En personlig 3D-printad modell för preoperativ utvärdering vid sköldkörtelkirurgi

Summary

Här föreslås en ny metod för att etablera en personlig 3D-printad modell för preoperativ utvärdering av sköldkörtelkirurgi. Det bidrar till preoperativ diskussion, vilket minskar svårigheten med sköldkörtelkirurgi.

Abstract

Den anatomiska strukturen hos det kirurgiska området sköldkörtelcancer är komplex. Det är mycket viktigt att noggrant och noggrant utvärdera tumörplatsen och dess förhållande till kapseln, luftstrupen, matstrupen, nerverna och blodkärlen före operationen. Detta dokument introducerar en innovativ 3D-tryckt modelletableringsmetod baserad på datortomografi (CT) DICOM-bilder. Vi etablerade en personlig 3D-tryckt modell av cervikal sköldkörtelkirurgi för varje patient som behövde sköldkörtelkirurgi för att hjälpa kliniker att utvärdera de viktigaste punkterna och svårigheterna med operationen och välja operationsmetoder för viktiga delar som grund. Resultaten visade att denna modell bidrar till preoperativ diskussion och formulering av operationsstrategier. I synnerhet, som ett resultat av den tydliga visningen av de återkommande larynxnerven och bisköldkörtlarna i sköldkörteloperationsfältet, kan skada på dem undvikas under operationen, svårigheten med sköldkörtelkirurgi minskas och förekomsten av postoperativ hypoparatyreoidism och komplikationer relaterade till återkommande larynxnervskada minskade också. Dessutom är denna 3D-utskrivna modell intuitiv och underlättar kommunikationen för undertecknande av informerat samtycke från patienter före operation.

Introduction

Sköldkörtelnoduler är en av de vanligaste endokrina sjukdomarna, bland vilka sköldkörtelcancer står för 14% -21% ¹. Den föredragna behandlingen för sköldkörtelcancer är kirurgi. Men eftersom sköldkörteln ligger i det främre cervikala området finns det viktiga vävnader och organ nära sköldkörteln i operationsområdet, såsom bisköldkörteln, luftstrupen, matstrupen och livmoderhalsens stora kärl och nerver^2,3, vilket gör operationen relativt svår och riskabel. De vanligaste kirurgiska komplikationerna är en minskning av parathyroidfunktionen orsakad av parathyroidfunktionsskada eller felresektion och heshet orsakad av återkommande larynxnervskada⁴. Minskningen av ovan nämnda kirurgiska komplikationer har alltid varit ett mål för kirurger. Den vanligaste avbildningsmetoden före sköldkörtelkirurgi är ultraljudsavbildning, även om dess visning av bisköldkörteln och nerven är mycket begränsad⁵. Dessutom är variationen i bisköldkörtelns position och den återkommande larynxnerven i sköldkörtelkirurgiområdet mycket hög, vilket hindrar identifiering ^6,7. Om varje patients anatomiska position tydligt kan visas för kirurgen genom modellen i realtid under operationen, kommer det att minska den operativa risken för sköldkörtelkirurgi, minska förekomsten av komplikationer och förbättra effektiviteten av sköldkörtelkirurgi.

Dessutom är det också utmanande att grundligt förklara den kirurgiska processen för patienter före operationen. Vissa oerfarna kirurger har svårt att förklara och förmedla de exakta detaljerna i operationen till patienter, särskilt på grund av sköldkörtelns komplexitet och dess omgivande strukturer. Varje patient har sin egen unika anatomiska struktur och personliga behov⁸. Därför kan en personlig 3D-sköldkörtelmodell baserad på patientens verkliga anatomi effektivt hjälpa patienter och kliniker. För närvarande är majoriteten av produkterna på marknaden massproducerade baserat på plandiagram. Genom att använda 3D-utskriftsteknik för att producera en patientspecifik modell som speglar varje patients individuella medicinska behov kan denna modell användas för att utvärdera det faktiska tillståndet hos patienter med sköldkörtelcancer och hjälpa kirurger att bättre kommunicera sjukdomens natur med patienter.

