Summary
प्रोटोकॉल शल्य सिमुलेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले रोगी-विशिष्ट, शारीरिक खोपड़ी मॉडल के पूरी तरह से रंगीन त्रि-आयामी प्रिंटके निर्माण का वर्णन करता है। विभिन्न इमेजिंग तौर-तरीकों, छवि विभाजन, त्रि-आयामी मॉडल निष्कर्षण और प्रिंट के उत्पादन के संयोजन के महत्वपूर्ण कदमों की व्याख्या की गई है।
Abstract
त्रि-आयामी (3 डी) मुद्रण प्रौद्योगिकियां सही आयामों के भौतिक मॉडल में रोगी-विशिष्ट विकृतियों की कल्पना करने की संभावना प्रदान करती हैं। मॉडल की योजना बनाने और एक शल्य चिकित्सा दृष्टिकोण के महत्वपूर्ण कदम अनुकरण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसलिए, यह महत्वपूर्ण है कि ट्यूमर के अंदर रक्त वाहिकाओं जैसी शारीरिक संरचनाओं को न केवल उनकी सतह पर, बल्कि उनकी पूरी मात्रा में रंगीन होने के लिए मुद्रित किया जा सकता है। सिमुलेशन के दौरान यह कुछ हिस्सों (उदाहरण के लिए, एक उच्च गति ड्रिल के साथ) को हटाने और एक अलग रंग की आंतरिक रूप से स्थित संरचनाओं को प्रकट करने की अनुमति देता है। इस प्रकार, विभिन्न इमेजिंग तौर-तरीकों (जैसे, सीटी, एमआरआई) से नैदानिक जानकारी को एक कॉम्पैक्ट और मूर्त वस्तु में जोड़ा जा सकता है।
हालांकि, इस तरह के पूरी तरह से रंगीन शारीरिक मॉडल की तैयारी और मुद्रण एक मुश्किल काम बना हुआ है। इसलिए, एक कदम-दर-कदम गाइड प्रदान किया जाता है, जो विभिन्न क्रॉस-सेक्शनल इमेजिंग डेटा सेट, शारीरिक संरचनाओं के विभाजन और एक आभासी मॉडल के निर्माण के संलयन का प्रदर्शन करता है। एक दूसरे चरण में आभासी मॉडल प्लास्टर आधारित रंग 3 डी बाइंडर जेटिंग तकनीक का उपयोग कर के मात्रा में रंगीन शारीरिक संरचनाओं के साथ मुद्रित किया जाता है। यह विधि रोगी-विशिष्ट शरीर रचना विज्ञान के अत्यधिक सटीक प्रजनन की अनुमति देती है जैसा कि 3डी-मुद्रित पेट्रोस एपेक्स कॉन्ड्रोसारकोमा स की एक श्रृंखला में दिखाया गया है। इसके अलावा, बनाए गए मॉडलों को काटा और ड्रिल किया जा सकता है, आंतरिक संरचनाओं का खुलासा किया जा सकता है जो शल्य प्रक्रियाओं के अनुकरण के लिए अनुमति देते हैं।
Introduction
खोपड़ी बेस ट्यूमर का शल्य चिकित्सा उपचार एक चुनौतीपूर्ण कार्य है जिसके लिए सटीक प्रीऑपरेटिव प्लानिंग की आवश्यकता होती है1। गणना टोमोग्राफी (सीटी) और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) का उपयोग करमल्टीमॉडल इमेजिंग रोगी के व्यक्तिगत शरीर रचना विज्ञान के बारे में जानकारी के साथ सर्जन प्रदान करता है । नैदानिक अभ्यास में, इस नैदानिक जानकारी को शरीर रचना विज्ञान के विभिन्न पहलुओं का प्रतिनिधित्व करने वाले दो-आयामी (2डी) क्रॉस-सेक्शन की एक श्रृंखला प्रदर्शित करके कल्पना की जाती है (उदाहरण के लिए, हड्डी के दृश्य के लिए सीटी, जहाजों के लिए सीटी एंजियोग्राफी, नरम ऊतक के लिए एमआरआई)।
हालांकि, विशेष रूप से शुरुआती, चिकित्सा छात्रों और रोगियों के लिए, क्रॉस-सेक्शनल छवियों के लिए विभिन्न 3 डी संरचनाओं के जटिल संबंधों को समझना चुनौतीपूर्ण है। शव अध्ययन2के अलावा, इस समस्या को अलग-अलग विकृतियों के वास्तविक आकार के शारीरिक मॉडल स्थापित करके संबोधित किया जा सकता है, जो विभिन्नरंगों3 में शारीरिक संरचनाओं को प्रदर्शित करता है।
पिछले वर्षों में तकनीकी प्रगति के लिए धन्यवाद, 3 डी प्रिंटिंग प्रौद्योगिकियां जटिल आकार4,5के लागत प्रभावी निर्माण की अनुमति देती हैं। इसलिए, यह तकनीक रोगी-विशिष्ट शारीरिक मॉडल ों का निर्माण करने की संभावना प्रदान करती है जो मूर्त हैं, स्पष्ट रूप से स्थानिक संबंधों को दर्शाती हैं, और इसका उपयोग शल्य चिकित्सा योजना और सिमुलेशन के लिए किया जा सकता है। विशेष रूप से पेट्रोस एपेक्स कॉन्ड्रोसारकोमा जैसे दुर्लभ और जटिल मामलों में, एक व्यक्तिगत मामले में ट्यूमर हटाने का प्रीऑपरेटिव सिमुलेशन सर्जन और रोगी परिणाम के आत्मविश्वास को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है।
