Anatomisch realistische neonatale hart Model voor gebruik in neonatale patiënt simulatoren
Summary
Dit protocol beschrijft een procedure voor het maken van functionele neonatale kunsthart modellen met behulp van een combinatie van magnetische resonantie beeldvorming, 3D printen en spuitgieten. Het doel van deze modellen is voor integratie in de volgende generatie van neonatale patiënt simulatoren en als een instrument voor de fysiologische en anatomische studies.
Abstract
Neonatale patiënt simulatoren (NPS) zijn kunstmatige patiënt surrogaten gebruikt in het kader van medische simulatie training. Neonatologists en verplegend personeel praktijk klinische interventies zoals hartmassages om ervoor te zorgen patiënt overleven in het geval van bradycardie of hartstilstand. De simulatoren gebruikt momenteel zijn van lage fysieke trouw en daarom geen kwalitatieve inzicht in de werkwijze van hartmassages. Het insluiten van een anatomisch realistische hart model in de toekomst simulatoren maakt de detectie van de cardiale output gegenereerd tijdens de hartmassages; Dit kan clinici voorzien van een uitvoerparameter, die kan het verdiepen van het inzicht in het effect van de compressie ten opzichte van het bedrag van de bloedstroom gegenereerd. Voordat dit toezicht kan worden bereikt, heeft een anatomisch realistische hart model moet worden gemaakt met de: twee atria, twee ventrikels, vier hartkleppen, pulmonary aders en slagaders, en systemische aders en slagaders. Dit protocol wordt de procedure beschreven voor het maken van dergelijk functioneel neonatale kunsthart model met behulp van een combinatie van magnetische resonantie beeldvorming (MRI), 3D printen, en gieten in de vorm van koude spuitgieten. Using zulks werkwijze met flexibel 3D gedrukte innerlijke mallen in het spuitgietproces, kan een anatomisch realistische hart model worden verkregen.
Introduction
Elk jaar worden miljoenen van pasgeborenen zijn tot neonatale intensive care units (NICU) toegelaten. In NICUs, de meeste noodsituaties betrekking hebben op problemen in de luchtwegen, de ademhaling en de bloedsomloop (ABC) en interventies zoals hartmassages te worden. NPS bieden een waardevol onderwijs en opleiding tool om praktijk van dergelijke interventies. Voor sommige NPS, kunnen ingesloten sensoren detecteren of prestaties voldoet aan de aanbevolen klinische richtsnoeren1 voor diepte en snelheid van hartmassages. De aanhankelijkheid aan richtlijnen kan worden gebruikt om te berekenen en te kwantificeren van prestaties, en in dit opzicht dergelijke stand van de techniek NPS kan worden gezien als een tastbaar en witte vak metric voor de evaluatie van de prestaties.
Aanhankelijkheid aan de aanbevolen richtlijnen is gericht op verbetering van de patiënt fysiologie. Hartmassages worden bijvoorbeeld geleverd met als doel het genereren van voldoende bloedstroom in het vaatstelsel. Huidige HiFi NPS (b.v.PremieAnne (Lærdal, Stavanger, Noorwegen) en Paul (SIMCharacters, Wenen, Oostenrijk)), bevatten niet alle sensoren voor het meten van fysiologische parameters zoals doorbloeding tijdens de training als ze een geïntegreerde hart te missen Deze fysiologische parameter genereren. Werkzaamheid van hartmassages in huidige NPS kan derhalve niet worden beoordeeld op fysiologisch niveau. Voor NPS om fysiologische beoordeling van hartmassages, heeft een anatomisch realistische kunsthart worden geïntegreerd in de NPS. Verder toont onderzoek2 dat een toename van de fysieke anatomische trouw tot een toename van de functionele betrouwbaarheid van NPS leiden kan. Integratie van een fysiek HiFi-orgel systeem zou profiteren van zowel de functionele betrouwbaarheid van opleiding en fysiologische prestatiebeoordeling inschakelen.
Een aanzienlijke toename van de trouw van NPS kan worden bereikt door middel van 3D printen. In de geneeskunde, worden 3D imaging en printing meestal gebruikt voor chirurgische voorbereiding en oprichting van implantaten3,4,5. Bijvoorbeeld op het gebied van chirurgische simulatie, zijn organen geproduceerd om te trainen van chirurgen op het uitvoeren van chirurgische ingrepen6. De mogelijkheden van 3D printen zijn niet nog uitgebreid toegepast in NPS. De combinatie van 3D-beeldbewerking en 3D printen opent de mogelijkheid voor NPS voor het bereiken van een hoger niveau van fysieke trouw. De replicatie van geavanceerde, flexibele, neonatale organen zoals het hart wordt het mogelijk toe te schrijven aan de ooit-verbreding waaier van technieken en materialen die worden gebruikt voor 3D printing7.
In dit document detailleren wij een protocol voor het maken van een functionele, kunstmatige neonatale hart met behulp van een combinatie van MRI, 3D printen en koude spuitgieten. Het hart model in deze white paper bevat twee atria, twee ventrikels, vier functionele kleppen, en pulmonaire en systemische slagaders en aders alle geproduceerd van een enkele siliconen gegoten. Het hart-model kan worden gevuld met een vloeistof, uitgerust met sensoren en gebruikt als output-parameter generator (d.w.z., bloeddruk of cardiale output tijdens hartmassages en ventiel functionaliteit).
Protocol
Representative Results
Discussion
Voor het model ontwikkeld in deze studie, we geïdentificeerd die spuitgieten gedurende een periode van 3-min nodig is om te voorkomen dat de lucht die de cast (Figuur 5, Figuur 6). Om ervoor te zorgen dat siliconen de smalle ruimten van de kleppen bereikt, is “pre casting” of “coating” van de gebieden van de klep in de mal van essentieel belang. Aangezien de innerlijke mallen vormgeven van de hartkamers hebben om af te sluiten van de definitieve siliconen gegot…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd uitgevoerd in het Nederlandse kader van IMPULS perinatology. De auteurs bedank het Radboud UMCN Museum voor anatomie en pathologie en het Máxima Medisch centrum Veldhoven voor het verstrekken van de neonatale MRI-scans voor dit werk gebruikt. De auteurs verder bedank Jasper Sterk, Sanne van der Linden, Frederique de Jongh, Pleun Alkemade, en de D.search lab aan de faculteit industrieel ontwerpen voor hun belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van dit onderzoek. Tot slot wil de auteurs Rohan Joshi bedanken voor zijn bewijs lezing van het manuscript.
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. |
References
- 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).
