نموذج القلب الولدان تشريحيا واقعية لاستخدامها في أجهزة محاكاة المرضى حديثي الولادة
Summary
ويصف هذا البروتوكول إجراء لإنشاء نماذج وظيفية القلب الاصطناعي الأطفال حديثي الولادة عن طريق استخدام مزيج من التصوير بالرنين المغناطيسي، الطباعة ثلاثية الأبعاد، وحقن صب. والهدف من هذه النماذج الاندماج في الجيل التالي لمحاكاة المرضى حديثي الولادة وأداة للدراسات الفسيولوجية والتشريحية.
Abstract
أجهزة محاكاة المرضى حديثي الولادة (NPS) هي الأمهات البديلات المريض الاصطناعية المستخدمة في سياق تدريب المحاكاة الطبية. الأخصائيين وموظفي التمريض ممارسة التدخلات السريرية مثل الضغط على الصدر لضمان بقاء المريض في حالة بطء القلب أو السكتة القلبية. المحاكاة المستخدمة حاليا هي منخفضة الدقة الفعلية وذلك لا يمكن توفير نوعية ثاقبة الداخلي للضغط على الصدر. تضمين نموذج القلب تشريحيا واقعية في المستقبل المحاكاة يتيح الكشف عن القلب الإخراج التي تم إنشاؤها أثناء الضغط على الصدر؛ وهذا يمكن أن توفر الأطباء مع معلمة إخراج، والذي يمكن تعميق الفهم بتأثير الضغط فيما يتعلق بمقدار تدفق الدم التي تم إنشاؤها. قبل أن يمكن أن يتحقق هذا الرصد، يجب إنشاء نموذج قلب تشريحيا واقعية تتضمن: هما الاذينين والبطينين اثنين، صمامات القلب الأربعة، الأوردة الرئوية والشرايين، والاوردة الجهازية والشرايين. هذا البروتوكول وصف الإجراء لإنشاء نموذج وظيفي قلب اصطناعي الأطفال حديثي الولادة عن طريق استخدام مزيج من التصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي)، 3D الطباعة، وصب في شكل الباردة حقن صب. باستخدام هذا الأسلوب مع مرونة قوالب داخلية المطبوعة 3D في حقن صب العملية، ويمكن الحصول على نموذج قلب تشريحيا واقعيا.
Introduction
ويتم قبول كل عام الملايين من حديثي الولادة لوحدات الرعاية المركزة الولدان (NICU). في نيكوس، معظم حالات الطوارئ تتعلق بمشاكل مجرى الهواء والتنفس والدورة الدموية (ABC) وتتطلب تدخلات من قبيل الضغط على الصدر. توفر مصادر القدرة النووية قيمة التدريس والتدريب أداة لممارسة مثل هذه التدخلات. أجهزة الاستشعار المضمنة لبعض مصادر القدرة النووية، يمكن الكشف عن ما إذا كان أداء يفي بالمبادئ التوجيهية السريرية الموصى بها1 لعمق وسرعة الضغط على الصدر. يمكن استخدامها التقيد بالمبادئ التوجيهية لحساب وقياس الأداء، وفي هذا الصدد، يمكن اعتبار هذه الدولة من الفن NPS متري مربع أبيض وغير الملموسة لتقييم الأداء.
التقيد بالمبادئ التوجيهية الموصى بها يهدف إلى تحسين فسيولوجيا المريض. على سبيل المثال، يتم تسليم الضغط على الصدر بهدف توليد تدفق الدم كافية في الدورة الدموية. الدقة العالية الحالية لأمان (مثلاً، بريمان (لايردال، ستافنجر، النرويج) وبول (سيمتشاراكتيرس، فيينا، النمسا))، لا تحتوي على أية أجهزة استشعار لقياس البارامترات الفيزيولوجية مثل تدفق الدم أثناء التدريب كما أنها تفتقر قلب متكامل تولد هذه المعلمة الفسيولوجية. ولذلك يمكن عدم تقييم فعالية الضغط الصدر في NPS الحالية على مستوى فسيولوجية. وقد قلب صناعي تشريحيا واقعيا لمصادر القدرة النووية التمكن من تقييم الفسيولوجية للضغط على الصدر، ستدمج في مصادر القدرة النووية. وعلاوة على ذلك، يبين البحث2 أن زيادة الدقة التشريحية الجسدية قد يؤدي إلى زيادة في الدقة الفنية من مصادر القدرة النووية. دمج نظام جهاز فعلياً عالية الدقة سيفيد كلا الدقة الفنية في التدريب والتمكين من تقييم الأداء الفسيولوجية.
يمكن تحقيق زيادة كبيرة في الإخلاص لمصادر الطاقة النووية من خلال 3D الطباعة. في الطب، 3D التصوير والطباعة تستخدم في الغالب لإعداد العمليات الجراحية وإنشاء يزرع3،،من45. على سبيل المثال، في مجال المحاكاة الجراحية، يتم إنتاج أجهزة لتدريب الجراحين على إجراء العمليات الجراحية6. إمكانيات الطباعة 3D ليست بعد على نطاق واسع طبقت في مصادر القدرة النووية. المزيج من تصوير 3D و 3D الطباعة فتح إمكانية لمصادر القدرة النووية للوصول إلى مستوى أعلى من الدقة المادية. النسخ المتماثل لأجهزة متطورة، ومرنة، والأطفال حديثي الولادة مثل القلب يصبح ممكناً بفضل المجموعة من أي وقت مضى توسيع التقنيات والمواد المستخدمة ل الطباعة 3D7.