आम FDM-मुद्रण (फिलामेंट बयान मॉडलिंग) तकनीक केवल एक या रंगों की एक सीमित विविधता6में एक बंद सतह के साथ वस्तुओं को बनाने के लिए अनुमति देते हैं । सर्जिकल सिमुलेशन के लिए एक मॉडल प्रदान करने के लिए जिसमें मुख्य रूप से एक दूसरे के अंदर विभिन्न जटिल आकार की शारीरिक संरचनाएं शामिल हैं, पूरी तरह से वॉल्यूमिक रूप से रंगीन 3 डी प्रिंट की आवश्यकता होती है। यह ऊतक परतों को लगातार हटाने की अनुमति देता है जब तक कि आंतरिक संरचना प्रकट न हो जाए।
प्लास्टर आधारित रंग 3 डी बाइंडर जेटिंग एक तकनीक है जो आवश्यक बहुरंगी मॉडल7का उत्पादन करने में सक्षम है। जबकि इसके मानक विन्यास में केवल किसी वस्तु की सतह को रंगीन किया जा सकता है, इसमें आंतरिक शारीरिक संरचनाओं के लिए रंग के वॉल्यूमेट्रिक एप्लिकेशन को सुनिश्चित करने के लिए एक संशोधित तकनीक का वर्णन किया गया है।
इस तकनीक को प्रदर्शित करने के लिए, खोपड़ी आधार chondrosarcomas के साथ रोगियों के मामलों को एक उदाहरण के रूप में चुना गया था । कॉन्ड्रोसारकोमा कंकाल प्रणाली में सभी नियोप्लासिया के 20% के लिए खाते हैं, जो ज्यादातर लंबी हड्डियों में स्थित हैं। प्राथमिक खोपड़ी आधार chondrosarcomas एक दुर्लभ स्थिति सभी इंट्राक्रैनियल ट्यूमर8के 0.1-0.2% के लिए जिम्मेदार हैं। मुख्य रूप से पेट्रोस शीर्ष पर स्थित, ये ट्यूमर एक जटिल शारीरिक वातावरण में बढ़ते हैं जिसमें आंतरिक कैरोटिड धमनी, ऑप्टिक और अन्य कपाल नसों, साथ ही पीयूष ग्रंथि जैसी निर्णायक संरचनाएं शामिल होती हैं। इन नियोप्लाज्म्स का उपचार मुख्य रूप से कुल सर्जिकल रिसेक्शन पर केंद्रित है, क्योंकि अकेले न्यायनिर्णयन उपचार (उदाहरण के लिए, विकिरण) पर्याप्त प्रभावी नहीं हैं9।
इस ट्यूमर इकाई की जटिलता और दुर्लभता के कारण, 3 डी मुद्रित खोपड़ी मॉडल में प्रीऑपरेटिव सर्जिकल सिमुलेशन शरीर रचना विज्ञान की बेहतर कल्पना और समझने और सर्जन को पूर्ण पुनर्अनुभाग प्राप्त करने में सहायता करने में मदद कर सकता है। जैसा कि अन्य लोगों द्वारा दिखाया गयाहै 10,रोगी-विशिष्ट मॉडलों की11 3 डी प्रिंटिंग जटिल न्यूरोएनाटॉमी के निवासियों और अनुभवी न्यूरोसर्जन की समझ दोनों में सुधार करती है।
हालांकि, मेडिकल इमेजिंग डेटा से इस तरह के व्यक्तिगत मॉडल बनाने के लिए छवि विभाजन, 3 डी मॉडलिंग और 3 डी प्रिंटिंग में कौशल की आवश्यकता होती है, खासकर जब शारीरिक संरचनाओं को विभिन्न रंगों में मुद्रित किया जाना है। यह पांडुलिपि चिकित्सा इमेजिंग डेटा को आभासी 3 डी मॉडल में बदलने और बहुरंगी 3डी वस्तुओं के निर्माण के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदान करके वर्णित शारीरिक मॉडलों के निर्माण को दूसरों के लिए अधिक सुलभ बनाना चाहती है।
वर्कफ़्लो में मुख्य रूप से चार भाग होते हैं: 1) मेडिकल इमेजिंग डेटा का विभाजन और वर्चुअल 3डी मॉडल का निर्माण; 2) मल्टीकलर 3डी प्रिंटिंग के लिए वर्चुअल 3डी मॉडल की तैयारी; 3) चयनित भागों के वॉल्यूमेट्रिक रंग के लिए तैयारी; और 4) 3डी प्रिंटिंग और पोस्ट प्रोसेसिंग।
Protocol
प्रोटोकॉल को जिम्मेदार स्थानीय आचार समिति (Ethikkommission der Landesärztekammer Rheinland-Pfalz, Deutschhausplatz 3, 55116 Mainz, जर्मनी) द्वारा अनुमोदित किया गया था। रोगी डेटा की देखभाल और उपयोग के लिए सभी संस्थागत दिशा-निर्देशों का पालन किया गया ।
1. मेडिकल इमेजिंग डेटा का विभाजन और एक आभासी 3 डी मॉडल का निर्माण
नोट: हम विभाजन के लिए इस्तेमाल सॉफ्टवेयर अमीरा 5.4.5 था। सेगमेंटेशन प्रक्रिया को ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर (जैसे, 3डी स्लाइसर, https://www.slicer.org/)का उपयोग करके भी पूरा किया जा सकता है
- उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन (जैसे, 1 मिमी या उससे कम की स्लाइस मोटाई) के साथ इमेजिंग डेटा का उपयोग करें। यहां, 0.5 मिमी की स्लाइस मोटाई के साथ एक कपाल सीटी डेटासेट और 1 मिमी की एक टुकड़ा मोटाई के साथ अतिरिक्त एमआरआई डेटा का उपयोग किया गया था। हड्डी के विभाजन के लिए सीटी डेटा का उपयोग करें, ट्यूमर और तंत्रिका संरचनाओं के विभाजन के लिए इसके विपरीत बढ़ाया T1 एमआरआई छवियों, साथ ही जहाजों के लिए समय की उड़ान (TOF) छवियों ।
- कंप्यूटर पर DICOM फ़ाइलों को डाउनलोड करें और सेगमेंटेशन सॉफ्टवेयर खोलें। विभिन्न इमेजिंग तौर-तरीकों की फाइलों का आयात करें और इमेजिंग डेटा के साथ फोल्डर का चयन करें।
- सीटी छवियों पर क्लिक करें और उन्हें एक वॉल्यूम प्रतिपादन मॉड्यूल (Volren) के साथ कनेक्ट करें। अधिक यथार्थवादी प्रतिपादन के लिए स्पेक्टर चुनें और केवल हड्डी की कल्पना करने के लिए रंग हस्तांतरण स्लाइडर को समायोजित करें। एमआरआई दृश्यों का आयात करके जारी रखें और उन्हें वॉल्यूम रेंडरिंग मॉड्यूल से भी कनेक्ट करें।
- पंजीकरण
- क्योंकि एमआरआई और सीटी इमेज ओवरलैप नहीं होती हैं, इसलिए अलग-अलग इमेजिंग डेटा को फ्यूज करना जरूरी है। इसलिए, एमआरआई डेटासेट पर सही क्लिक करें और गणना और gt; Affine पंजीकरणचुनें । मॉड्यूल के सफेद वर्ग पर क्लिक करके संदर्भ चुनें, फिर कर्सर को सीटी पर खींचें।
- पंजीकरण मॉड्यूल की संपत्तियों में डिफ़ॉल्ट पर सभी सेटिंग्स छोड़ दें और संरेखित केंद्रोंपर क्लिक करें, रजिस्टर पर क्लिक करनेके बाद। दो अलग इमेजिंग डेटासेट अब जुड़े हुए हैं। आगे की इमेजिंग डेटासेट के लिए इस कदम को दोहराएं।
- मिलान सटीकता का सत्यापन:
- वॉल्यूम रेंडरिंग (मॉड्यूल के नारंगी वर्ग पर क्लिक करें) छुपाकर मिलान सटीकता की जांच करें और एमआर छवियों में ऑर्थोस्लाइस मॉड्यूल जोड़ें। सफेद त्रिकोण पर क्लिक करें और Colorwashचुनें । अगले सफेद वर्ग पर क्लिक करें, डेटा चुनें और उस पर माउस खींचकर सीटी डेटा के साथ इस बंदरगाह को कनेक्ट करें।
- बोनी खोपड़ी संरचनाओं के लिए आरोपित तंत्रिका संरचनाओं की कल्पना करने के लिए रंग स्लाइडर समायोजित करें। खोपड़ी और मस्तिष्क की सतहों के साथ-साथ वेंट्रिकल्स के बीच की सीमा को देखते हुए वजन कारक स्लाइडर को टॉगकर करके किसी भी गलत संरेखण की जांच करें। कोरोनल और सिटटल दिशाओं में विभिन्न स्लाइस पर इस प्रक्रिया को दोहराएं।
- वॉल्यूमेट्रिक एडिटिंग
- ऑर्थोस्लाइस मॉड्यूल की दृश्यता को निष्क्रिय करें और सीटी की मात्रा प्रतिपादन को फिर से सक्रिय करें। सीटी डेटा पर जाएं और इस मामले में -2,048 डेटासेट में सबसे कम मूल्य की तलाश करें।
- इसके बाद वॉल्यूम एडिट मॉड्यूल जोड़ें, वॉल्यूम मॉड्यूल को आउटपुट डेटा से कनेक्ट करें, और पैडिंग वैल्यू को -2,048 पर सेट करें।
- कट इनसाइड पर क्लिक करें और 3डी व्यूपोर्ट में हटाए जाने वाले क्षेत्र को चिह्नित करें।
नोट: यह दूर करने का इरादा नहीं भागों के साथ अतिव्यापी से बचने के लिए महत्वपूर्ण है । - इस उदाहरण में, मंडीबल हड्डी और ऊपरी गर्भाशय ग्रीवा कशेरुका के कुछ हिस्सों को हटा दिया गया था।
- हड्डी का विभाजन
- इसके बाद, शेष हड्डी को खंडित किया जाना चाहिए और सतह जाल में परिवर्तित किया जाना चाहिए। ऐसा करने के लिए, सेगमेंटेशन एडिटरपर क्लिक करें, संशोधित सीटी इमेज अनुक्रम चुनें, और नएपर क्लिक करके एक नया लेबलसेट जोड़ें।
- अब एक विभाजन विकल्प के रूप में थ्रेसहोल्ड चुनें। सीटी के मामले में निचले स्लाइडर को ~ 250 के मूल्य पर सेट करें। सुनिश्चित करें कि अस्थायी हड्डी या ऊपरी कक्षीय क्षेत्र जैसी पतली हड्डी संरचनाओं को पूर्वावलोकन में चुना जाए। अन्यथा, निचले सीमा को समायोजित करें लेकिन किसी भी नरम ऊतक का चयन करने से बचें।
