Anatomisch realistischen neonatale Herzmodell für den Einsatz bei Neugeborenen Patienten Simulatoren

Summary

Dieses Protokoll beschreibt ein Verfahren zum Erstellen von funktionalen neonatale Kunstherz Modellen durch die Verwendung einer Kombination von Magnet-Resonanz-Tomographie, 3D-Druck und Spritzguss. Der Zweck dieser Modelle ist für die Integration in die nächste Generation von Neugeborenen Patienten Simulatoren und als Werkzeug für physiologische und anatomische Studien.

Abstract

Neugeborene Patienten Simulatoren (NPS) sind künstliche Patienten Surrogate, die im Zusammenhang mit der medizinischen Simulationstraining verwendet. Neonatologen und Pflegepersonal Praxis klinische Interventionen wie Herzdruckmassage Überlebensvorteil bei Bradykardie oder Herzstillstand sicherzustellen. Die aktuell eingesetzten Simulatoren sind der geringe körperliche Treue und können daher qualitativen Einblick in das Verfahren der Herzdruckmassage bereitstellen. Die Einbettung von einem anatomisch realistischen Herzmodell künftig Simulatoren ermöglicht die Erkennung von Herzzeitvolumen während der Herzdruckmassage generiert; Dies bieten Kliniker ein Output-Parameter, die das Verständnis der Wirkung von Kompressionen in Bezug auf die Höhe des Blutflusses generiert vertiefen können. Bevor diese Überwachung erreicht werden kann, eine anatomisch realistischen Herzmodell muss erstellt werden, enthalten: zwei Atrien, zwei Herzkammern, vier Herzklappen, Lungenvenen und Arterien, und systemische Venen und Arterien. Dieses Protokoll beschreibt das Verfahren zum Erstellen von solchen funktionalen neonatale Kunstherz Modells durch die Verwendung einer Kombination von Magnetresonanz-Bildgebung (MRI), 3D Drucken und gießen in Form von kalten Spritzguss. Mit dieser Methode mit flexible 3D gedruckte innere Formen in der Spritzguss-Prozess ist ein anatomisch realistischen Herzmodell erhältlich.

Introduction

Jedes Jahr werden Millionen von Neugeborenen sind neonatale Intensivstation (Neonatologie) zugelassen. In Frühgeborenenstationen die meisten Notfälle betreffen Probleme in die Atemwege, Atmung und Kreislauf (ABC) und erfordern Eingriffe wie Herzdruckmassage. NPS bieten eine wertvolle Lehre und Training-Tool um solche Eingriffe zu üben. Für einige NPS können eingebettete Sensoren erkennen, ob Performance trifft auf die empfohlenen klinischen Richtlinien¹ für Tiefe und Geschwindigkeit der Herzdruckmassage. Die Einhaltung der Richtlinien zu berechnen und zu quantifizieren Leistung verwendet werden, und in diesem Zusammenhang solche modernster NPS als eine greifbare und white-Box-Metrik zur Bewertung der Leistung angesehen werden kann.

Einhaltung der empfohlenen Richtlinien zielt Patienten Physiologie. Beispielsweise werden die Herzdruckmassage mit dem Ziel der Erzeugung von ausreichenden Blutfluss im Herz-Kreislauf-System geliefert. Aktuelle High Fidelity NPS (z. B.PremieAnne (Laerdal, Stavanger, Norwegen) und Paul (SIMCharacters, Wien, Österreich)), enthalten keine Sensoren, physiologische Parameter wie Blutfluss während des Trainings zu messen, da sie eine integrierte Herz fehlt Diese physiologische Parameter zu generieren. Wirksamkeit der Herzdruckmassage im aktuellen NPS kann daher nicht auf einer physiologischen Ebene bewertet werden. Für NPS physiologische Bewertung der Herzdruckmassage zu ermöglichen muss ein anatomisch realistischen Kunstherz in den NPS integriert werden. Darüber hinaus zeigt Forschung² , dass eine Erhöhung der körperlichen anatomischen Treue zu einem Anstieg der funktionalen Treue NPS führen kann. Profitieren sowohl die funktionelle Treue des Trainings und ermöglichen physiologische Leistungsbeurteilung würde ein physisch High-Fidelity-Organ-System zu integrieren.

Eine deutliche Erhöhung der Treue des NPS kann durch 3D-Druck erreicht werden. In der Medizin 3D-Bildgebung und Druck meist chirurgische Vorbereitung und Erstellung von Implantaten^3,4,5dienen. Beispielsweise sind im Bereich der chirurgischen Simulation Organe produziert, um Chirurgen zur Durchführung chirurgischer Verfahren⁶trainieren. Die Möglichkeiten des 3D-Drucks worden noch nicht ausgiebig in NPS angewendet. Die Kombination von 3D-Bildgebung und 3D-Druck eröffnet die Möglichkeit für NPS, ein höheres Maß an körperlichen Treue zu erreichen. Die Replikation von anspruchsvollen, flexibel, neonatale Organe wie das Herz wird aufgrund der immer breitere Palette von Techniken und Materialien für 3D Druck⁷möglich.

In diesem Beitrag zeigen wir ein Protokoll für die Erstellung eine funktionale, künstliche neonatale Herz mit einer Kombination von MRI, 3D-Druck und kalten Spritzguss. Das Herzmodell in diesem Papier enthält zwei Atrien, zwei Herzkammern, vier funktionale Armaturen und pulmonale und systemische Arterien und Venen alle hergestellt aus einem einzigen Silikon gegossen. Das Herzmodell kann mit einer Flüssigkeit gefüllt, mit Sensoren ausgestattet und als Output-Parameter Generator (d.h., Blutdruck oder Herzzeitvolumen während der Herzdruckmassage und Ventil-Funktionalität) verwendet.

Protocol

Alle wurden institutionellen Genehmigungen vor Patienten Bildgebung. 1. Erwerb und Segmentierung von Bildern Erwerben Sie einen Thorax MRT-Scan von einem Neugeborenen im Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) Format. Erfassen Sie jedes Slice des Scans in der ventrikulären diastolischen Phase des Herz-Kreislauf oder eine Autopsie einzuholen Sie eine thorakale MRI.Anmerkung: Eine sichtlich klare Definition des Herzmuskels, sowie Vorhöfe und Ventrikel, ist wichtig….

Representative Results

Diese Studie beschreibt eine Methode zum Erstellen einer anatomisch realistischen neonatale Herzmodell MRT-Bildgebung, 3D-Druck und kalten Spritzgießen kombinieren. Der Ductus Arteriosus sowie Foramen Ovale wurden im Herzmodell präsentiert in diesem Papier nicht berücksichtigt. In diesem Artikel beschriebene Verfahren kann auch auf andere innere Organe, wie Lunge und Brustkorb Strukturen angewendet werden. Brustkorb Strukturen erfordern keine Formen und können direkt mit flexiblen Mat…

Discussion

Für das Modell in dieser Studie entwickelten haben wir, die über einen Zeitraum von 3-min-Spritzguss erforderlich ist, um zu verhindern, dass Luft, die in der Besetzung (Abbildung 5, Abbildung 6) identifiziert. Um sicherzustellen, dass Silikon die engen Räumen der Ventile erreicht, ist “Pre-Casting” oder “Beschichtung” der Ventil-Bereiche im Werkzeug unerlässlich. Da die inneren Formen prägen die Herzkammern haben, beenden Sie das endgültige Silikon gegoss…

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.