En personlig 3D-printet modell for preoperativ evaluering i skjoldbruskkjertelkirurgi

Summary

Her foreslås en ny metode for å etablere en personlig 3D-printet modell for preoperativ evaluering av skjoldbruskkjertelkirurgi. Det bidrar til preoperativ diskusjon, og reduserer vanskeligheten med skjoldbruskkirurgi.

Abstract

Den anatomiske strukturen til det kirurgiske området av skjoldbruskkjertelkreft er kompleks. Det er svært viktig å grundig og nøye evaluere tumorplasseringen og dens forhold til kapsel, luftrør, spiserør, nerver og blodkar før operasjonen. Dette papiret introduserer en innovativ 3D-printet modelletableringsmetode basert på datastyrt tomografi (CT) DICOM-bilder. Vi etablerte en personlig 3D-printet modell av livmorhalskreftkirurgifeltet for hver pasient som trengte skjoldbruskkirurgi for å hjelpe klinikere med å evaluere nøkkelpunktene og vanskelighetene ved operasjonen og velge operasjonsmetoder for nøkkeldeler som grunnlag. Resultatene viste at denne modellen bidrar til preoperativ diskusjon og utforming av operasjonsstrategier. Spesielt, som et resultat av den klare visningen av de tilbakevendende larynxnerve- og parathyroidkjertelplasseringene i skjoldbruskoperasjonsfeltet, kan skade på dem unngås under operasjonen, vanskeligheten med skjoldbruskkjertelkirurgi reduseres, og forekomsten av postoperativ hypoparathyroidisme og komplikasjoner relatert til tilbakevendende larynxnerveskade reduseres også. Videre er denne 3D-printede modellen intuitiv og hjelper kommunikasjon for signering av informert samtykke fra pasienter før kirurgi.

Introduction

Skjoldbruskknuter er en av de vanligste endokrine sykdommene, blant annet skjoldbruskkjertelkreft står for 14% -21%¹. Den foretrukne behandlingen for skjoldbruskkjertelkreft er kirurgi. Men fordi skjoldbruskkjertelen ligger i det fremre livmorhalsområdet, er det viktige vev og organer nær skjoldbruskkjertelen i operasjonsområdet, for eksempel biskjoldbruskkjertelen, luftrøret, spiserøret og livmorhalsens store kar og nerver^2,3, noe som gjør operasjonen relativt vanskelig og risikabelt. De vanligste kirurgiske komplikasjonene er nedsatt paratyreoideafunksjon forårsaket av skade på paratyreoideafunksjon eller feilreseksjon og heshet forårsaket av residiverende larynxnerveskade⁴. Reduksjon av ovennevnte kirurgiske komplikasjoner har alltid vært et mål for kirurger. Den vanligste avbildningsmetoden før skjoldbruskkjertelkirurgi er ultralydavbildning, selv om visningen av biskjoldbruskkjertelen og nerven er svært begrenset⁵. I tillegg er variasjonen i posisjonen til biskjoldbruskkjertelen og den tilbakevendende larynxnerven i skjoldbruskkjerteloperasjonsområdet svært høy, noe som hindrer identifikasjon ^6,7. Hvis den anatomiske posisjonen til hver pasient kan vises tydelig til kirurgen gjennom modellen i sanntid under operasjonen, vil det redusere operasjonell risiko for skjoldbruskkirurgi, redusere forekomsten av komplikasjoner og forbedre effektiviteten av skjoldbruskkirurgi.

I tillegg er det også utfordrende å grundig forklare den kirurgiske prosessen til pasienter før kirurgi. Noen uerfarne kirurger finner det vanskelig å forklare og formidle de nøyaktige detaljene i operasjonen til pasienter, særlig på grunn av kompleksiteten i skjoldbruskkjertelen og dens omkringliggende strukturer. Hver pasient har sin egen unike anatomiske struktur og personlige behov⁸. Derfor kan en personlig 3D-skjoldbruskmodell basert på pasientens virkelige anatomi effektivt hjelpe pasienter og klinikere. For tiden er flertallet av produktene på markedet masseprodusert basert på plandiagrammer. Ved å bruke 3D-utskriftsteknologi for å produsere en pasientspesifikk modell som gjenspeiler hver pasients individuelle medisinske behov, kan denne modellen brukes til å evaluere den faktiske tilstanden til pasienter med skjoldbruskkjertelkreft og hjelpe kirurger bedre å kommunisere sykdommens natur med pasienter.

