뇌종양 수술 계획을 위한 초음파 및 엑스레이 대비를 가진 환자 특정 폴리비닐 알콜 팬텀 제조

이 연구는 헬싱키 선언에 표현 된 원칙에 따라 실시되었으며 NHS 건강 연구 기관 및 연구 윤리위원회 (18/LO /0266)에 의해 승인되었습니다. 정보에 입각한 동의가 얻어졌고, 모든 이미징 데이터는 분석 전에 완전히 익명화되었습니다. 1. 데이터 수술 전 콘트라스트 강화 된 T1 가중 자기 공명 이미징 (MRI) 및 체적 계산 단층 촬영 (CT) 데이터를 가져옵니다. 의학(DICOM) 형식의 디지털 이미징 및 커뮤니케이션 을 취득한 경우, 처리 및 분석을 위해 신경 이미징 정보학 기술 이니셔티브 26(NiFTI) 형식으로 변환합니다. 수술 중 초음파 데이터를 가져옵니다. 2. 세분화 소프트웨어를 설치하여 환자 데이터를 세분화합니다. 두개골 세분화참고 : 두개골을 분할하는 데 관련된 단계는 크레머와 퀴글리가 설명 한 단계를 광범위하게 따릅니다.27 에 https://radmodules.com/적당히 크기의 두개골 절제술을 만들기 위해 적응되어 있습니다.세분화 소프트웨어에서 환자의 볼륨 CT 스캔을 로드하고 세그먼트 편집기 모듈을 열고 ‘Skull’이라는 새로운 세분화를 만듭니다. ‘임계값’함수를 사용하여 두개골을 강조 표시합니다. 원치 않는 세분화(예: 피부 석회화, 하악, C1/2, 스타일로이드 공정, CT 환자 프레임 및 이미지 내에 포함된 주석)를 제거합니다. ‘지우기’기능을 사용하여 원치 않는 구조물을 수동으로 분리한 후 3D로 모델을 볼 때 부품을 제거하고’제도’기능을 사용하여’가위’기능을 사용합니다. ‘페인트’와’그리기’기능(예: 라미나 파피라사, 마스토이드 뼈및 유스로이드 뼈의 피질 가장자리)를 사용하여 임계값을 사용하는 동안 놓친 세분화의 간격을 수동으로 수정합니다. ‘페인트’와’그리기’기능을 사용하여 포맨 매그넘을 채우고 팬텀 모델의 하부를 확보할 수 있는 5mm 돌출 스파이크를 만듭니다.참고: 스파이크의 위치는 관상 및 좌활한 이미지 평면에서 가장 잘 결정됩니다. ‘스무딩’ 기능을 적용합니다. 1.0mm(3× 3× 1픽셀)의 중앙스무딩 설정을 사용하여 손실된 세부 정보를 최소화합니다.참고: 팬텀 모델에 완전한 손상되지 않은 두개골(예: 적절한 위치의 두개골 절제술을 만드는 외과 시뮬레이션을 용이하게 하기 위해)을 포함해야 하는 경우 2.2.15단계로 이동하십시오. 그러나 모델에서 두개골 절제술이 필요한 경우 2.2.7 ~ 2.2.14 단계를 완료합니다. ‘추가’를클릭하여 새 세분화를 추가하고 ‘두개골 두개골 절제술’이라고 지정합니다. ‘세분화’ 모듈에서 ‘복사/이동 세그먼트’ 탭을 사용하여 ‘두개골 두개골’ 분할을 ‘두개골 두개골 두개골’로 복사합니다.참고: 2.2.9 ~ 2.2.13 단계에 설명된 기능을 수행하기 위해서는 ‘두개골’과 ‘두개골 두개골 절제술’ 세분화가 모두 필요합니다. ‘두개골 두개골 절제술’에서 적당히 크기의 두개골 절제술을 제거하는’가위’기능을사용합니다.참고: 이런 식으로 두개골 절제술을 만들면 반대편에 두개골이 추가되어 2.2.11에서 2.2.14 단계의 필요성이 필요합니다. ‘추가’를 클릭하고 새 세분화를 추가합니다. ‘두개골 절제술 전용’이라는 이름입니다. ‘두개골 절제술 만’에서 세분화 ‘두개골 두개골 절제술’을 선택하고 ‘두개골’에서 ‘두개골 두개골’을 빼는’논리적 연산자’기능’을 사용합니다. ‘가위’를사용하여 종양의 올바른 면에 원하는 두개골 절제술을 제외한 모든 것을 지우고 ‘두개골 절제술 만’을 절약하십시오. ‘두개골 두개골 절제술’에서 ‘두개골’에서 ‘두개골만’을 빼고 저장하는’논리적 연산자’를사용합니다. ‘세분화’ 모듈을 열고 스테레오리소그래피(STL) 파일로 ‘두개골 두개골 절제술’을 내보냅니다. 