腹部大動脈組織模倣ヒドロゲル製造超音波エラストグラフィ検証用ファントム

1. NIH の 3 D 印刷 Exchange から STL モデルをダウンロードします。 NIH の 3 D プリント交換 (3dprint.nih.gov) し検索エントリ大動脈動脈瘤ファントム金型のシミュレートを入力、enter キーを押します。 後続の一覧は、検索から返される、モデル「 3DPX 009210」を見つける、そのエントリをクリックしますします。 ダウンロード ボタンをクリックし、その後このファイルをダウンロードするには、ボックスの一覧から大動脈動脈瘤ファントム Mold.zip のシミュレーションファイルをクリックします。 それを解凍し、手順 2.1 2.7 で 3 D プリントに使用するコンピューターに結果ファイル (InnerDistSTL.stl、InnerProxSTL.stl、OuterAntSTL.stl、OuterPostSTL.stl、BackgroundMoldSTL.stl、SampleMoldSTL.stl) を保存するダウンロードしたファイルをダブルクリックします。注: 1 つはまた各手順 1.4 で個別に記載されているファイルをダウンロードできます。 2 金型の 3 D プリント 3 D プリンター インターフェイス ソフトウェアを開き、接続ボタンを使用してプリンターに接続します。 3 D 印刷ソフトウェアにダウンロードした STL ファイルOuterAntSTL.stl (図 1、ブルー) をインポートします。3 D 印刷ソフトウェアで [編集] ボタンを選択し、回転] メニューをクリックすると印刷のベッドに平行軸を合わせてX Y、またはZのボタンをクリックし、モールド部品の向き、金型外印刷のベッドに直面しています。[保存] ボタンをクリックし、印刷ボタンをクリックして印刷ポリ酸 (PLA) プラスチック フィラメントを用いた単一押出機モールド部品。 図 1: ファントム、背景およびサンプル金型の CAD 形式。(a) – (b) 3 D CAD 画像の容器型とアセンブリの部品の方向を。登録スペーサー (i)、ピン (ii)、穴 (iii)、穴を埋めるが表示されます。(c) 内部ルーメン内槽寸法の強調表示の図面。(d) CAD サンプル金型のレンダリング。(e) CAD 背景ファントム金型のレンダリング。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 (図 1、赤) のOuterPostSTL.stlファイルについて手順 2.2 を繰り返します。 X Y、または Z回転でメニューをクリックして印刷の 3 D ソフトウェアに STL ファイルInnerDistSTL.stl (図 1、白) をインポート手順 2.2 から同じプロセスに従う「編集」ボタンを選択し、プリント ベッドおよび印刷のベッドとの接触は、(i) 登録ピンなどに対して垂直な軸を整列するためのボタン。[保存] ボタンをクリックして印刷ボタンをクリックし、単一押出機の PLA プラスチック フィラメントを使用してモールド部品を印刷します。注:、サポート構造を持つこの部分は印刷されません。この印刷部分のない 30% 以上も使用面材を行います。 3 D 印刷ソフトウェアに STL ファイルSampleMoldSTL.stl (図 1d) をインポートします。[編集] ボタンを選択し、回転メニュー [印刷のベッドから金型の内側を向いている部分を配置するX Y、またはZボタンをクリックします。[保存] ボタンをクリックして印刷ボタンをクリックし、単一押出機の PLA プラスチック フィラメントを使用してモールド部品を印刷します。注:、サポート構造を持つこの部分は印刷されません。3 またはよりサンプルの金型を印刷します。 3 D 印刷ソフトウェアに STL ファイルBackgroundMoldSTL.stl (図 1e) をインポートします。「編集」ボタンを選択し、回転メニュー印刷ベッドに直面している (すなわち、シリンダーのクローズド エンド) 金型下部分を配置するX、 Y、またはZのボタン] をクリックしますします。[保存] ボタンをクリックして印刷ボタンをクリックし、単一押出機の PLA プラスチック フィラメントを使用してモールド部品を印刷します。注:、サポート構造を持つこの部分は印刷されません。 3 D 印刷ソフトウェアに STL ファイルInnerDistSTL.stl (図 1、黄色) をインポートします。「編集」ボタンを選択し、回転メニューのように長い軸は印刷のベッドに垂直分岐登録ピン (i) に直面している部分の位置を調整するX Y、またはZボタンをクリックして、ベッドを印刷します。[保存] ボタンをクリックし、印刷ボタンをクリックして印刷ポリ酸 (PVA) のプラスチック フィラメントを用いた単一押出機モールド部品。 手順 2.1-2.7 (図 2、) の 3 D プリント部分からサポート材を取り除きます。注: 彼らはモールド アセンブリと干渉しない場合、外側の金型部品からサポート構造を削除する必要はありません。 図 2: 血管ファントム モールド アセンブリおよび最終的な血管ファントム。(a) 最終は、内側と外側のルーメン金型の金型を印刷しました。