3D-utskrift (eller additiv produksjon) er en tredimensjonal konstruksjon bygget fra en dataassistert designmodell eller digital 3D-modell⁹. Det har blitt brukt i mange medisinske applikasjoner, for eksempel medisinsk utstyr, anatomiske modeller og legemiddelformulering¹⁰. Sammenlignet med tradisjonell bildebehandling er en 3D-utskriftsmodell mer synlig og mer leselig. Derfor blir 3D-utskrift i økende grad brukt i moderne kirurgiske prosedyrer. Vanlige 3D-printede teknologier inkluderer momspolymeriseringsbasert utskrift, pulverbasert utskrift, blekkskriverbasert utskrift og ekstruderingsbasert utskrift¹¹. I karpolymerisasjonsbasert utskrift bestråles en spesifikk bølgelengde av lys på en tønne lysherdende harpiks, som lokalt herder harpiksen ett lag om gangen. Det har fordelene med materiallagring og rask utskrift. Pulverbasert utskrift er avhengig av lokalisert oppvarming for å smelte sammen pulvermaterialet for en tettere struktur, men det fører også til en betydelig økning i utskriftstid og -kostnader, og er for tiden i begrenset bruk¹². Blekkskriverbasert utskrift bruker en presis sprøyting av dråper på underlaget i en lag-for-lag-prosess. Denne teknologien er den mest modne og har fordelene med høy materialkompatibilitet, kontrollerbare kostnader og rask utskriftstid¹³. Ekstruderingsbasert trykk ekstruderer materialer som løsninger og suspensjoner gjennom dyser. Denne teknikken bruker celler og har derfor de høyeste bløtvevslignende evnene. På grunn av høyere kostnader og bioaffinitet brukes den hovedsakelig innen vevsteknikk og sjeldnere i kirurgiske organmodeller¹⁴.

Som et resultat valgte vi utskriftsteknologien “White Jet Process”, basert på kompleksiteten til skjoldbruskkjertelen og dens omkringliggende strukturer og den kirurgiske tidsplanen. Denne teknologien kombinerer fordelene med momspolymerisasjonsbasert utskrift og blekkskriverbasert utskrift, og tilbyr høy presisjon, rask utskrift og lave kostnader, noe som gjør den til en god passform for skjoldbruskkirurgi. Målet med denne protokollen er å lage en 3D-printet skjoldbruskkjertelkreftmodell, forbedre prognosen til pasienter ved å gi tilstrekkelig informasjon om pasientens anatomiske struktur og variasjon, og bedre informere leger og pasienter om alle forholdene knyttet til den kirurgiske prosessen.

Protocol

Denne studien trengte ikke godkjenning for å utføre eller noen form for samtykke fra pasientene for å bruke og publisere sine data, fordi alle data og informasjon i denne studien og videoen var anonymisert. 1. Innsamling av bildedata Skann pasientens skjoldbruskkjertel ved forbedret datastyrt tomografi (CT) for å få bildedataene i DICOM-format. Sørg for at denne prosessen er ferdig innen 1 uke før operasjonen og kontroller skivetykkelsen slik at den er ≤1 mm…

Representative Results

Dette papiret presenterer en protokoll for konstruksjon av personlige 3D-printede modeller av pasientens skjoldbruskkjertel. Figur 1 viser et flytskjema for å etablere en personlig 3D-printet modell for skjoldbruskkjertelen til pasienter. Figur 2 viser den personlige 3D-printede modellutskriftsenheten for skjoldbruskkjertelen til pasienter. Figur 3 viser programvaregrensesnittet for etablering av en persontilpasset 3D-printet model…

Discussion

Ultralyd kan være den eneste preoperative bildebehandlingsprosedyren for de fleste pasienter som gjennomgår skjoldbruskkjertelkirurgi¹⁵. Imidlertid kan noen få godt differensierte tilfeller lide av avanserte sykdommer, som invaderer det omkringliggende vevet eller organene og hindrer operasjonen¹⁶. Denne modellen kan være mer egnet for pasienter med langt avansert skjoldbruskkjertelkreft. Når sykdommen utvikler seg, er ytterligere CT-skanning nyttig for videre 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