3D 모델링 소프트웨어를 열고 STL 파일 ‘두개골 두개골 두개골 절제술’을 가져옵니다.참고: 모델이 스트라이프 핑크로 나타나면 전체 모델을 선택하여’플립 노멀’기능을완료합니다(| 두 번 클릭)다음’편집 | 플립 노멀’. 이제 모델이 회색으로 바뀌고 편집할 수 있습니다. ‘개체보기 브라우저’가켜져 있는지 확인합니다. 계산 시간을 개선하기 위해 삼각형 수를 줄입니다. 전체 모델선택(| 선택 두 번 클릭하면 모델이 주황색으로 바뀝니다)’편집 | ‘를 줄입니다. 기본’감소’함수는 50%로 설정되므로 원하는 감소가 이루어질 때까지 반복됩니다. 총 삼각형 수와 500,000을 목표로 합니다. ‘스무딩’기능을 적용하여’모양 보존’상자가 체크된 상태로 유지됩니다. 다음 전체 모델을 선택 ‘변형 | 매끄러운’. ‘분석’을 클릭한 다음 ‘Inspector’를클릭하고 이 기능을 사용하여 모델의 작은 결함을 감지하고 자동 수리를 클릭합니다(‘플랫필’선택 제안). ‘두개골’을 잘라’편집/평면’절단 기능을 사용하여 상하를 만듭니다. ‘두슬라이스 유지’와’다시 메시’ 채우기 유형을 선택합니다. 두개골을’샤더’기능으로 투명하게 바꾸고 두개골베이스와 평행하도록 평면을 조정합니다. ‘편집 | 선택하여 쉘을 분리합니다. 개체브라우저 내에서 셸 ‘을 분리하고 ‘Skull_Top’과 ‘Skull_Bottom’의 이름을 바꿉니다.참고: 위치를 이동하지 마십시오. 눈 아이콘을 클릭하여 보기에서 하나 또는 다른 아이콘을 제거합니다. ‘메쉬믹스’를 클릭한 다음 ‘실린더’를선택하여 다울을 만들고 크기× 10mm × 4mm로 편집(‘편집| 변환’). 눈 아이콘을 클릭하여 ‘Skull_Bottom’를 숨깁니다. ‘편집 | 선택 ‘평면을 정렬합니다. 투명 실린더가 추가로 나타납니다. ‘정렬’ 창에서 ‘소스’와 ‘표면 점’에 대해 ‘표면 점'(왼쪽 클릭 종료 투명 실린더)을 선택합니다(시프트 + 좌측 클릭 ‘Skull_Top’)에 대해 ‘대상’에 대해 선택합니다. ‘편집| 사용 녹색화살표를 사용하여 다웰을 두개골로 변환하고 파란색과 빨간색 화살표로 위치를 조정합니다. ‘Dowel_Anterior’의 이름을 바꿉니다. 개체 브라우저에서 3개의 복사본을 만들고 ‘Dowel_Posterior’, ‘Dowel_Left’, ‘Dowel_Right’의 이름을 바꿉니다. ‘편집 | 사용하여 각 다웰을 원하는 위치로 이동 ‘기능을 변환합니다.참고: 녹색 평면에서 다웰의 위치를 이동하거나 변경하지 마십시오. 각 복사본을 만들지만 모든 복사본을 동일한 위치에 보관하고 추가 다웰을 만들고 10mm × × 3mm로 크기를 조정합니다. ‘부울 차이’기능을 사용하여 두개골에 다울에 대한 구멍을 만듭니다. 먼저 ‘Skull_Top’을 선택한 다음 개체 브라우저에서 다울을 선택합니다. ‘부울 차이’탭에서’자동 감소’가꺼져 있는지 확인합니다. 각 다웰에 대해 차례로 반복합니다. ‘Skull_Top’를 숨기고 ‘Skull_Bottom’을 차례로볼 수 있습니다. 별도의 이진 STL 파일로 ‘Skull_Top’, ‘Skull_Bottom’, ‘다울’을 내보냅니다. 뇌 조직 세분화 http://niftyweb.cs.ucl.ac.uk/program.php?p=GIF 출력을 다운로드하는 뇌의 대비 향상 된 T1 MRI를 업로드합니다. 