新生児患者シミュレータでの解剖学的に現実的な新生児心臓モデル
Summary
このプロトコルでは、磁気共鳴画像、3 D 印刷、および射出成形の組み合わせを活用して機能的な人工新生児心臓モデルを作成する手順について説明します。これらのモデルの目的は、生理学的、解剖学的な研究のための次世代新生児患者シミュレータ ・ ツールとして統合。
Abstract
新生児患者シミュレータ (NPS) は、医学シミュレーション トレーニングのコンテキストで使用される患者の人工のサロゲートです。Neonatologists ・看護師スタッフは、徐脈や心不全の場合患者の生存を確保するための胸部圧迫などの臨床的介入を練習します。現在使用シミュレータは、低物理忠実度のしたがって胸部圧迫のプロシージャに質的な洞察力を提供ことはできません。シミュレータ胸部圧迫; 中に生成される心拍出量の検出が有効に将来的に解剖学的に現実的な心臓モデルの埋め込みこれは、出力パラメーターを生成される血流の量に関連して圧縮の効果の理解を深めることができる臨床医を提供できます。含む解剖学的現実的な心臓モデルを作成する必要がありますこの監視を実現することができます、前に: 2 つの心房、心室の 2 つ、4 つの心臓弁、肺静脈と動脈と全身静脈と動脈。このプロトコルでは、磁気共鳴画像 (MRI)、3 D 印刷、および冷たい射出成形の形でキャストの組み合わせを活用してこのような機能的な人工新生児心臓モデルを作成する手順について説明します。このメソッドを使用して、射出成形プロセスで柔軟な 3 D 印刷された内側型と、解剖学的に現実的な心臓モデルが得られます。
Introduction
新生児は毎年数百万は、新生児集中治療室 (NICU) に認めています。「ニカスさんほとんどの緊急事態は気道呼吸、循環 (ABC) の問題に関連し、胸部圧迫など介入必要とします。NPS は、貴重な教育とこのような介入を実践するトレーニング ツールを提供しています。いくつかは、埋め込まれたセンサー パフォーマンスが推奨される臨床ガイドライン1深さと胸部圧迫の速度を満たしているかどうかを検出できます。計算のパフォーマンスを定量化してガイドラインの遵守が使え、この点では、このような最先端の NPS は性能評価のための有形およびホワイト ボックス メトリックとして表示できます。
推奨されるガイドラインへの遵守は、患者の生理学をめざします。たとえば、胸の圧迫は循環器系に十分な血流を生成する目的で配信されます。現在高忠実度 NPS (例えばPremieAnne (レールダル、スタヴァンゲル、ノルウェー)、ポール (SIMCharacters、ウィーン、オーストリア))、統合の心に欠けていると同時にトレーニング中に血流などの生理学的パラメーターを測定する任意のセンサーが含まれていません。この生理学的パラメーターを生成します。現在 NPS で胸部圧迫の効果は、したがっては生理学的なレベルで評価されませんできます。胸部圧迫の生理学的評価を有効にするのには、NPS の解剖学的に現実的な人工心臓が NPS に統合します。さらに、研究2は、物理的な解剖学的忠実度の増加が NPS の機能の再現性の増加につながる可能性がありますを示しています。物理的に忠実度の高い器官システムの統合訓練の両方機能再現性の恩恵を受けるだろうし、生理学的性能評価を有効にします。
NPS の忠実度の大幅な増加は、3 D プリントを実現できます。医学では、3 D イメージングおよび印刷、手術の準備とインプラント3,4、5の創造のため主に使用されます。たとえば、手術シミュレーションの分野で手術の手順6を実行する外科医を訓練する臓器が生成されます。3 D プリンターの可能性がまだ適用されていない広範囲 NPS で。3 D 画像や 3 D 印刷の組み合わせは、物理的な忠実度の高いレベルに到達するように NPS のための可能性を開きます。心などの洗練された、フレキシブル、新生児の臓器のレプリケーション技術や 3 D 印刷7に使用される材料の絶え間なく拡大範囲のために可能になります。
本稿では機能、人工新生児心臓 MRI、3 D 印刷、および冷たい射出成形の組み合わせを使用してを作成するためのプロトコルを詳しく説明します。本稿で心のモデルには、2 つの心房、2 心室、4 機能バルブと肺と全身の動脈と静脈すべてキャスト 1 つのシリコンの生産が含まれます。心臓モデルは、液体で満たされた、センサーを装備し、(すなわち、血圧または胸部圧迫とバルブ機能の間に心臓出力) の出力パラメーター ジェネレーターとして使用できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究で開発するモデル、キャスト (図 5図 6) に流入する空気を防ぐために必要な 3 分の期間にわたって成形が識別されました。バルブの狭いスペースをシリコーンに届くように、「前キャスティング」や「コーティング」金型でバルブ部が欠かせません。内側の金型心臓の室を形成しなければならないので 5 mm の開口部を通してキャスト最終シ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
うず周産期のオランダの枠組みの中でこの研究を行った。著者は、解剖学、病理学とこの作業に使用される新生児の MRI スキャンを提供するため Máxima 医療センター フェルトホーフェンのラートボウト UMCN 博物館を感謝したいです。さらに著者は、この研究開発への重要な貢献のため工業デザイン学部でジャスパー Sterk、サッネ ブルー ・ ヴァン ・ デア ・ リンデン、フレデリック ・ デ ・する、Pleun Alkemade、D.search ラボを感謝したいです。最後に著者はロハン女子の原稿の彼の証拠読書をありがとうしたいと思います。
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).
