Verzameling van beeldgegevens Scan de schildklier van de patiënt door verbeterde computertomografie (CT) om de beeldgegevens in DICOM-formaat te verkrijgen. Zorg ervoor dat dit proces binnen 1 week voor de operatie wordt uitgevoerd en c…

Representative Results

Dit artikel presenteert een protocol voor de constructie van gepersonaliseerde 3D-geprinte modellen van de schildklieren van patiënten. Figuur 1 toont een stroomschema voor het opstellen van een gepersonaliseerd 3D-geprint model voor schildklieren van patiënten. Figuur 2 toont het gepersonaliseerde 3D-geprinte modelprintapparaat voor schildklieren van patiënten. Figuur 3 toont de software-interface voor het opzetten van een geper…

Discussion

Echografie kan de enige preoperatieve beeldvormingsprocedure zijn voor de meeste patiënten die een schildklieroperatie ondergaan¹⁵. Een paar goed gedifferentieerde gevallen kunnen echter lijden aan gevorderde ziekten, die de omliggende weefsels of organen binnendringen en de operatie belemmeren¹⁶. Dit model kan meer geschikt zijn voor patiënten met vergevorderde schildklierkanker. Wanneer de ziekte vordert, is extra CT-scans nuttig voor verdere diagnose. Dit model is geba…

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