- चुनें पर अगले क्लिक करें और अंत में लेबलसेट (लाल प्लस आइकन पर क्लिक करके) के लिए चयन जोड़ें ।
- पूल व्यू पर लौटें। सीटी के लिए नया लेबल बनाया गया है। सही क्लिक करें और गणना और सार्जेंट; सरफेस जनरलचुनें, कॉम्पैक्टिफाई विकल्प की जांच करें, और लागू करें।
- अंत में, एक सरफेसव्यू मॉड्यूल जोड़ें और उत्पन्न जाल के रंग को समायोजित कर लें।
- अन्य संरचनाओं का विभाजन
- पिछले चरणों को दोहराकर अन्य प्रासंगिक संरचनाओं को जोड़ें। ट्यूमर के मामले में, मैन्युअल विभाजन का उपयोग थ्रेसहोल्डिंग ऑपरेशन के बजाय किया गया था।
- मैन्युअल विभाजन करने के लिए, सेगमेंटेशन एडिटरके पास जाएं, और हर स्लाइस में ट्यूमर जैसी संरचनाओं को चिह्नित करने के लिए मैनुअल सेगमेंटेशन विकल्प (ब्रश आइकन) चुनें। अंत में प्लस आइकन पर क्लिक करके चयन को फिर से जोड़ें। इस प्रकार, ट्यूमर, ऑप्टिक तंत्रिका, और इंट्राक्रैनियल जहाजों को खंडित किया जाएगा और मॉडल में जोड़ा जाएगा।
- मेशे का निर्यात
- अंत में जाल पर सही क्लिक करके और सेवपर क्लिक करके एसटीएल प्रारूप में उत्पन्न मेशों का निर्यात करें। फाइल प्रारूप के रूप में बाइनरी एसटीएल चुनें।
2. मल्टीकलर प्रिंटिंग के लिए वर्चुअल 3डी मॉडल की तैयारी
नोट: इस प्रोटोकॉल में प्रिंट तैयारी के लिए उपयोग किया जाने वाला सॉफ्टवेयर नेटफैब प्रीमियम 2019.0 है। ऑटोडेस्क अपने शैक्षिक कार्यक्रम में इस सॉफ्टवेयर का मुफ्त उपयोग प्रदान करता है।
- डेटा आयात करें और स्वचालित मरम्मत करें।
- प्रिंट तैयारी कार्यक्रम खोलें और नए भागों के रूप में पिछले चरणों में उत्पन्न मेशे का आयात करें। स्वचालित मरम्मत की जांच करें और आयातपर क्लिक करें।
- छोटे ढीले हिस्सों को हटाना
- खोपड़ी का चयन करें और अपने गोले को संशोधित और विभाजन के गोले को भागों मेंक्लिक करके भागों में विभाजित करें । यह खोपड़ी की हड्डी से जुड़े किसी भी ढीली वस्तुओं को अलग करता है।
- खोपड़ी की हड्डी का चयन करें और इसकी दृश्यता को बंद करें।
- अब अन्य सभी हिस्सों का चयन करें और उन्हें हटा दें।
- फिर से खोपड़ी की दृश्यता टॉगल ।
- अन्य सभी वस्तुओं के लिए इस कदम को दोहराएं।
- अतिव्यापी क्षेत्रों को हटा दें।
नोट: कुछ क्षेत्रों में, जैसे खोपड़ी के पेट्रोस शीर्ष के अंदर ट्यूमर, दोनों वस्तुओं की ज्यामिति एक दूसरे को काटती है। प्रिंटिंग त्रुटियों से बचने के लिए ऐसे चौराहों को हटाना जरूरी है।- दो इंटरेक्टिंग ऑब्जेक्ट्स का चयन करें और बूलियन ऑपरेशंसपर क्लिक करें ।
- ऑब्जेक्ट को दूसरे से घटाकर सूची के लाल पक्ष में ले जाएं और आवेदनपर क्लिक करें। अब दोनों वस्तुएं स्पष्ट रूप से अलग हो गई हैं। यह उनकी दृश्यता toggling द्वारा जांच की जानी चाहिए ।
- ट्यूमर के साथ-साथ ट्यूमर के अंदर की धमनी को स्पष्ट रूप से एक दूसरे से अलग होने की अनुमति देने के लिए इन चरणों को दोहराएं।
- जहां आवश्यक हो, सहायक संरचनाओं को जोड़ें।
- बेसिलर धमनी के मामले में, मुद्रण के बाद वस्तु को ढीला हिस्सा होने से रोकने के लिए अतिरिक्त समर्थन की आवश्यकता होती है।
- इस मामले में एक नया ऑब्जेक्ट जोड़ें, एक सिलेंडर(फाइल एंड जीटी; पार्ट लाइब्रेरी),और आवश्यकतानुसार इसके आयामों और उपखंडों को समायोजित करें।
- खोपड़ी और पोत ज्यामिति के साथ सिलेंडर को पूरी तरह से काटने के लिए रखें।
- अब हड्डी और रक्त वाहिका के भीतर भागों को घटाने के लिए फिर से बूलियन ऑपरेशन करें।
- जहां जरूरत हो वहां अधिक समर्थन जोड़ने के लिए इस कदम को दोहराएं (उदाहरण के लिए, ऑप्टिक तंत्रिका)।
3. चयनित भागों के वॉल्यूमेट्रिक रंग की तैयारी