이것은 뇌 추출 및 조직 세분화를 수행하기 위해 측지 정보 흐름 (GIF) 알고리즘(28)을 활용하는 T1 가중 이미지를위한 오픈 소스 측지 도구입니다. 분할 소프트웨어를 열고 대비가 향상된 T1 MRI 및 GIF 측량 출력 파일을 로드합니다. ‘세그먼트편집기’모듈을 열고 새 세분화를 만듭니다. 적절한 레이블을 선택하고 결합하여 단일 분할을 형성합니다. 예를 들어, 대뇌 및 디엔세팔론 라벨 맵을 결합하여 ‘뇌’와 중뇌, 뇌간, 소뇌 및 부레미안 구조라고 하는 하나의 모델을 만들어 ‘소뇌’라고 불리는 두 번째 모델을 만들 수 있다. ‘스무딩’기능(중앙값 2.00mm, 5× 5× 3픽셀)을 사용합니다. ‘가위’기능을 사용하여 원치 않거나 잘못된 세분화를 제거합니다. ‘뇌’와 ‘소뇌’ 세분화를 저장합니다. ‘세분화’를열고 STL 파일로 ‘브레인’과 ‘소뇌’를 내보냅니다. 종양 세분화 분할 소프트웨어를 열고 대비가 향상된 T1 MRI를 로드합니다. ‘세그먼트편집기’모듈을 열고 ‘종양’이라는 새로운 세분화를 만듭니다. ‘임계값’기능을 사용하여 종양을 강조표시합니다. ‘페인트’,’그리기’,’지우기’함수를 사용하여 세분화를 수정합니다. ‘스무딩’기능(중앙값 2.00mm 5 x 5 x 3픽셀 제안)을 적용합니다. ‘Cerebellum_Tumor’라는 새 세분화를 만듭니다. ‘논리적 연산자’를 사용하여 ‘소뇌’ 모델과 ‘종양’을결합하여 | ‘함수를 추가합니다. ‘종양’과 ‘Cerebellum_Tumor’ 세분화를 저장합니다. ‘세분화’를열고 STL 파일로 ‘종양’과 ‘Cerebellum_Tumor’를 내보냅니다.참고: 세분화 과정이 끝나면 ‘Skull_Top’, ‘Skull_Bottom’, ‘다울’, ‘뇌’, ‘소뇌’, ‘종양’, ‘종양’, ‘Cerebellum_Tumor’의 파일이 제공됩니다. 3.3D 뇌/종양 금형 및 두개골 인쇄 뇌와 종양 금형 만들기 3D 모델링 소프트웨어의’평면 컷’도구를 사용하여 ‘브레인’ 세분화를 두 반구로 분할합니다. 별도의 STL 파일 ‘뇌 오른쪽’과 ‘뇌 왼쪽’으로 각 반구를 저장합니다. STL 파일 ‘종양’을 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어로 가져옵니다. ‘메시’탭을 클릭한 다음’축소’기능을 사용하여 모델의 크기를 줄여 프로그램에서 처리할 수 있도록 하는 것이 목표이며, 목표는 필요한 모든 세부 정보를 유지하면서 가능한 한 크기를 줄이는 것입니다. ‘솔리드’ 탭을 클릭하고’메시에서 BRep’도구를 사용하여 가져온 메시를 조작할 수 있는 본체로 변환합니다. 이 작업을 완료할 수 없는 경우 3.1.3 단계에서 메시가 충분히 줄어들지 않았습니다. ‘다음’상자’를만들고종양 주위에 상자를 그립니다 클릭합니다. 이를’새 바디’로만들고 보기를 회전하여 상자가 모든 면에서 종양을 완전히 둘러싸도록 선택합니다. 수정 탭에서’결합’도구를 사용하여 상자(대상 바디’)에서종양(도구 본체)을잘라냅니다. 그러면 종양의 빈 모양이 있는 상자를 그 안에 남깁니다. 빈 상자가 있는지 확인합니다. 이 상자를 적절한 수의 조각으로 잘라서 금형이 채워지면 내부의 팬텀을 손상시키지 않고 떨어져 소중히 여겨질 수 있습니다. 여기에 종양의 경우 상자를 두 개로 분할하는 것으로 충분하지만 유령의 다른 부분에는 더 많은 조각이 필요합니다. 금형을 절단해야 하는 위치에서 상자를 통해 평면을 만듭니다. ‘다음 ”중간 평면’을구성 ‘ 확인 란의 중앙을 통해 평면을 만들 려면 ‘생성. 