在新生儿患者模拟器中使用的解剖现实新生儿心脏模型
Summary
该协议描述了利用磁共振成像、3d 打印和注塑成型相结合的方法创建功能性人工新生儿心脏模型的过程。这些模型的目的是集成到下一代新生儿患者模拟器中, 并作为生理和解剖研究的工具。
Abstract
新生儿患者模拟器 (nps) 是在医学模拟训练中使用的人工病人代孕器。新生物学家和护理人员进行临床干预, 如胸部按压, 以确保患者的生存, 在心动过缓或心脏骤停的情况下。目前使用的模拟器物理保真度较低, 因此无法提供对胸部按压过程的定性洞察。在未来的模拟器中嵌入一个解剖逼真的心脏模型, 可以检测胸部按压过程中产生的心脏输出量;这可以为临床医生提供一个输出参数, 从而加深对压缩对所产生的血流量的影响的理解。在实现这种监测之前, 必须建立一个解剖现实的心脏模型, 其中包括: 两个心房、两个心室、四个心脏瓣膜、肺静脉和动脉, 以及全身静脉和动脉。该协议描述了通过使用磁共振成像 (mri)、3d 打印和冷注射成型形式的铸造相结合来创建这种功能的人工新生儿心脏模型的过程。在注塑成型过程中, 采用灵活的三维印刷内模方法, 可以获得一种解剖逼真的心脏模型。
Introduction
每年有数百万新生儿被新生儿重症监护室 (nicu) 收治。在国家天主教儿童联盟, 大多数紧急情况与气道、呼吸和血液循环方面的问题有关 (abc), 需要胸部按压等干预措施。nps 为实施此类干预措施提供了宝贵的教学和培训工具。对于一些 nps, 嵌入式传感器可以检测性能是否符合建议的胸部按压深度和速度的临床指南1 。遵守准则可用于计算和量化绩效, 在这方面, 这种最先进的 nps 状态可被视为评估绩效的有形和白盒指标。
遵守建议的指南旨在改善患者的生理状况。例如, 胸部按压的目的是在循环系统中产生足够的血液流动。目前的高保真 nps (例如, 普雷米安妮 (莱尔达尔, 挪威的斯塔万格) 和保罗 (sim随时随地, 维也纳, 奥地利)), 不包含任何传感器来测量生理参数, 如训练期间的血液流动, 因为他们缺乏一个完整的心脏生成此生理参数。因此, 目前 nps 中胸部按压的有效性不能在生理水平上进行评估。为了使 nps 能够对胸部按压进行生理评估, 必须将解剖现实的人工心脏纳入 nps。此外, 研究2表明, 物理解剖保真度的提高可能会导致 nps 的功能保真度的提高。整合一个物理高保真器官系统既有利于训练的功能保真, 也有利于生理性能评估。
通过3d 打印可以显著提高 nps 的保真度。在医学上, 3d 成像和打印主要用于手术制备和创建植入物3,4,5。例如, 在外科模拟领域, 产生器官是为了训练外科医生进行外科手术.3d 打印的可能性尚未在 nps 中得到广泛应用。3d 成像和3d 打印的结合为 nps 提供了达到更高的物理保真度的可能性。由于用于3d 打印的技术和材料范围不断扩大, 心脏等复杂、灵活的新生儿器官的复制成为可能.
本文详细介绍了一种利用 mri、3d 打印和冷注射成型相结合的方法来创建功能性人工新生儿心脏的协议。本文的心脏模型包括两个心房, 两个心室, 四个功能瓣膜, 肺和全身动脉和静脉都产生的一个有机硅铸件。心脏模型可以充满液体, 配备传感器, 并用作输出参数发生器 (即胸部按压时的血压或心脏输出量, 以及阀门功能)。
Protocol
Representative Results
Discussion
对于本研究中开发的模型, 我们确定需要在3分钟内进行注塑成型, 以防止空气进入铸件 (图 5,图 6)。为确保有机硅到达阀门的狭窄空间, 模具中阀门区域的 “预铸” 或 “涂层” 至关重要。由于塑造心脏腔的内部模具必须通过5毫米开口退出最终的硅胶铸件, 因此需要为模具进行多材料3d 打印, 以创建单个铸造心脏模型 (图 4)。我们多次降?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究是在荷兰的 imuls 橄榄年的框架内进行的。提交人要感谢 radboud umcn 解剖和病理博物馆和 máxima 医疗中心 veldhoven 提供了用于这项工作的新生儿核磁共振扫描。作者还要感谢贾斯珀·斯特尔克、桑娜·范·林登、弗雷德里克·德容、普莱恩·阿尔克布内和工业设计学院的 d. 查寻实验室为这项研究的发展做出了重大贡献。最后, 作者要感谢罗汉·乔希对手稿的证明阅读。
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
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