Персонализированная 3D-печатная модель для предоперационной оценки в хирургии щитовидной железы

Summary

Здесь предложен новый метод создания персонализированной 3D-печатной модели для предоперационной оценки хирургии щитовидной железы. Это способствует предоперационному обсуждению, уменьшая сложность операции на щитовидной железе.

Abstract

Анатомическое строение хирургической области рака щитовидной железы сложное. Перед операцией очень важно всесторонне и тщательно оценить локализацию опухоли и ее связь с капсулой, трахеей, пищеводом, нервами и кровеносными сосудами. В данной статье представлен инновационный метод построения 3D-печатной модели на основе DICOM-изображений компьютерной томографии (КТ). Мы создали персонализированную 3D-печатную модель области хирургии щитовидной железы шейки матки для каждого пациента, нуждающегося в операции на щитовидной железе, чтобы помочь клиницистам оценить ключевые моменты и трудности операции и выбрать методы работы ключевых частей в качестве основы. Результаты показали, что данная модель благоприятствует предоперационному обсуждению и формулированию операционных стратегий. В частности, в результате четкого отображения возвратного гортанного нерва и паращитовидных желез в поле операции на щитовидной железе можно избежать их травмирования во время операции, снизить сложность операции на щитовидной железе, а также снизить частоту послеоперационного гипопаратиреоза и осложнений, связанных с рецидивирующим повреждением гортанного нерва. Кроме того, эта 3D-печатная модель интуитивно понятна и помогает пациентам подписывать информированное согласие перед операцией.

Introduction

Узлы щитовидной железы являются одним из наиболее распространенных эндокринных заболеваний, среди которых рак щитовидной железы составляет 14%-21%¹. Предпочтительным методом лечения рака щитовидной железы является хирургическое вмешательство. Однако, поскольку щитовидная железа расположена в передней шейной области, в зоне операции находятся важные ткани и органы, близкие к щитовидной железе, такие как паращитовидная железа, трахея, пищевод и шейные магистральные сосуды и нервы ^2,3, что делает операцию относительно сложной и рискованной. Наиболее частыми хирургическими осложнениями являются снижение функции паращитовидных желез, вызванное повреждением функции паращитовидных желез или неправильной резекцией, и охриплость голоса, вызванная рецидивирующим повреждением гортанного нерва⁴. Уменьшение вышеупомянутых хирургических осложнений всегда было целью хирургов. Наиболее распространенным методом визуализации перед операцией на щитовидной железе является ультразвуковая визуализация, хотя ее отображение паращитовидной железы и нерва очень ограничено⁵. Кроме того, изменение положения паращитовидной железы и возвратного гортанного нерва в области хирургии щитовидной железы очень велико, что затрудняет идентификацию ^6,7. Если анатомическое положение каждого пациента может быть четко отображено хирургу через модель в режиме реального времени во время операции, это снизит операционный риск операции на щитовидной железе, снизит частоту осложнений и повысит эффективность хирургии щитовидной железы.

Кроме того, также сложно подробно объяснить пациентам хирургический процесс перед операцией. Некоторым неопытным хирургам трудно объяснить и донести до пациентов точные детали операции, особенно из-за сложности щитовидной железы и окружающих ее структур. Каждый пациент имеет свое уникальное анатомическое строение и индивидуальные потребности⁸. Таким образом, персонализированная 3D-модель щитовидной железы, основанная на реальной анатомии пациента, может эффективно помочь пациентам и клиницистам. В настоящее время большинство продуктов, представленных на рынке, выпускаются серийно на основе плоских схем. Используя технологию 3D-печати для создания модели для конкретного пациента, которая отражает индивидуальные медицинские потребности каждого пациента, эта модель может быть использована для оценки фактического состояния пациентов с раком щитовидной железы и помощи хирургам в улучшении информации о характере заболевания с пациентами.

3D-печать (или аддитивное производство) — это трехмерная конструкция, построенная на основе модели автоматизированного проектирования или цифровой 3D-модели⁹. Он использовался во многих медицинских приложениях, таких как медицинские устройства, анатомические модели и лекарственные препараты¹⁰. По сравнению с традиционными изображениями модель для 3D-печати более заметна и разборчива. Поэтому 3D-печать все чаще используется в современных хирургических процедурах. Обычно используемые технологии 3D-печати включают печать на основе полимеризации в ванне, порошковую печать, струйную печать и экструзионную печать¹¹. При печати на основе полимеризации в чане определенная длина волны света излучается на цилиндр светоотверждаемой смолы, который локально отверждает смолу по одному слою за раз. Он имеет преимущества экономии материала и быстрой печати. Порошковая печать основана на локальном нагреве для сплавления порошкового материала для получения более плотной структуры, но она также приводит к значительному увеличению времени и стоимости печати и в настоящее время используется ограниченно12. Струйная печать использует точное распыление капель на подложку в послойном процессе. Эта технология является наиболее зрелой и обладает такими преимуществами, как высокая совместимость материалов, контролируемая стоимость и быстрое время печати¹³. Экструзионная печать выдавливает такие материалы, как растворы и суспензии, через сопла. Этот метод использует клетки и, следовательно, обладает самыми высокими возможностями имитации мягких тканей. Из-за более высокой стоимости и биоаффинности он в основном используется в области тканевой инженерии и реже в моделях хирургических органов¹⁴.

В результате мы выбрали технологию печати «White Jet Process», исходя из сложности щитовидной железы и окружающих ее структур и графика хирургического вмешательства. Эта технология сочетает в себе преимущества печати на основе полимеризации в чане и струйной печати и обеспечивает высокую точность, быструю печать и низкую стоимость, что делает ее подходящей для хирургии щитовидной железы. Целью этого протокола является создание 3D-печатной модели рака щитовидной железы, улучшение прогноза пациентов, предоставление достаточной информации об анатомическом строении и вариациях пациентов, а также лучшее информирование врачей и пациентов обо всех состояниях, связанных с хирургическим процессом.

Protocol

Это исследование не требовало одобрения или какого-либо согласия пациентов на использование и публикацию их данных, потому что все данные и информация в этом исследовании и видео были анонимными. 1. Сбор данных изображения Сканирование щитовидной железы п?…

Representative Results

В данной работе представлен протокол построения персонализированных 3D-печатных моделей щитовидной железы пациентов. На рисунке 1 показана блок-схема для создания персонализированной 3D-печатной модели щитовидной железы пациентов. На рисунке 2 показано …

Discussion

УЗИ может быть единственной процедурой предоперационной визуализации для большинства пациентов, перенесших операцию на щитовидной железе¹⁵. Тем не менее, несколько хорошо дифференцированных случаев могут страдать от прогрессирующих заболеваний, которые проникают в окру…

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