생성된 평면을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고’오프셋 평면’을선택하여 평면을 보다 정확하게 배치합니다. ‘수정’탭에서’분할 바디’기능을 사용하여 생성된 평면을 따라 금형을 분할합니다. 금형의 개별 조각을 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고’이동/복사’를선택하여 모든 조각이 바깥쪽을 향할 수 있도록 합니다. ‘스케치만들기’를클릭하고 각 면에 작은 원을 그리며 금형의 각 조각의얼굴에 리벳을 추가합니다. 마우스 오른쪽 버튼으로’돌출’이 원동은 한 얼굴에 몇 밀리미터 바깥쪽으로 바깥쪽으로 돌출하여 해당 면에 안쪽으로 돌출합니다.참고: 안쪽으로 압출된 원은 바깥쪽으로 압출된 원보다 약간 더 커야 하므로 함께 잘 어울립니다. 금형의 각 조각을 별도의 STL 파일로 저장합니다. ‘뇌 좌측’, ‘뇌우’, ‘소뇌종양’을 위한 3.1.4 – 3.1.14 단계를 반복한다.참고: 금형을 만들기 위해 ‘소뇌자’가 아닌 파일 ‘소뇌종양’을 사용하면 금형이 시공 중에 삽입될 종양에 대한 공간을 갖게 된다는 것을 의미합니다. 3D 금형 인쇄 설치 또는 3D 프린팅 소프트웨어를 엽니다. 인쇄 소프트웨어의 금형의 각 조각에 대한 STL 파일을 열고 빌드 플레이트에 평평하게 배치되도록 회전합니다. 빌드 플레이트에 여러 금형 조각을 추가하고 동시에 인쇄 할 수 있습니다. 큰 층 높이(약 0.2mm)와 낮은 채우기 값(약 20%)을 선택합니다. 더 빠른 인쇄를 위해. 폴리락산(PLA)과 같은 단단한 소재를 사용하여 금형을 인쇄합니다. 금형이 적절하게 배치되면 지지 재료가 필요하지 않습니다. 두개골 인쇄 인쇄 소프트웨어에서 ‘Skull Top’ 파일을 열고 큰 레이어 높이(약 0.2mm)와 낮은 채우기 값(약 20%)을 선택합니다. 두개골 모델을 PLA로 인쇄하지만 3.2.3 단계와 는 달리 지원 재료가 필요하므로 소프트웨어에서’지원 추가’를선택하십시오. PVA는 나중에 물로 용해 될 수 있으므로 지지 재료로 사용됩니다. ‘두개골 바닥’에 대한 3.3.1 및 3.3.2 단계를반복합니다. 두개골의 위쪽과 바닥이 인쇄되면 밤새 물에 잠그면 PVA 지지물질을 녹입니다.참고: 따뜻한 물을 사용하는 경우 지지 재료가 훨씬 빠르게 녹지만 물이 너무 따뜻하면 인쇄된 PLA를 변형시게 됩니다. 따라서, 시원한 물을 사용하고 하룻밤 사이에 물에 잠긴 인쇄를 두는 것이 바람직하다. 4. PVA-c 준비 PVA 파우더 200g을 측정하고 측면으로 설정합니다. 1800g의 탈이온화된 물을 90°C로 가열하고 2L 원추형 플라스크에 추가합니다.참고: PVA 분말이 쉽게 녹을 수 있도록 물은 거의 끓여야 하지만 물이 100°C에 도달하면 일부는 증발로 손실되어 피해야 합니다. 90°C로 설정된 온도 조절 수조에서 원추형 플라스크를 중단합니다. 플라스크에 전자 교반기를 배치하여 바닥이나 측면을 만지지 않도록 하고 속도를 1500 rpm으로 설정합니다.참고: 물이 균등하게 저어지고 있고 측면이나 바닥에 정체된 점이 없는지 확인합니다. 점차적으로 원추형 플라스크에 PVA 파우더를 넣고 약 30분 이상 을 넘은 다음, 90분 정도 저어줍니다. 결과 겔은 조직을 모방하는 물질 PVA-c이다. 수조에서 원추형 플라스크를 제거하고 비커에 내용물을 붓습니다. PVA-c 위에 피부가 형성되는 것을 방지하기 위해 필름으로 상단을 덮습니다. PVA-c를 실온(약 20°C)으로 식힙니다. 