内側の腔の遠位端は溶ける PVA プラスチックに印刷され、変形可能なワックスを使用して内部ルーメン金型の近位端に接続されています。(b) 管は、外部ルーメン金型と注射器のストッパーの注入ポートに接続。(c) 柔軟なシーリング材の溶射後内部ルーメン金型。(d) 外部ルーメン金型や硬い動脈瘤ファントムの追加 (赤く染めた) PVA c 内部ルーメン金型のもっこリ側のアセンブリ。(e) における容器金型、クランプします。(f) 変形ワックス PVA c の金型からの漏れを防ぐために外部ルーメン金型の継ぎ目に適用されます。(g) 最終的な PVA c ファントム 5 凍結/解凍サイクルと金型からの除去の後。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 3. ゲルの調製 ガラス ビーカーに水道水 (質量 10%) 200 mL に PVA c 粉末 22.2 g を混ぜます。マイクロ波を沸騰させるソリューションとかき混ぜます。PVA 粉体のすべてが解散したとき、ソリューションが半透明表示されるまでこの手順を繰り返します。 10 mL の水に炭酸カルシウム粉末 (質量 0.2%) 0.4 g を中断し、超音波散乱体として機能するステップ 2.1 からソリューションに追加します。ミックス徹底的。ソリューションをカバー (RT) 室温に冷却するようにし、なさい。メモ: 均質ファントム ステップ 3.5 にスキップします。 独立したガラス ビーカーに 100 mL の水道水 (15% 質量または必要に応じて) PVA c 粉の 17.6 g を混ぜます。マイクロ波を沸騰させるソリューションとかき混ぜます。すべての PVA の粉が溶けてソリューションが半透明表示されるまでこの手順を繰り返します。 5 mL の水で炭酸カルシウム粉末 (質量 0.2%) 0.4 g の中断およびステップ 2.3 からソリューションに追加。ミックス徹底的。ソリューションをカバーでき、RT に冷却します。 別の大鍋で 3.5 L の水道水 (固まりによって 5%) に PVA c 粉末 183.7 g を混ぜます。ソリューションを沸騰させるが、かき混ぜます。PVA の粉が溶けて、ソリューションが半透明表示されます一度の暑さからポットを削除します。 10 mL の水に炭酸カルシウム粉末 (質量 0.2%) の 7.4 g を中断およびステップ 2.5 からソリューションへ追加。ミックス徹底的。ソリューションをカバーでき、RT に冷却します。 4. 金型の組立 約 100 mm のフレキシブル チューブを外部ルーメン金型の射出ポートに接続します。チューブの反対側の端、シリンジ接続 (図 2b) で活栓を接続します。 内部ルーメン金型の登録ピン位置を合わせます、膨らんだ容器ストレート容器内部ルーメン金型部に内部ルーメン金型部変形可能なワックスを使用して、付着します。 よく換気された場所でヒドロゲルの成形プロセス (図 2c) 中に PVA モールド部品の溶解を防ぐために内部ルーメン金型の動脈瘤の端にスプレーの柔軟なラバー コーティングを適用します。注: 均質ファントム 4.6 ステップに進みます。 に直面している外側の金型の動脈瘤の部分の大きい側を 15 ml 3.3 3.4 (図 2b) の手順で作成したソリューションの膨らみを入力します。フロント外側のモールド パーツ (図 2d) で組み立てられた内部金型部品を配置します。場所の内部ルーメンの一部を保持するためにゴムバンドを使用します。注:図 2PVA c が視認性は赤で染めています。 12 時間-20 ° C のフリーザーで金型アセンブリを固定、冷凍庫から取り出してください。金型アセンブリ雪解けでソリューションをさせることがなくステップ 4.6 に移動します。 (ステップ 4.4) を凍結する金型を待っている間印刷サンプル型のバック面に変形可能なワックスの寛大な量を適用し、(図 3、) 10 mm 60 mm で約 100 mm の最小サイズにカット フラットなプラスチック シートにそれをクランプします。4.3 ステップで使用される同じ PVA の水溶液で金型とプラスチック シート間のスペースを埋めます。ステップ 4.4 で容器の金型と同じ冷凍庫 (-20 ° C) の金型サンプルを凍結します。 図 3: サンプル金型と最後のサンプルと背景ファントム。(a) 金型サンプルと透明なプラスチック シートをクランプします。PVA c は金型サンプルに注がれて、気泡が表面に許可されます。(最終的な凍結/融解サイクル後 b) PVA c サンプル。(c) 実験米国ファントムのイメージング セットアップ シミュレーター ポンプに接続し、ファントムは PVA c 背景に配置。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 図 1は 1 b (図 2e) に示す向きで一緒に全体の容器の金型をクランプ、組み立てます。ヒドロゲルが注入 (図 2f) 中に漏洩しないように変形可能なワックスを使用して外部ルーメン金型の継ぎ目を行します。 ステップ 3.1 と 3.2 で行われた PVA c ソリューションで 60 mL の注射器を満たしなさい。金型の分岐端と注入されたソリューションでの金型のアセンブリ回避空気の泡に PVA c ソリューションを挿入します。