नोट: कुछ भागों के वॉल्यूमेट्रिक रंग की अनुमति देने के लिए वस्तु के अंदर न केवल एक सतह खोल बल्कि कई सबशेल (अतिरिक्त सतह) उत्पन्न करना आवश्यक है।
- इस मामले में ट्यूमर का चयन करें, और इससे एक नया खोल उत्पन्न करें (सही क्लिक एंड जीटी; संशोधित और जीटी; जेनरेट शेल)।
- इनर ऑफसेट मोड में 0.15 मिमी की सटीकता के साथ 0.3 मिमी की खोल मोटाई निर्धारित करें और लागू करें। रखें मूल भाग चेकबॉक्स का चयन करें। यह मूल सतह पर 0.3 मिमी की दूरी के साथ एक आंतरिक खोल उत्पन्न करता है।
- दोनों गोले की बाहरी सतह का चयन करें और इससे एक नया खोल उत्पन्न करें। 0.15 मिमी की सटीकता के साथ खोखले मोड में 0.25 मिमी की एक खोल मोटाई का चयन करें। इसके अलावा निकालें मूल भाग चेकबॉक्स का चयन करें। यह दो आसन्न गोले के बीच 0.05 मिमी की जगह उत्पन्न करता है।
- चरण 3.1-3.3 दोहराएं ताकि लगातार मोटाई और इनवैरिएंट ऑफसेट के साथ कई आंतरिक गोले बनाए जाएं।
नोट: चिकनी वॉल्यूमेट्रिक रंग प्राप्त करने के लिए 0.35-0.25 मिमी की खोल मोटाई के साथ-साथ 0.1-0.05 मिमी की ऑफसेट का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। - रक्त वाहिकाओं जैसे अन्य सभी वस्तुओं के साथ चरण 3.1-3.4 दोहराएं।
4. 3डी मॉडल का रंग और निर्यात
नोट: मॉडल के सभी हिस्सों का रंग, जिसमें अलग-अलग नेस्टेड गोले शामिल हैं, नेटफैब सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जाता है।
- बाईं ओर भागों मेनू में रंग के लिए एक हिस्सा चुनें। टेक्सचर और कलर मेश आइकन पर डबल क्लिक करें। दाईं ओर कलर बार पर क्लिक करके कलर चुनें। शीर्ष मेनू में गोले आइकन पर पेंट पर क्लिक छोड़ दिया है। बाद में स्क्रीन सेंटर में प्रदर्शित मॉडल पर क्लिक छोड़ दिया। अंत में निचले दाएं कोने में लागू परिवर्तन बॉक्स पर क्लिक छोड़ दिया है। निकालें पुराने भाग चयन की पुष्टि करने के लिए सुनिश्चित करें ।
- इन चरणों को क्रमशः अन्य सभी वस्तुओं और गोले के साथ दोहराएं।
- सभी वस्तुओं का निर्यात करें। मुद्रित होने वाली सभी वस्तुओं का चयन करें, जिनमें समर्थन और आंतरिक गोले शामिल हैं, और उन्हें व्यक्तिगत फ़ाइलों के रूप में निर्यात करें। वीआरएमएल (डब्ल्यूआरएल) प्रारूप चुनना सुनिश्चित करें, क्योंकि एसटीएल प्रारूप रंग की जानकारी परिवहन करने में सक्षम नहीं है।
5. 3डी मॉडल की प्रिंटिंग और पोस्ट प्रोसेसिंग
- 3डी प्रिंटर सेट करें
नोट: 3DPrint सॉफ्टवेयर (संस्करण 1.03) ZPrinter 450 बाइंडर जेटिंग मशीन को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था।- सॉफ्टवेयर खोलें और खुले पर क्लिक करके और सभी प्रासंगिक डेटा चुनकर रंगीन वीआरएमएल फ़ाइलों का आयात करें। लोअर राइट विंडो कॉर्नर में ओपन बटन पर क्लिक करें। बाद की खिड़की में इकाइयों के रूप में मिलीमीटर चुनते हैं। सभी फ़ाइलों के बक्से पर सेटिंग्स लागू करने के साथ-साथ रखें स्थिति और अभिविन्यास की जांच करना सुनिश्चित करें। अंत में सामग्री प्रकार के रूप में Z151 चुनें। अगले बटन पर क्लिक करें।
- बिल्ड वॉल्यूम के अंदर 3डी ऑब्जेक्ट्स को पोजिशनकरने के लिए,
+ A कुंजी दबाकर सभी वस्तुओं को चिह्नित करें।- ऊपरी बाईं खिड़की में, निर्माण मात्रा के XY दृश्य का प्रतिनिधित्व करते हुए, चिह्नित वस्तुओं को केंद्र पर क्लिक और खींचें। निचली बाईं खिड़की में, बिल्ड वॉल्यूम के एक्सजेड व्यू का प्रतिनिधित्व करते हुए, पीले रंग की रेखा के ऊपर निचले हिस्से के बीच में वस्तुओं को क्लिक और खींचें।
- यदि एक पूरी खोपड़ी मॉडल मुद्रित है, तो सुनिश्चित करें कि उद्घाटन ऊपर की ओर सामना कर रहा है। यदि अलग छोटे मॉडल मुद्रित किए जाते हैं, तो XY विमान के साथ जहाजों जैसे नाजुक हिस्सों को संरेखित करना सुनिश्चित करें, क्योंकि यह अभिविन्यास संबंधित भागों की ताकत में वृद्धि करेगा।
- मॉडलों के सही अभिविन्यास को क्लिक करके और उन्हें दाईं ओर खिड़की में ले जाने की जांच करें।