냉각되면 PVA-c가 투명합니다. PVA-c에서는 작은 흰색 결정이 보일 수 있지만 표면에 나타나는 거품은 부드럽게 긁어야합니다. 방부제로 PVA-c에 0.5w/w% 칼륨 소르바테를 넣고 수동으로 잘 저어줍니다. PVA-c는 금형에 붓기 전에 며칠 동안 필름에 달라붙는 경우 실온에 남을 수 있습니다. 5. 팬텀 어셈블리 종양 금형을 비커로 채우기에 충분한 PVA-c를 측정합니다. 종양용 PVA-c에 초음파 대비를 위해 1w/w% 유리 마이크로스피어를 추가하고 X선 대비를 위해 황산염을 5w/w% 넣고 손으로 저어줍니다.참고: 이러한 백분율이 측정 가능한 양이되도록 종양에 대한 과도한 PVA-c를 측정해야 할 수도 있습니다. 첨가제의 균일한 혼합을 보장하기 위해 비커를 초음파 처리합니다. 식히고 형성 된 거품이 약 10 분 동안 탈출 할 수 있도록 방치 한 다음 표면에서 거품을 긁어 냅니다.참고: 유리 구가 추가된 후, 더 이상 10분 정도가 아닌, 유리 구가 비커의 바닥에 정착하기 때문에 PVA-c를 금형에 붓기 전에 장시간 방치하지 마십시오. 팬텀이 얼어 붙으면 더 이상 문제가 되지 않으며 최종 팬텀은 실온에서 사용할 수 있습니다. 종양 금형을 함께 고정 (테이프는 금형의 조인을 커버하는 데 사용할 수 있습니다) 금형의 상단에구멍을 통해 PVA-c에 부어. 붓는 과정에서 형성된 거품이 구멍을 통해 탈출할 수 있도록 몇 분 간 방치한 다음 냉동실에 바로 넣습니다. 종양에 두 개의 동결 해동 주기를 수행; 여기서 각 사이클은 -20°C에서 6h의 동결과 실온에서 해동6h로 구성된다. 그런 다음 금형에서 조심스럽게 제거하십시오. 소뇌 금형에 종양을 해당하는 공간에 넣은 다음 나머지 소뇌 금형을 구성하고 함께 고정하십시오. 나머지 PVA-c에 0.05 w%의 유리 마이크로스피어를 추가한 다음 5.1.3 및 5.1.4 단계를 반복합니다. PVA-c를 소뇌 몰드에 붓고 내부에 배치된 종양을 둘러싸도록 합니다. 또한 각 뇌 반구의 금형에 혼합물을 붓습니다. 각 뇌 반구와 소뇌에 두 개의 동결 해동 주기를 수행; 여기서 각 사이클은 -20°C에서 24h의 동결과 실온에서 해동24h로 구성된다.참고: 12h 동결이 있는 사이클과 12h 해동이 효과가 있어 팬텀을 더 적은 시간에 생성할 수 있습니다. 24 h는 12 h마다 실험실로 돌아오지 않도록 응용 프로그램의 용이성을 위해 선택되었습니다. 팬텀이 두 번째로 해동되면 금형에서 조심스럽게 제거하고 인쇄 된 두개골에 넣습니다.참고: 사용하지 않을 때는 완성된 PVA-c 팬텀을 냉장고의 밀폐 용기에 보관해야 하며, 이러한 방식으로 몇 주 동안 보관할 수 있습니다. 완성을 위해 ‘ 두개골 바닥’ 모델의 기저부에 스파이크에 ‘소뇌 종양’ 유령을 놓습니다. 두 뇌 반구의 모델 (‘뇌 왼쪽’과 ‘뇌 오른쪽’) 상단에 배치하고 ‘소뇌 종양’의 가장 상부에 슬롯. 각 공간에 4개의 다웰을 ‘해골 바닥’ 모델에 배치하고 ‘스컬 탑’ 모델을 위에 놓습니다. 필요한 경우 모델은 수술 중 수술 중 사용을 시뮬레이션하기 위해 원하는 위치로 기동될 수 있습니다. 6. 팬텀 이미징 초음파 이미징 화상 진찰 프로브에 초음파 젤을 바하십시오.참고: 젤은 수술 중 사용되지 않지만 시뮬레이션에 사용될 수 있으며 획득된 이미지의 임상 워크플로우 또는 품질을 크게 변경하지 않습니다. 임상 스캐너와 버 구멍 프로브와 함께 두개골 절제술을 통해 뇌와 종양을 이미지합니다. CT 이미징 CT 스캐너의 전체 팬텀을 이미지화합니다.