Modello di cuore neonatale anatomicamente realistici per l'uso in simulatori paziente neonatale
Summary
Questo protocollo descrive una procedura per la creazione di modelli funzionali cardiache neonatale artificiali utilizzando una combinazione di imaging a risonanza magnetica, la stampa 3D e stampaggio ad iniezione. Lo scopo di questi modelli è integrazione nella prossima generazione di simulatori paziente neonatale e come strumento per gli studi fisiologici ed anatomici.
Abstract
Simulatori di paziente neonatale (NPS) sono surrogati pazienti artificiali utilizzati nel contesto della formazione di simulazione medica. Neonatologi e personale infermieristico pratica interventi clinici quali le compressioni toraciche per garantire la sopravvivenza del paziente in caso di bradicardia o arresto cardiaco. I simulatori utilizzati attualmente sono di bassa fedeltà fisica e pertanto non possono fornire la comprensione qualitativa nella routine delle compressioni toraciche. L’incorporamento di un modello di cuore anatomicamente realistici in futuro simulatori consente il rilevamento del cardiac output generati durante le compressioni del torace; Questo può fornire ai medici con un parametro di output, che possa approfondire la comprensione dell’effetto di compressioni in relazione alla quantità di flusso sanguigno generato. Prima questo monitoraggio può essere raggiunto, è necessario creare un modello di cuore anatomicamente realistici contenente: due atri, due ventricoli, valvole cardiache quattro, vene polmonari e le arterie e sistemiche vene e arterie. Questo protocollo descrive la procedura per la creazione di un modello di cuore neonatale artificiale funzionale utilizzando una combinazione di formazione immagine a risonanza magnetica (MRI), stampa 3D e colata in forma di stampaggio ad iniezione freddo. Utilizzando questo metodo con flessibile 3D stampi interne stampate nel processo di stampaggio ad iniezione, un modello di cuore anatomicamente realistici possa essere ottenuto.
Introduction
Ogni anno milioni di neonati sono ricoverati in unità di terapia intensiva neonatale (NICU). In NICUs, la maggior parte delle emergenze si riferiscono ai problemi nelle vie respiratorie, la respirazione e la circolazione (ABC) e richiedono interventi quali le compressioni toraciche. NPS offrono un insegnamento prezioso e strumento di formazione di praticare tali interventi. Per alcuni dei criteri di rete, sensori incorporati in grado di rilevare se prestazioni soddisfano le linee guida cliniche consigliate1 per profondità e velocità delle compressioni toraciche. L’aderenza alle linee guida possa essere usata per calcolare e quantificare le prestazioni, e a questo proposito, tale stato dell’arte dei criteri di rete può essere visto come una metrica di casella tangibile e bianco per la valutazione delle prestazioni.
L’aderenza alle linee guida consigliate mira a migliorare la fisiologia del paziente. Ad esempio, le compressioni toraciche vengono recapitate con l’obiettivo di generare flusso sanguigno adeguato nel sistema circolatorio. Corrente ad alta fedeltà dei criteri di rete (ad esempio, PremieAnne (Laerdal, Stavanger, Norvegia) e Paul (SIMCharacters, Vienna, Austria)), non contengono qualsiasi sensori per misurare i parametri fisiologici quali il flusso di sangue durante l’allenamento perché hanno un cuore integrato per generare questo parametro fisiologico. Pertanto, l’efficacia delle compressioni toraciche in corrente dei criteri di rete non possa essere valutata a un livello fisiologico. Dei criteri di rete consentire la valutazione fisiologica delle compressioni toraciche, un cuore anatomicamente realistico artificiale deve essere integrato nel NPS. Inoltre, ricerca2 Mostra che un aumento nella fedeltà anatomico fisico può portare ad un aumento nella fedeltà funzionale di NPS. L’integrazione di un sistema di organi fisicamente ad alta fedeltà sarebbe beneficio sia la fedeltà funzionale di formazione e consentire la valutazione di prestazione fisiologica.
Un aumento sostanziale nella fedeltà di NPS può essere raggiunto attraverso la stampa 3D. In medicina, stampa e imaging 3D sono utilizzati principalmente per la creazione di impianti3,4,5e preparazione chirurgica. Ad esempio, nel campo della simulazione chirurgica, gli organi sono prodotte per addestrare i chirurghi sull’esecuzione di procedure chirurgiche6. Le possibilità di stampa 3D non sono state ancora ampiamente applicate in NPS. La combinazione di imaging 3D e stampa 3D apre la possibilità per NPS raggiungere un alto livello di fedeltà fisica. La replica di sofisticato, flessibile e neonatale organi come il cuore diventa possibile dovuto la gamma di tecniche e materiali utilizzati per la stampa 3D7sempre più ampliando.
In questa carta, dettagliamo un protocollo per la creazione di un cuore artificiale neonatale funzionale utilizzando una combinazione di MRI, la stampa 3D e stampaggio ad iniezione freddo. Il modello di cuore in questa carta include due atri, due ventricoli, quattro valvole funzionali e le arterie polmonari e sistematiche e vene tutte prodotte da un singolo silicone il cast. Il modello di cuore può essere riempito con un liquido, dotato di sensori e usato come generatore di parametro di output (cioè, la pressione sanguigna o arterioso durante le compressioni toraciche e la funzionalità della valvola).
Protocol
Representative Results
Discussion
Per il modello sviluppato in questo studio, abbiamo identificato che ad iniezione su un periodo di 3-min è necessaria per impedire l’aria che entra nel cast (Figura 5, Figura 6). Per garantire che in silicone raggiunge gli spazi angusti delle valvole, “pre-fusione” o “rivestimento” delle zone valvola nello stampo è essenziale. Poiché gli stampi interni che modella le camere cardiache devono uscire il silicone finale cast attraverso aperture di 5 mm, stampa mu…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata eseguita nel quadro olandese di Perinatologia IMPULS. Gli autori vorrei ringraziare il Radboud UMCN Museo di anatomia e patologia e la Máxima Medical Centre Veldhoven per fornire le scansioni MRI neonatale utilizzate per questo lavoro. Gli autori inoltre vorrei ringraziare Jasper Sterk, Sanne van der Linden, Frederique de Jongh, Pleun Alkemade e il laboratorio di D.search presso la facoltà di disegno industriale per il loro significativo contributo allo sviluppo di questa ricerca. Infine gli autori vorrei ringraziare Rohan Joshi per la sua prova di lettura del manoscritto.
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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