- निर्माण प्रक्रिया की तैयारी के लिए, ऊपरी मेनू में सेटअप आइकन पर क्लिक करें। सुनिश्चित करें कि सही सामग्री प्रकार का चयन किया गया है और परत मोटाई 0.1 मिमी के लिए सेट है। खून मुआवजा की जांच की जानी चाहिए और मोनोक्रोम विकल्प में प्रिंट अनियंत्रित ।
- प्रिंटिंग प्रक्रिया शुरू करने के लिए, ऊपरी मेनू में बिल्ड आइकन पर क्लिक करें। बाद की खिड़की में संपूर्ण बिल्ड चुनें और ओके बटन पर क्लिक करें। सुनिश्चित करें कि निम्नलिखित प्रिंटर स्थिति संवाद में सभी सूचीबद्ध आइटम सही ढंग से सेट किए गए हैं और प्रिंटर ऑनलाइन है। इसके बाद डायलॉग बॉक्स के निचले हिस्से में प्रिंट बटन पर क्लिक करें।
- मॉडल की पोस्ट प्रोसेसिंग
नोट: हमेशा ढीले पाउडर और सख्त समाधान को संभालते समय प्रयोगशाला कोट, दस्ताने, आंखों की सुरक्षा और एक मुखौटा पहनें। हमेशा एक अच्छी तरह से हवादार क्षेत्र में काम करते हैं।- Unpacking
- प्रिंट समाप्त होने के बाद, एकीकृत वैक्यूम क्लीनर के साथ ढीले पाउडर को ध्यान से हटाकर मॉडल को अनपैक करें। पतली संरचनाओं को अलग तोड़ने से रोकने के लिए सक्शन ट्यूब के साथ मॉडल से सीधे संपर्क न करना महत्वपूर्ण है।
- मॉडल को हटा दें और दबाव वाली हवा लगाने के साथ-साथ इसे सॉफ्ट ब्रश से साफ करके साफ करें। मोटा, अधिक स्थिर, मॉडल के कुछ हिस्सों के अतिरिक्त एक कठिन ब्रश के साथ जमीन हो सकती है । यह वैकल्पिक कदम एक चिकनी सतह खत्म करने के लिए अनुमति देता है। ध्यान रखें कि इस राज्य में मॉडल अभी भी बहुत नाजुक है।
- घुसपैठ
- मॉडल को प्लास्टिक के टब के अंदर रखें।
- सख्त समाधान के साथ इसे ध्यान से घुसपैठ जब तक कोई सफ़ेद क्षेत्रों दिखाई दे रहे हैं।
- सतह के सभी विवरणों को बनाए रखने के लिए दबाव वाली हवा और डिस्पोजेबल पेपर तौलिए के साथ अधिशेष समाधान को हटाना होगा।
- मॉडल को कई घंटों तक इलाज करने दें जब तक कि यह पूरी तरह से सूखा न हो जाए।
- Unpacking
Representative Results
पेट्रोस एपेक्स के कॉन्ड्रोसारकोमा वाले आठ रोगियों को अध्ययन के लिए चुना गया था और आभासी 3 डी मॉडल बनाए गए थे, जिनमें से प्रत्येक हड्डी, ट्यूमर, जहाजों, पीयूष ग्रंथि और ऑप्टिक तंत्रिका पार थे। प्लास्टर आधारित रंग 3 डी बाइंडर जेटिंग तकनीक(चित्रा 1A1,A2)का उपयोग करके तीन मॉडलों को बहुरंगी 3डी प्रिंटिंग से गुजरना पड़ा। इसके अतिरिक्त, सतह रंग(चित्रा 1B2, B3)की तुलना में वॉल्यूमेट्रिक रंग के लाभों को दिखाने के लिए आंतरिक धमनी के साथ एक ट्यूमर बनाया गया था(चित्रा 1बी1)।
इन मॉडलों का उपयोग सर्जिकल दृष्टिकोण (जैसे, बर्र होल क्रिएशन) और ट्यूमर रिसेक्शन के अनुकरण को प्रदर्शित करने के लिए किया गया था। इस मुद्रण तकनीक ने विभिन्न इमेजिंग तौर-तरीकों से प्राप्त शारीरिक संरचनाओं को एक ही वस्तु में मिलाने की अनुमति दी।
प्लास्टर सामग्री में हड्डी की तरह गुण थे और इसे पिघलने के बिना आसानी से ड्रिल किया जा सकता था। इस प्रकार, सर्जिकल एक्सेस मार्ग का अनुकरण करने के लिए इसका उपयोग करना संभव था। सख्त प्रक्रिया के बाद यह इंट्रेसब्रल पोत पेड़ जैसी नाजुक संरचनाओं को पुन: पेश करने के लिए पर्याप्त स्थिर था।
मॉडल की पूरी मात्रा को रंगने की क्षमता ने एक वस्तु की आंतरिक संरचना की अनुमति दी, जैसे कि ट्यूमर के माध्यम से यात्रा करने वाली आंतरिक कैरोटिड धमनी, स्पष्ट रूप से कल्पना की जा सकती है। ड्रिल के साथ ट्यूमर की परतें हटाकर सर्जिकल सिमुलेशन के दौरान धीरे-धीरे लाल धमनी का खुलासा हुआ।
तकनीक की सटीकता साबित करने के लिए कंप्यूटर टॉमोग्राफ में 3डी मॉडल स्कैन किए गए। मुद्रण के लिए बनाए गए मॉडलों को इन स्कैन के लिए आरोपित किया गया था। एक विचलन मानचित्रण बनाया गया था, और सटीकता 50 बेतरतीब ढंग से चुने गए सतह बिंदुओं में निर्धारित की गई थी। 0.021 मिमी का एक मतलब विचलन मूल डेटा की तुलना में 3 डी प्रिंट के उच्च अनुसार दर्शाता है।
