इंटरवेंशनल प्लानिंग एंड ट्रेनिंग के लिए 3डी-प्रिंटेड कार्डियोवस्कुलर फैंटम्स का विकास और मूल्यांकन
Summary
यहां हम मल्टीमॉडल थेरेपी मूल्यांकन, पूर्व हस्तक्षेप योजना, और हृदय शरीर रचना विज्ञान पर चिकित्सक-प्रशिक्षण के लिए एक नकली परिसंचरण सेटअप का विकास प्रस्तुत करते हैं। रोगी-विशिष्ट टोमोग्राफिक स्कैन के आवेदन के साथ, यह सेटअप व्यक्तिगत चिकित्सा में चिकित्सीय दृष्टिकोण, प्रशिक्षण और शिक्षा के लिए आदर्श है।
Abstract
कैथेटर आधारित हस्तक्षेप हृदय विकृतियों के लिए मानक उपचार विकल्प हैं। इसलिए, रोगी-विशिष्ट मॉडल चिकित्सकों के तार-कौशल को प्रशिक्षित करने के साथ-साथ हस्तक्षेप प्रक्रियाओं की योजना में सुधार करने में मदद कर सकते हैं । इस अध्ययन का उद्देश्य हृदय हस्तक्षेपों के लिए रोगी-विशिष्ट 3 डी-मुद्रित मॉडलों की एक विनिर्माण प्रक्रिया विकसित करना था।
3डी-मुद्रित लोचदार प्रेत बनाने के लिए, यांत्रिक विशेषताओं के संदर्भ में विभिन्न 3डी-प्रिंटिंग सामग्रियों की तुलना पोर्सिन जैविक ऊतकों (यानी महाधमनी ऊतक) से की गई थी। तुलनात्मक तन्य परीक्षणों के आधार पर एक फिटिंग सामग्री का चयन किया गया था और विशिष्ट सामग्री मोटाई को परिभाषित किया गया था। अनाम कंट्रास्ट-एन्हांस्ड सीटी-डेटासेट भूतलक्षी प्रभाव से एकत्र किए गए थे । रोगी-विशिष्ट वॉल्यूमेट्रिक मॉडल इन डेटासेट और बाद में 3 डी-मुद्रित से निकाले गए थे। हस्तक्षेप के दौरान इंट्राल्यूमिनल रक्त प्रवाह का अनुकरण करने के लिए एक पल्साइल प्रवाह लूप का निर्माण किया गया था। क्लीनिकल इमेजिंग के लिए मॉडल्स की उपयुक्तता का आकलन एक्स-रे इमेजिंग, सीटी, 4डी-एमआरआई और (डॉप्लर) अल्ट्रासोनोग्राफी द्वारा किया गया था । एक्स-रे आधारित इमेजिंग में दृश्यता बढ़ाने के लिए कंट्रास्ट मीडियम का इस्तेमाल किया गया । चिकित्सकों के प्रशिक्षण में 3डी-मुद्रित प्रेत के साथ-साथ पूर्व-इंटरवेंशनल थेरेपी योजना का मूल्यांकन करने के लिए विभिन्न कैथेटराइजेशन तकनीकों को लागू किया गया था।
मुद्रित मॉडलों ने एक उच्च मुद्रण संकल्प (~ 30 माइक्रोन) दिखाया और चुनी गई सामग्री के यांत्रिक गुण शारीरिक बायोमैकेनिक्स के बराबर थे। अंतर्निहित रेडियोलॉजिकल डेटासेट की तुलना में भौतिक और डिजिटल मॉडलों ने उच्च शारीरिक सटीकता दिखाई। मुद्रित मॉडल अल्ट्रासोनिक इमेजिंग के साथ-साथ मानक एक्स-रे के लिए उपयुक्त थे। डॉप्लर अल्ट्रासोनोग्राफी और 4डी-एमआरआई ने देशी डेटा से मेल खाते हुए प्रवाह पैटर्न और ऐतिहासिक विशेषताओं (यानी, अशांति, दीवार कतरनी तनाव) को प्रदर्शित किया। कैथेटर आधारित प्रयोगशाला सेटिंग में, रोगी-विशिष्ट प्रेत कैथेटराइज करना आसान था। चिकित्सा योजना और चुनौतीपूर्ण एनाटॉमी पर हस्तक्षेप प्रक्रियाओं का प्रशिक्षण (जैसे, जन्मजात हृदय रोग (CHD)) संभव था।
लचीला रोगी-विशिष्ट हृदय प्रेत 3 डी-मुद्रित थे, और आम नैदानिक इमेजिंग तकनीकों का अनुप्रयोग संभव था। यह नई प्रक्रिया कैथेटर-आधारित (इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल) हस्तक्षेपों के लिए एक प्रशिक्षण उपकरण के रूप में आदर्श है और रोगी-विशिष्ट चिकित्सा योजना में उपयोग किया जा सकता है।
Introduction
व्यक्तिगत चिकित्सा आधुनिक नैदानिक अभ्यास में बढ़ते महत्व प्राप्त कर रहे हैं। मूलतः, वे दो समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है: आनुवंशिक और morphologic दृष्टिकोण । अद्वितीय व्यक्तिगत डीएनए के आधार पर व्यक्तिगत उपचारों के लिए, या तो जीनोम अनुक्रमण या जीन अभिव्यक्ति के स्तर का मात्राकरण आवश्यक है1। एक ऑन्कोलॉजी में इन तरीकों को पा सकते हैं, उदाहरण के लिए, या मेटाबोलिक विकार उपचार2में। प्रत्येक व्यक्ति की अनूठी आकृति विज्ञान (यानी, शरीर रचना) इंटरवेंशनल, सर्जिकल और कृत्रिम चिकित्सा में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। व्यक्तिगत कृत्रिम अंग और पूर्व-हस्तक्षेप/ऑपरेटिव थेरेपी योजना काविकास आज3,4,5अनुसंधान समूहों के केंद्रीय फोकस का प्रतिनिधित्व करता है।
