Modelo de coração Neonatal anatomicamente realista para uso em simuladores de paciente Neonatal

Summary

Este protocolo descreve um procedimento para a criação de modelos de coração neonatal artificial funcional, utilizando uma combinação de imagens de ressonância magnética, impressão em 3D e moldagem por injeção. O objetivo desses modelos é para integração com a próxima geração de simuladores de paciente Neonatais e como uma ferramenta para estudos fisiológicos e anatômicos.

Abstract

Simuladores de paciente neonatais (NPS) são substitutos de paciente artificiais utilizados no contexto da formação de simulação médica. Neonatologistas e equipe de enfermagem pratica intervenções clínicas tais como compressões torácicas para garantir a sobrevida do paciente em caso de bradicardia ou parada cardíaca. Os simuladores utilizados atualmente são de baixa fidelidade física e, portanto, não podem fornecer uma visão qualitativa para o procedimento de compressões torácicas. A incorporação de um modelo de coração anatomicamente realista futuramente simuladores permite a detecção de débito cardíaco gerado durante as compressões torácicas; Isto pode fornecer os clínicos com um parâmetro de saída, que pode aprofundar o entendimento do efeito das compressões em relação ao montante do fluxo de sangue gerado. Antes esta monitorização pode ser alcançado, um modelo de coração anatomicamente realista deve ser criado contendo: dois átrios, dois ventrículos, quatro válvulas, veias pulmonares e artérias e sistêmicas veias e artérias. Este protocolo descreve o procedimento para criar um modelo funcional coração artificial de neonatal, utilizando uma combinação de imagens de ressonância magnética (MRI), impressão 3D e fundição sob a forma de moldagem por injeção de frio. Usando este método com moldes flexíveis de interiores 3D impressos na processo de moldagem por injeção, um modelo de coração anatomicamente realista pode ser obtida.

Introduction

Todos os anos milhões de recém-nascidos são admitidos para unidades de cuidados intensivos neonatais (UCIN). Em NICUs, a maioria das emergências se relacionam com problemas na via aérea, respiração e circulação (ABC) em requerem intervenções como as compressões torácicas. NPS para oferecer um ensino valioso e ferramenta de treinamento para a prática de tais intervenções. Para alguns NPS, sensores incorporados podem detectar se o desempenho atende as diretrizes clínicas recomendadas¹ a profundidade e a velocidade das compressões torácicas. A aderência às diretrizes pode ser usada para calcular e quantificar o desempenho, e a este respeito, tal estado da arte NPS pode ser visto como uma métrica de caixa branca e tangível para avaliar o desempenho.

Aderência às orientações recomendadas visa melhorar a fisiologia do paciente. Por exemplo, as compressões torácicas são entregues com o objectivo de gerar fluxo sanguíneo adequado no sistema circulatório. Corrente alta fidelidade (por exemplo, PremieAnne (Laerdal, Stavanger, Noruega) e Paul (SIMCharacters, Viena, Áustria)), o NPS não contêm qualquer sensores para medir parâmetros fisiológicos, tais como o fluxo de sangue durante o treinamento, como lhes falta um coração integrado para gere este parâmetro fisiológico. Eficácia das compressões torácicas no NPS atual, portanto, não pode ser avaliada em um nível fisiológico. Para NPS permitir a avaliação fisiológica das compressões torácicas, um coração artificial anatomicamente realista deve ser integrado para o NPS. Além disso, a pesquisa² mostra que um aumento na fidelidade anatômica física pode levar a um aumento da fidelidade funcional do NPS. Integrar um sistema de alta fidelidade fisicamente órgão iria beneficiar tanto a fidelidade funcional do treinamento e permitir a avaliação de desempenho fisiológico.

Um aumento substancial na fidelidade do NPS pode ser alcançado através de impressão 3D. Na medicina, impressão e imagem em 3D são utilizados principalmente para a preparação cirúrgica e criação de implantes^3,4,5. Por exemplo, no campo da simulação cirúrgica, os órgãos são produzidos para treinar cirurgiões sobre a realização de procedimentos cirúrgicos⁶. As possibilidades de impressão 3D não tenham ainda sido extensivamente aplicadas no NPS. A combinação de imagem em 3D e 3D impressão abre a possibilidade para NPS alcançar um maior nível de fidelidade física. A replicação de sofisticado, flexíveis e Neonatais de órgãos como o coração torna-se possível devido à gama de nunca-ampliação de técnicas e materiais utilizados para impressão 3D⁷.

Neste trabalho, detalhamos um protocolo para a criação de um coração neonatal funcional, artificial, usando uma combinação de MRI, impressão em 3D e moldagem por injeção de frio. O modelo de coração neste trabalho inclui dois átrios, dois ventrículos, quatro válvulas funcionais e veias todos produzidas a partir de um único silicone elenco e artérias pulmonares e sistêmicas. O modelo de coração pode ser cheio com um líquido, equipado com sensores e usado como gerador de parâmetro de saída (isto é, pressão arterial ou débito cardíaco durante as compressões torácicas e funcionalidade de válvula).

Protocol

Todas as aprovações institucionais foram obtidas antes da imagem do paciente. 1. aquisição e segmentação de imagens Adquira uma varredura de MRI torácica de um recém-nascido na Digital Imaging and Communications, em formato de medicina (DICOM). Capture cada fatia da varredura na fase diastólica do ciclo cardíaco ventricular ou obter um MRI torácico de uma autópsia.Nota: Uma visivelmente clara definição do músculo cardíaco, bem como átrios e ventrículos, é essen…

Representative Results

Este estudo detalha um método para criar um modelo de coração neonatal anatomicamente realista, combinando imagens de MRI, impressão em 3D e moldagem por injeção de frio. A persistência do canal arterial, bem como o forame oval não foram incluída no modelo coração apresentado neste trabalho. O método descrito neste artigo também pode ser aplicado a outros órgãos internos, como pulmões e estruturas da caixa torácica. Estruturas da caixa torácica exigem sem moldes e podem …

Discussion

Para o modelo desenvolvido neste estudo, identificamos que injetora durante um período de 3-min é necessário para evitar que o ar entrar no elenco (Figura 5, Figura 6). Para garantir que o silicone atinge os espaços estreitos das válvulas, “pre-casting” ou “revestimento” das áreas da válvula no molde é essencial. Desde que os moldes internos moldar as câmaras do coração tem que sair o silicone final conversão através de aberturas de 5 mm, impressão…

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.