चित्रा 1: वॉल्यूम्ट्रिक बनाम सतह रंग 3 डी प्रिंट। A1. सही पेट्रोस शीर्ष पर कॉन्ड्रोसारकोमा के साथ एक रोगी का अनुकरणीय पूर्ण रंग 3 डी प्रिंट। A2. शारीरिक संरचनाओं का विस्तृत दृश्य (तीर = आंतरिक कैरोटिड धमनी विभाजन; ओ = ऑप्टिक तंत्रिका चिम; टी = ट्यूमर) । B1. ट्यूमर की मात्रा और क्रॉस-सेक्शनल लेवल (बिंदीदार रेखा) को पार करने वाली रक्त वाहिका। B2. पारंपरिक बहुरंगी मुद्रण तकनीक केवल सतह पर रंग का पता चलता है। B3. संशोधित तकनीक उन्नत सर्जिकल सिमुलेशन के लिए उपयुक्त मात्रा में रंगीन वस्तुओं का उत्पादन करती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2: 3 डी प्रिंट के वॉल्यूमेट्रिक रंग के लिए वर्कफ्लो। A. एक रक्त वाहिका के साथ एक ट्यूमर का वर्चुअल 3 डी मॉडल बिना आंतरिक गोले के इसकी मात्रा को पार करता है। B. एक ट्यूमर और कई आंतरिक गोले (दूरी 0.05 मिमी) के साथ एक रक्त वाहिका। C. एक उच्च खोल दूरी (1 मिमी) का एक उदाहरण। रंगीन और सफेद गोले की एकल परतें अभी भी दिखाई दे रही हैं। D. छोटी खोल दूरी (0.1 मिमी) का एक उदाहरण। ऑब्जेक्ट की आंतरिक मात्रा पूरी तरह से रंगीन है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
Discussion
इंट्राक्रैनियल कॉन्ड्रोसारकोमा की थेरेपी मुख्य रूप से पूर्ण शल्य चिकित्सा हटाने पर आधारित है। अक्सर पेट्रोस शीर्ष पर स्थित, यह ट्यूमर आंतरिक कैरोटिड धमनी, ऑप्टिक तंत्रिका और पीयूष ग्रंथि जैसी महत्वपूर्ण संरचनाओं के करीब है। इसलिए, सर्जरी से पहले सर्जिकल प्रक्षेप पथ की योजना बनाना एक महत्वपूर्ण कदम है। मल्टीकलर 3 डी प्रिंटिंग इन संरचनाओं के संलयन के लिए अनुमति देता है, प्रत्येक अलग इमेजिंग मोडलिटी से प्राप्त होता है, एक ही वस्तु में।
3डी प्रिंटिंग की तैयारी के दौरान पर्याप्त इमेजिंग डेटा का सावधानीपूर्वक चयन करना महत्वपूर्ण है। एक छोटे से टुकड़ा मोटाई के साथ उच्च संकल्प छवियां 3 डी पुनर्निर्माण और चिकनी संक्रमण के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं, जबकि उच्च स्लाइस मोटाई मोटे, असमान वस्तुओं का उत्पादन करेगी। विधि का एक और महत्वपूर्ण कदम ट्यूमर और खोपड़ी की हड्डी जैसे दो पड़ोसी वस्तुओं के किसी भी चौराहे से बचने के लिए है। इसलिए, एक वस्तु को दूसरे से घटाने के लिए बूलियन संचालन किया जाना चाहिए।
वॉल्यूमेट्रिक रंग के लिए अनुमति देने के लिए किसी वस्तु के अंदर प्याज के खोल की तरह उपसतह बनाना आवश्यक है(चित्रा 2ए,बी)। आसानी से रंगीन वस्तुओं(चित्रा 2D)प्राप्त करने के लिए कम से कम 0.1 मिमी की दो आसन्न सतहों के बीच न्यूनतम दूरी होना आवश्यक है। यदि चुनी गई दूरी इस मूल्य से ऊपर है, तो वस्तु के अंदर व्यक्तिगत गोले दिखाई दे सकते हैं(चित्रा 2C)। वॉल्यूमेट्रिक रंग का उपयोग करते समय 3 डी प्रिंटर की बढ़ी हुई रंग खपत पर ध्यान दिया जाना चाहिए। इसके अलावा, किसी भी ढीले हिस्सों के लिए मॉडल की जांच करना और आवश्यक होने पर समर्थन जोड़ना भी महत्वपूर्ण है (उदाहरण के लिए, बेसिलर धमनी)।
विधि केवल कठोर, प्लास्टर जैसी सामग्री का उत्पादन कर सकती है जो बहुत टिकाऊ नहीं है। विशेष रूप से सख्त प्रक्रिया के बिना, मॉडल को अनपैकिंग प्रक्रिया के दौरान आसानी से नष्ट किया जा सकता है। इस प्रकार, रक्त वाहिकाओं जैसे नाजुक तत्व अक्सर अलग हो जाते हैं।