注: 注入中の任意の漏れが発生した場合、注入とパッチ変形ワックス漏洩地域を一時停止します。注射器注射を繰り返して PVA c ソリューション金型を塗りつぶします。 座って 30 分、タッピング金型の金型の上部に上昇する空気の泡を許可するように、10 分ごとに軽くモールドを許可します。必要に応じて注射器注入を繰り返します金型の締めくくりに。12 h の全体モールド アセンブリを凍結し、冷凍庫から削除します。12 h の常温解凍しモールド アセンブリを許可します。 カット フラットなプラスチック シートの説明、組み立て (ステップ 4.8) を凍結する金型を待っていると、別のサンプル金型をクランプで 4.5 (図 3、) はステップします。ステップ 4.7 で使用される同じ PVA の水溶液で金型とプラスチック シート間の空間を埋めます。凍結し、同じ冷凍庫 (-20 ° C) で、ステップ 4.8 容器金型とステップ 4.5 の金型サンプルと同時に金型サンプルを解凍します。 凍結し解凍容器金型と手順 4.5 から両方サンプル金型、4.8 と 4.9 あと 4 回、合計 5 24 h フリーズ/フリーズ解除のサイクルします。5回凍結/融解サイクル後の金型 (図 3b) から PVA c テスト サンプルを削除します。サンプルから任意の余分なレゾルシノールーアセトアルデヒドをトリミングし、ボリューム漂白剤/水溶液室温で 5% の密封された容器で保存 外部ルーメン金型から PVA c 容器を削除します。慎重に動脈瘤の部分から別の内部ルーメン金型部ストレート容器、PVA c 容器から取り出します。印刷された PVA 繊維を公開する動脈瘤内部ルーメン金型部の分岐端から登録スペーサーをカットします。PVA の動脈瘤の一部を溶解させる常温水バスに配置します。注: これは 24 時間以上かかる場合があります、ただし、溶解プロセスの速度がお風呂にお湯を追加します。 溶解と PVA を削除血管ファントムの中から一部を印刷後は、ボリューム漂白剤/水溶液室温で 5% の密封された容器で怪人を格納します。 約 3.3 l ステップ 3.5、3.6、PVA c ソリューションの背景型を入力します。(-20 ° C) 12 h の背景金型を凍結し、冷凍庫から削除します。12 h の常温解凍し、2 凍結/解凍サイクルの合計は繰り返し金型を許可します。 ステップ 4.13 として同時に塗りつぶしと同じ PVA c ソリューション サンプル金型アセンブリ ステップ 4.13 で使用され、背景の金型と同じフリーズ/フリーズ解除のサンプルを介してそれを置きます。 2nd雪解け後背景サンプルとファントムの背景、金型から削除、ボリューム漂白剤/水溶液室温で 5% の密封された容器で保存 5. ファントムとサンプル ・ テスト 大水浴に血管ファントムと背景ファントムを配置します。循環水ポンプ42,43用チューブ ・ クランプ (図 3c) を使用しての出力に大きな容器端に取り付けます。船バック グラウンドでファントム ファントム置き、循環ポンプ用チューブ ・ クランプを使用してに入口に幻の分岐端を添付します。 容器、ポンプ循環ポンプの入口の近くのシステムで固体圧力センサー カテーテルを配置します。壁変形の圧力が 0 kPa の最小値と、最大 7.5 kPa (図 4、) 間、循環ポンプを実行します。 図 4: プロトコルをイメージングします。(a) 内圧測定ファントム画像のセットアップ中に。(b) 代表的な最小の圧力で幻の B モード画像では。(c) 最高圧力で B モード。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 最大血管径 (図 4b 4 c のの位置の断面における背景と血管ファントムの US 像を収集するために約 5 MHz の中心周波数で超音波 (US) システムと凸型探触子を使用します。).(図 4、) デジタル信号集録システムを使用して圧力のデータを記録します。注: この手順の画像の取得を実行するための詳細は、ミックスら44で見つけることができます。 非剛体イメージ登録ベースの手法を使用してミックスらによる変位推定を取得します。44. 二次元 (2 D) 変位の測定から (私u(x))、フィールドは勾配の対称部分を評価することによって 2次元歪テンソル場 (εij(x)) を計算変位場: その後、次の方程式を用いた歪テンソル場の最大の主成分として最大主ひずみ (εp) を計算します。 最後に、空間分解ピーク圧力と最大および最小のカテーテルの違いによって、このひずみテンソル分野測定圧 (図 4、)、またはパルス圧力 (PP)、除算で主ひずみのフレームを決定します。圧力は、原則としてひずみ (εp/グリップ) を正規化します。 図 5: 圧力ひずみ画像の正規化します。正規化されたひずみ (εp/グリップ) in%/kPa 測定質量血管ファントム (a) と質量 (b) 15%、20% 質量質量前方 25% と不均質ファントムで均質な 10% の容器内の圧力を表すイメージ脳動脈瘤セクション (船の上)。この図は、ミックスらから変更されています。44.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。