중재 계획 및 교육을 위한 3D 인쇄 심장 혈관 팬텀의 개발 및 평가
Summary
여기에서 우리는 다중 모달 치료 평가, 사전 중재 계획 및 심장 혈관 해부학에 대한 의사 훈련을위한 모의 순환 설정의 개발을 제시합니다. 환자 별 지형 검사를 적용하면 이 설정은 개별화된 의학의 치료 적 접근, 교육 및 교육에 이상적입니다.
Abstract
카테터 기반 개입은 심혈관 병리를 위한 표준 치료 옵션입니다. 따라서 환자 별 모델은 의사의 와이어 기술을 훈련하고 중재 절차의 계획을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 연구의 목적은 심혈관 내정간섭을 위한 환자 특정 3D 인쇄 모형의 제조 프로세스를 개발하는 것이었습니다.
3D 프린팅 탄성 팬텀을 생성하기 위해, 다른 3D 프린팅 재료는 기계적 특성의 관점에서 돼지 생물학적 조직 (즉, 대동맥 조직)에 비교되었다. 피팅 재료는 비교 인장 테스트및 특정 재료 두께에 기초하여 선택되었다. 익명대비 강화CT 데이터 집합은 소급하여 수집되었습니다. 환자 별 체적 모델은 이러한 데이터 집합에서 추출되었으며 이후에는 3D 인쇄되었습니다. 맥동 류루프는 내정간섭 도중 장루 혈류를 시뮬레이션하기 위하여 건설되었습니다. 임상 이미징에 대한 모델의 적합성은 엑스레이 이미징, CT, 4D-MRI 및 (Doppler) 초음파 촬영에 의해 평가되었습니다. 대비 매체는 엑스레이 기반 이미징의 가시성을 향상시키는 데 사용되었습니다. 다른 카테터화 기술은 의사의 훈련뿐만 아니라 사전 개입 치료 계획에 3D 인쇄 팬텀을 평가하기 위해 적용되었다.
인쇄 된 모델은 고인쇄 해상도 (~30 μm)와 선택한 재료의 기계적 특성이 생리 생체 역학과 비교할 수 있음을 보여주었습니다. 물리적 및 디지털 모델은 기본 방사선 데이터 집합과 비교할 때 높은 해부학적 정확도를 보였습니다. 인쇄 모델은 초음파 이미징뿐만 아니라 표준 엑스레이에도 적합했습니다. 도플러 초음파 검사 및 4D-MRI는 네이티브 데이터와 일치하는 흐름 패턴 및 랜드마크 특성(즉, 난기류, 벽 전단 응력)을 표시했습니다. 카테터 기반 실험실 환경에서 환자 별 팬텀은 쉽게 카테터화할 수 있었습니다. 도전적인 해부학에 대한 중재 절차의 치료 계획 및 훈련 (예를 들어, 선천성 심장 질환 (CHD)) 가능했다.
유연한 환자 별 심혈관 팬텀은 3D 프롬프팅되었고, 일반적인 임상 영상 기술의 적용이 가능했다. 이 새로운 과정은 카테터 기반 (전기 생리학) 내정간섭을 위한 훈련 공구로 이상적이고 환자 특정 치료 계획에 사용될 수 있습니다.
Introduction
개별화된 치료는 현대 임상 사례에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 본질적으로, 그들은 두 그룹으로 분류 될 수있다: 유전 및 형태학적 접근. 독특한 개인 DNA에 기초한 개별화된 치료의 경우, 게놈 시퀀싱 또는 유전자 발현 수준의 정량화가 필요합니다1. 하나는 종양학에서 이러한 방법을 찾을 수 있습니다, 예를 들어, 또는 대사 장애 치료2. 각 개인의 독특한 형태 (즉, 해부학)는 중재, 외과 및 보철 의학에서 중요한 역할을합니다. 개별화된 보철물의 개발 및 사전 개입/수술 전 치료 계획은오늘3,4,5의연구 그룹의 중심 초점을 나타낸다.
산업용 프로토타입 생산에서 나오는 3D 프린팅은 이 맞춤형 의학6분야에 이상적입니다. 3D 프린팅은 적층 제조 방법으로 분류되며 일반적으로 재료의 계층별 증착을 기반으로 합니다. 요즘에는 다양한 인쇄 기술을 갖춘 다양한 3D 프린터를 사용할 수 있으므로 중합체, 생물학적 또는 금속 물질을 가공할 수 있습니다. 3D 프린터의 지속적인 광범위한 가용성뿐만 아니라 인쇄 속도가 증가함에 따라 제조 비용은 점차 저렴해지고 있습니다. 따라서 일상 생활의 사전 개입 계획에 3D 프린팅을 사용하면 경제적으로 실현 가능한7이되었습니다.
이 연구의 목적은 심혈관 의학에서 개별화된 치료 계획에서 사용할 수 있는 환자 특정 또는 질병 특정 팬텀을 생성하는 방법을 수립하는 것이었습니다. 이 팬텀은 일반적인 화상 진찰 방법 및 다른 치료 접근에 대해 서도 호환되어야 합니다. 추가 목표는 의사를 위한 훈련 모형으로 개별화된 해부학의 사용이었습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
제시된 워크플로우는 개별화된 모형을 설치하고 그으로 개별화된 해부학에 대한 의사 훈련뿐만 아니라 사전 중재 치료 계획을 능력을 발휘할 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 환자 별 토모그래피 데이터는 유연한 심혈관 팬텀의 세분화 및 3D 프린팅에 사용할 수 있습니다. 이러한 3D 프린팅 모델을 모의 순환에서 구현함으로써 다양한 임상 상황을 현실적으로 시뮬레이션할 수 있습니다.
<p class…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 출판물은 독일 심장 재단/ 독일 심장 연구 재단에 의해 지원되었다.
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
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