तकनीक भी नरम ऊतक के अनुकरण के लिए उपयुक्त नहीं है। उदाहरण के लिए, मस्तिष्क के ऊतकों का अनुकरण करने के लिए, या तो इसे एक विधि के साथ प्रिंट करना आवश्यक हो सकता है जो सीधे12,13 नरम और कठोर सामग्री का उत्पादन करने में सक्षम है या मोल्ड प्रिंट करने में सक्षम है जिसका उपयोग सिलिकॉन रबर14जैसी नरम वस्तुओं को कास्ट करने के लिए किया जा सकता है। एक परीक्षण मामले में, बाद की विधि का उपयोग नरम ट्यूमर का अनुकरण करने के लिए किया गया था। इस अंतिम प्रक्रिया की सीमा यह थी कि हालांकि सिलिकॉन ट्यूमर बहुत लचीला था, लेकिन इसे 3डी मुद्रित मॉडल में डालने के लिए पर्याप्त स्थान होना आवश्यक था। इसके अलावा, रक्त वाहिका जैसे आंतरिक संरचनाओं को बनाना संभव नहीं था।
3डी बाइंडर जेटिंग एक योजक विनिर्माण तकनीक है जो आंशिक सख्त और प्लास्टर पाउडर की पतली परतों को रंगकर वस्तुओं को इकट्ठा करती है। इस प्रकार, यह एक ही प्रक्रिया में वस्तुओं की मात्रा के अंदर लगभग असीमित रेंज रंग, रंग संक्रमण और रंगीन संरचनाओं को मुद्रण करने की अनुमति देता है।
फिलामेंट प्रिंटर जैसी अन्य प्रिंटिंग तकनीकों की तुलना में, जो सबसे कम लागत का उत्पादन करते हैं, लेकिन केवल एक बार में दो या तीन रंगों की अनुमति देते हैं, और पॉली जेट प्रिंटर जो बहुरंगी, बहु-भौतिक वस्तुओं का उत्पादन करते हैं, लेकिन बहुत महंगे हैं, यह तकनीक एक प्रदान करती है एक किफायती मूल्य पर समझौता। एक मुद्रित खोपड़ी के लिए मतलब सामग्री लागत के बारे में 150 € था.
इस विधि के साथ एमआरआई फाइबर ट्रैकिंग दृश्यों या कार्यात्मक इमेजिंग चित्रण से प्राप्त फिलामेंट फाइबर जैसे और भी अमूर्त डेटा की कल्पना करना संभव है, उदाहरण के लिए, मस्तिष्क भाषण क्षेत्र (उदाहरण के लिए, ब्रोका% क्षेत्र)।
सर्जिकल सिमुलेशन के अलावा, वास्तविक रोगी शरीर रचना विज्ञान के 3 डी मुद्रित, पूरी तरह से रंगीन मॉडल चिकित्सा छात्रों या युवा चिकित्सकों की शिक्षा में सुधार करने में मदद कर सकते हैं ताकि वे जटिल शारीरिक संबंधों को बेहतर ढंग से समझ सकें। यह रोगी शिक्षा में भी एक महत्वपूर्ण उपकरण है।
Disclosures
इस अध्ययन को जोहान्स गुटेनबर्ग-यूनिवर्सिटी ऑफ मेंज से एमके ("बायोमैटिक्स - स्टुफे 1 फॉर्डरुंग") से चिकित्सा संकाय से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था।
Acknowledgments
इस काम के कुछ हिस्सों को जर्मन न्यूरोसर्जिकल सोसायटी (डीजीएनसी) 2019 की वार्षिक बैठक में जर्मन न्यूरोसर्जिकल सोसायटी (डीजीएनसी) 2019 की वार्षिक बैठक में जर्मन सोसाइटी फॉर कंप्यूटर एंड रोबोट असिस्टेड सर्जरी (CURAC) 2019 की वार्षिक बैठक में एक संक्षिप्त प्रस्तुति के रूप में प्रस्तुत किया गया है। Reutlingen, जर्मनी।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D printer | 3D Systems (formerly Zcorp) | x | Zprinter Z450 |
| 3D printing software | 3D Systems (formerly Zcorp) | x | 3DPrint Software (Version 1.03) |
| Binder solution for cartridge | 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany | 42-0100-7001 | VisiJet PXL Binder Cartridge clear 1 x ca. 1 Liter |
| Infiltration solution | 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany | 42-0250-1090 | Color-Bond 90, 1 bottle, 454 g |
| Modeling Software for 3D print preparation | Autodesk, San Rafael, CA, USA | x | Netfabb Premium (Version 2019.0) |
| Print head for binder | 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany | 42-0150-2010 | HP 11 print head (C4810A) |
| Print head for color | 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany | 42-0150-2011 | HP 57 printhead C 6657 AE Tricolor |
| Printing powder | 4D Concepts GmbH, Groß-Gerau, Germany | 42-0050-2061 | VisiJet PXL Core Eco Drum ca. 14 kg - ca. 11,47 L |
| Segmentation software | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | x | Amira 5.4.5 |
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