3D-utskrift (eller additiv tillverkning) är en tredimensionell konstruktion byggd av en datorstödd designmodell eller digital 3D-modell⁹. Det har använts i många medicinska tillämpningar, såsom medicintekniska produkter, anatomiska modeller och läkemedelsformulering¹⁰. Jämfört med traditionell avbildning är en 3D-utskriftsmodell mer synlig och mer läsbar. Därför används 3D-utskrift alltmer i moderna kirurgiska ingrepp. Vanliga 3D-tryckta tekniker inkluderar momspolymerisationsbaserad utskrift, pulverbaserad utskrift, bläckstrålebaserad utskrift och extruderingsbaserad utskrift¹¹. Vid karpolymerisationsbaserad utskrift bestrålas en specifik våglängd av ljus på ett fat ljushärdande harts, som lokalt härdar hartset ett lager i taget. Det har fördelarna med materialbesparing och snabb utskrift. Pulverbaserad utskrift är beroende av lokal uppvärmning för att smälta pulvermaterialet för en tätare struktur, men det leder också till en betydande ökning av utskriftstid och kostnad och används för närvarande i begränsad användning¹². Bläckstrålebaserad utskrift använder en exakt sprutning av droppar på substratet i en lager-för-lager-process. Denna teknik är den mest mogna och har fördelarna med hög materialkompatibilitet, kontrollerbar kostnad och snabb utskriftstid¹³. Extruderingsbaserad utskrift extruderar material som lösningar och suspensioner genom munstycken. Denna teknik använder celler och har därför den högsta mjukvävnadsliknande förmågan. På grund av den högre kostnaden och bioaffiniteten används den främst inom vävnadsteknik och mindre ofta i kirurgiska organmodeller¹⁴.

Som ett resultat valde vi trycktekniken “White Jet Process”, baserat på sköldkörtelns komplexitet och dess omgivande strukturer och det kirurgiska schemat. Denna teknik kombinerar fördelarna med momspolymerisationsbaserad utskrift och bläckstrålebaserad utskrift och erbjuder hög precision, snabb utskrift och låg kostnad, vilket gör den till en bra passform för sköldkörtelkirurgi. Syftet med detta protokoll är att göra en 3D-tryckt sköldkörtelcancermodell, förbättra patienternas prognos genom att ge tillräcklig information om patienternas anatomiska struktur och variation och bättre informera läkare och patienter om alla tillstånd relaterade till den kirurgiska processen.

Protocol

Denna studie behövde inte godkännande för att utföra eller någon form av samtycke från patienterna för att använda och publicera sina data, eftersom all data och information i denna studie och video anonymiserades. 1. Insamling av bilddata Skanna patientens sköldkörtel med förbättrad datortomografi (CT) för att få bilddata i DICOM-format. Se till att denna process görs inom 1 vecka före operationen och kontrollera skivans tjocklek så att den är ≤1…

Representative Results

Detta dokument presenterar ett protokoll för konstruktion av personliga 3D-tryckta modeller av patienternas sköldkörtel. Figur 1 visar ett flödesschema för att upprätta en personlig 3D-tryckt modell för sköldkörteln hos patienter. Figur 2 visar den personliga 3D-utskrivna modellutskriftsenheten för sköldkörteln hos patienter. Figur 3 visar mjukvarugränssnittet för upprättandet av en personlig 3D-tryckt modell för sk?…

Discussion

Ultraljud kan vara det enda preoperativa bildförfarandet för de flesta patienter som genomgår sköldkörtelkirurgi¹⁵. Några väl differentierade fall kan dock drabbas av avancerade sjukdomar, som invaderar omgivande vävnader eller organ och hindrar operationen¹⁶. Denna modell kan vara mer lämplig för patienter med långt avancerad sköldkörtelcancer. När sjukdomen fortskrider är ytterligare CT-skanning till hjälp för ytterligare diagnos. Denna modell är baserad…

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