في هذه الورقة، ونحن بالتفصيل بروتوكول لإنشاء قلب الولدان الوظيفية، الاصطناعية تستخدم مزيجاً من التصوير بالرنين المغناطيسي، الطباعة ثلاثية الأبعاد، وصب حقن الباردة. ويشمل نموذج القلب في هذه الورقة هما الاذينين والبطينين اثنين وأربعة صمامات الوظيفية، والشرايين الرئوية والجهازية وجميع العروق المنتجة من سيليكون واحدة يلقي. يمكن مليئة بسائل نموذج القلب، مزودة بأجهزة استشعار، وتستخدم كمولد معلمة الإخراج (أي، ضغط الدم أو إخراج القلب أثناء الضغط على الصدر، ووظيفة صمام).
Protocol
Representative Results
Discussion
لنموذج تطوير في هذه الدراسة، وحددنا المطلوب حقن صب على مدى فترة 3-دقيقة لمنع الهواء يدخل المدلى بها (الشكل 5، الشكل 6). ضروري لضمان أن السيليكون تصل إلى المساحات الضيقة للصمامات، “ما قبل الصب” أو “طلاء” المناطق صمام في القالب. حيث العفن الداخلي تشكيل الدوائر قل?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم إجراء هذا البحث في إطار الولادة IMPULS الهولندية. الكتاب يود أن يشكر المتحف أومكن رادبود في علم التشريح وعلم الأمراض و “فلدهوفن المركز الطبي ماكسيما” لتوفير الرنين حديثي الولادة التي تستخدم لهذا العمل. أصحاب البلاغ كذلك يود أن يشكر ستيرك جاسبر، Sanne فإن دير ليندن، فريدريك دي جونغ، الكيمادي بليون، ومختبر D.search في كلية “التصميم الصناعي” على إسهاماتهم الهامة لتطوير هذا البحث. وأخيراً الكتاب يود أن يشكر جوشي روهان لدليل على قراءة المخطوطة.
Materials
| Ecoflex 5 | Smooth-on | Silicon casting material | |
| 400ml Static mixers | Smooth-on | Mixing tubes | |
| Manual dispensing gun | Smooth-on | Used for injection molding | |
| 5-56 PTFE spray | CRC | Release agent for the molds | |
| Sodium-hydroxide | N/A | This was purchased as caustic soda at the hardware store, in dry, 99% pure form. As it is widely available, there is no company specified | |
| VeroWhite | Stratasys | The hard material used in the print | |
| TangoBlackPlus | Stratasys | The rubber material used in the print | |
| Support Material | Stratasys | The standard support material used by stratasys | |
| Magill Forceps | GIMA | Infant size. This is for removing the inner molds | |
| Stratasys Connex 350 | Stratasys | If this machine is not owned, another option is to have the parts printed through a third party printing firm such as 3D-hubs to get the parts printed and shipped. | |
| Balco Powerblast (Water Jet) | Stratasys | ||
| Euro 8-24 Set P (Air Compressor) | iSC | 4007292 | |
| Syringe with blunt needle | N/A | A 20ml syringe with a 0.5mm diameter blunt needle. | |
| Mimics 17.0 software | Materialise | This software was used to segment the heart model from the MRI. There are sevaral free MRI imaging software tools available such as InVesalius, or Osirix, although they may prove to provide less functionality. | |
| Magics 9.0 software | Materialise | This was used to repair and smooth the .stl files generated by mimics. This smoothing can also be done in most other 3D modeling freeware. | |
| Solidworks | Software used for editting the heart model. Most other freeware CAD software can be used to perform this stage of processing. |
Riferimenti
- Wyllie, J., Bruinenberg, J., Roehr, C. C., Rüdiger, M., Trevisanuto, D., Urlesberger, B. European resuscitation council guidelines for resuscitation 2015. Resuscitation. 95, 249-263 (2015).
- Sawyer, T., Strandjord, T. P., Johnson, K., Low, D. Neonatal airway simulators, how good are they? A comparative study of physical and functional fidelity. J. Perinatol. 36 (2), 151-156 (2015).
- Yao, R., et al. Three-dimensional printing: review of application in medicine and hepatic surgery. Cancer Biol. Med. 13 (4), 443-451 (2016).
- Chua, C. K., et al. Rapid prototyping assisted surgery planning. Int. J. Adv. Manuf. Tech. 14 (9), 624-630 (1998).
- Gibson, I., et al. The use of rapid prototyping to assist medical applications. Rapid Prototyping J. 12 (1), 53-58 (2006).
- Cai, H. Application of 3D printing in orthopedics: status quo and opportunities in China. Ann. Transl. Med. 3 (Suppl 1), S12 (2015).
- Thielen, M. W. H., Delbressine, F. L. M. Rib cage recreation: towards realistic neonatal manikin construction using MRI scanning and 3D printing. FASE. , 41-44 (2016).
- Thielen, M., Joshi, R., Delbressine, F., Bambang Oetomo, S., Feijs, L. An innovative design for cardiopulmonary resuscitation manikins based on a human-like thorax and embedded flow sensors. JOEIM. 231 (3), 243-249 (2017).
- Cohrs, N. C., et al. A soft Total Artificial Heart – First Concept Evaluation on a Hybrid Mock Circulation. Artif. Organs. , (2017).
- Sparks, J. L., et al. Use of silicone materials to simulate tissue biomechanics as related to deep tissue injury. Adv. Skin Wound Care. 28 (2), 59-68 (2015).
- Van der Horst, A., Geven, M. C., Rutten, M. C., Pijls, N. H., Nvan de Vosse, F. Thermal anemometric assessment of coronary flow reserve with a pressure-sensing guide wire: An in vitro evaluation. Med. Eng. Phys. 33 (6), 684-691 (2011).
- Miriyev, A., Stack, K., Lipson, H. Soft material for soft actuators. Nature comm. 8 (596), (2017).