औद्योगिक प्रोटोटाइप उत्पादन से आ रहा है, 3 डी-प्रिंटिंग व्यक्तिगत चिकित्सा6के इस क्षेत्र के लिए आदर्श है। 3डी-प्रिंटिंग को एक योजक विनिर्माण विधि के रूप में वर्गीकृत किया गया है और सामान्य रूप से सामग्री के परत-दर-परत जमाव पर आधारित है। आजकल, विभिन्न मुद्रण तकनीकों के साथ 3डी-प्रिंटर की एक विस्तृत विविधता उपलब्ध है, जो पॉलीमेरिक, जीवविज्ञान या धातु सामग्रियों के प्रसंस्करण को सक्षम करती है। मुद्रण गति में वृद्धि के साथ-साथ 3 डी-प्रिंटर की निरंतर व्यापक उपलब्धता के कारण, विनिर्माण लागत उत्तरोत्तर कम महंगी होती जा रही है। इसलिए, दैनिक दिनचर्या में पूर्व हस्तक्षेप योजना के लिए 3 डी-प्रिंटिंग का उपयोग आर्थिक रूप से संभव हो गया है7।
इस अध्ययन का उद्देश्य रोगी-विशिष्ट या रोग-विशिष्ट प्रेत पैदा करने के लिए एक विधि स्थापित करना था, जो हृदय चिकित्सा में व्यक्तिगत चिकित्सा योजना में इस्तेमाल करने योग्य था। ये प्रेत आम इमेजिंग विधियों के साथ-साथ विभिन्न चिकित्सीय दृष्टिकोणों के साथ संगत होने चाहिए। एक और लक्ष्य चिकित्सकों के लिए प्रशिक्षण मॉडल के रूप में व्यक्तिगत शरीर रचना विज्ञान का उपयोग किया गया ।
Protocol
Representative Results
Discussion
प्रस्तुत कार्यप्रवाह व्यक्तिगत मॉडल स्थापित करने की अनुमति देता है और इस तरह पूर्व-इंटरवेंशनल थेरेपी योजना, साथ ही व्यक्तिगत शारीरिक शरीर रचना पर चिकित्सक प्रशिक्षण करता है। इस लक्ष्य को प्राप्त कर?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस प्रकाशन को जर्मन हार्ट फाउंडेशन/जर्मन फाउंडेशन ऑफ हार्ट रिसर्च ने समर्थन दिया था ।
Materials
| 3-matic | Materialise AB | Software Version 15.0 – Commercial 3D-Modeling Software | |
| Affiniti 50 | Philips Medical Systems GmbH | Ultrasonic Imaging System | |
| Agilista W3200 | Keyence Co. | Polyjet 3D-Printer with a spatial resolution of 30µm | |
| AR-G1L | Keyence Co. | flexible 3D-Printing material | |
| Artis Zee | Siemens Healthcare GmbH | Angiographic X-ray Scanner | |
| cvi42 | CCI Inc. | Software Version 5.12 – 4D Flow Analysis Software | |
| Diagnostic Catheter, Multipurpose MPA 2 | Cordis, A Cardinal Health company | Catheter for pediatric training models, Sizes 4F for infants and 5F for children, young adults | |
| Excor Ventricular Assist Device | Berlin Heart GmbH | 80 -100ml stroke volume | |
| Imeron 400 Contrast Agent | Bracco Imaging | CT – Contrast Agent | |
| IntroGuide F | Angiokard Medizintechnik GmbH | Guidewire with J-tip; diameter: 0.035" length: 220cm | |
| Lunderquist Guidewire | Cook Medical Inc. | (T)EVAR interventional guidewire | |
| MAGNETOM Aera | Siemens Healthcare GmbH | MRI Scanner | |
| Magnevist Contrast Agent | Bayer Vital GmbH | MRI – Contrast Agent | |
| Mimics | Materialise AB | Software Version 23.0 – Commercial Segmentation Software | |
| Modeling Studio | Keyence Co. | 3D-Printer Slicing Software | |
| PVC tubing | |||
| Radifocus Guide Wire M | Terumo Europe NV | Straight guidewire; diameter: 0.035" length: 260cm | |
| Really useful box 9L | Really useful products Ltd. | ||
| Rotigarose – Standard Agar | Carl Roth GmbH | 3810.4 | |
| Solidworks | Dassault Systemes SE | Software Version 2019-2020; CAD Design Software | |
| SOMATOM Force | Siemens Healthcare GmbH | Computed Tomography Scanner | |
| syngo via | Siemens Healthcare GmbH | Radiological Imaging Software |
References
- Goetz, L. H., Schork, N. J. Personalized medicine: motivation, challenges, and progress. Fertility and Sterility. 109 (6), 952-963 (2018).
- Gwin, W. R., Disis, M. L., Ruiz-Garcia, E. Immuno-Oncology in the Era of Personalized Medicine. Advances in Experimental Medicine and Biology. 1168, 117-129 (2019).
- Spetzger, U., Frasca, M., König, S. A. Surgical planning, manufacturing and implantation of an individualized cervical fusion titanium cage using patient-specific data. European Spine Journal. 25 (7), 2239-2246 (2016).
- Gardner, S. J., Kim, J., Chetty, I. J. Modern radiation therapy planning and delivery. Hematology/Oncology Clinics of North America. 33 (6), 947-962 (2019).
- Haglin, J. M., et al. Patient-specific orthopaedic implants. Orthopaedic surgery. 8 (4), 417-424 (2016).
- Liaw, C. Y., Guvendiren, M. Current and emerging applications of 3D printing in medicine. Biofabrication. 9 (2), 024102 (2017).
- Pugliese, L., et al. The clinical use of 3D printing in surgery. Updates in Surgery. 70 (3), 381-388 (2018).
- Kamalian, S., Lev, M. H., Gupta, R., Masdeu, J. C., Gonzalez, R. G. . Handbook of Clinical Neurology. , 3-20 (2016).
- Bücking, T. M., et al. From medical imaging data to 3D printed anatomical models. PLoS One. 12 (5), 0178540 (2017).
- Steinberg, E. L., Segev, E., Drexler, M., Ben-Tov, T., Nimrod, S. Preoperative planning of orthopedic procedures using digitalized software systems. Israel Medical Association Journal. 18 (6), 354-358 (2016).
- Hua, J., Aziz, S., Shum, J. W. Virtual surgical planning in oral and maxillofacial surgery. Oral and Maxillofacial Surgery Clinics of North America. 31 (4), 519-530 (2019).
- Schmauss, D., Haeberle, S., Hagl, C., Sodian, R. Three-dimensional printing in cardiac surgery and interventional cardiology: a single-centre experience. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 47 (6), 1044-1052 (2015).
- Smelt, J. L. C., et al. Operative Planning in thoracic surgery: A pilot study comparing imaging techniques and three-dimensional printing. The Annals of Thoracic Surgery. 107 (2), 401-406 (2019).
- Masaeli, R., Zandsalimi, K., Rasoulianboroujeni, M., Tayebi, L. Challenges in three-dimensional printing of bone substitutes. Tissue Engineering Part B: Reviews. 25 (5), 387-397 (2019).
- Rafiee, M., Farahani, R. D., Therriault, D. Multi-material 3D and 4D printing: A survey. Advanced Science. 7 (12), 1902307 (2020).
- Wang, S., et al. Development and testing of an ultrasound-compatible cardiac phantom for interventional procedure simulation using direct three-dimensional printing. 3D Printing and Additive Manufacturing. 7 (6), 269-278 (2020).
- D’Souza, W. D., et al. Tissue mimicking materials for a multi-imaging modality prostate phantom. Medical Physics. 28 (4), 688-700 (2001).
- Tejo-Otero, A., Buj-Corral, I., Fenollosa-Artés, F. 3D printing in medicine for preoperative surgical planning: A review. Annals of Biomedical Engineering. 48 (2), 536-555 (2020).
- Rotman, O. M., et al. Realistic vascular replicator for TAVR procedures. Cardiovascular Engineering and Technology. 9 (3), 339-350 (2018).
- Hussein, N., et al. Hands-on surgical simulation in congenital heart surgery: Literature review and future perspective. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery. 32 (1), 98-105 (2020).
- Fedorov, A., et al. 3D slicer as an image computing platform for the quantitative imaging network. Magnetic resonance imaging. 30 (9), 1323-1341 (2012).
- Katsura, M., Sato, J., Akahane, M., Kunimatsu, A., Abe, O. Current and novel techniques for metal artifact reduction at ct: practical guide for radiologists. Radiographics. 38 (2), 450-461 (2018).
- Pépin, A., Daouk, J., Bailly, P., Hapdey, S., Meyer, M. E. Management of respiratory motion in PET/computed tomography: the state of the art. Nuclear Medicine Communications. 35 (2), 113-122 (2014).
- Scott, A. D., Keegan, J., Firmin, D. N. Motion in cardiovascular MR imaging. Radiology. 250 (2), 331-351 (2009).
