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Bioengineering

Patientenspezifische Polyvinylalkohol-Phantomfertigung mit Ultraschall- und Röntgenkontrast für die Planung von Hirntumorchirurgie

Published: July 14, 2020
doi:
10.3791/61344
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1Wellcome / EPSRC Centre for Interventional and Surgical Sciences,University College London, 2Department of Medical Physics and Biomedical Engineering,University College London, 3Department of Neurosurgery,National Hospital for Neurology and Neurosurgery, 4School of Biomedical Engineering & Imaging Sciences,King’s College London, 5The Ear Institute,University College London, 6The Royal National Throat, Nose and Ear Hospital, London

Summary

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung eines patientenspezifischen Schädel-, Hirn- und Tumor-Phantoms. Es verwendet 3D-Druck, um Formen zu erstellen, und Polyvinylalkohol (PVA-c) wird als Gewebe-Imitierenmaterial verwendet.

Abstract

Phantome sind wesentliche Werkzeuge für die klinische Ausbildung, chirurgische Planung und die Entwicklung neuartiger Medizinprodukte. Es ist jedoch schwierig, anatomisch genaue Kopf-Phantome mit realistischen Bildgebungseigenschaften des Gehirns zu erstellen, da Standard-Fertigungsmethoden nicht für die Replikation patientenspezifischer anatomischer Details optimiert sind und 3D-Druckmaterialien nicht für bildgebende Eigenschaften optimiert sind. Um ein neuartiges Navigationssystem für den Einsatz in der Hirntumorchirurgie zu testen und zu validieren, war ein anatomisch genaues Phantom mit realistischer Bildgebung und mechanischen Eigenschaften erforderlich. Daher wurde ein Phantom mit echten Patientendaten als Input und 3D-Druck von Formen entwickelt, um ein patientenspezifisches Kopf-Phantom zu fertigen, das Schädel, Gehirn und Tumor mit Ultraschall und Röntgenkontrast umfasst. Das Phantom hatte auch mechanische Eigenschaften, die es ermöglichten, das Phantomgewebe in ähnlicher Weise wie menschliches Gehirngewebe während der Operation zu manipulieren. Das Phantom wurde erfolgreich in einer chirurgischen Simulation in einem virtuellen Operationssaal getestet.

Die Phantomherstellungsmethode verwendet handelsübliche Materialien und ist leicht zu reproduzieren. Die 3D-Druckdateien können leicht geteilt werden, und die Technik kann angepasst werden, um viele verschiedene Arten von Tumor enummieren.

Introduction

Phantome, die die spezifischen Eigenschaften biologischer Gewebe imitieren, sind eine nützliche Ressource für verschiedene experimentelle und lehrbringende Anwendungen. Gewebe-imitierende Phantome sind wichtig, um medizinische Geräte vor ihrer klinischen Anwendung zu charakterisieren1,2 und anatomische Phantome werden häufig in der Ausbildung von medizinischem Personal in allen Disziplinen3,4,5,6,7verwendet. Patientenspezifische anatomische Phantome mit entsprechenden gewebeimitierenden Eigenschaften sind oft ein kritischer Teil der Testumgebung und können das Vertrauen von Ärzten erhöhen, die lernen, ein neues Gerät zu verwenden8. Hohe Herstellungskosten und komplexe Fertigungsprozesse schließen jedoch häufig den routinemäßigen Einsatz patientenspezifischer Phantome aus. Hier wird ein Verfahren zur Herstellung eines langlebigen, patientenspezifischen Hirntumormodells mit leicht verfügbaren, kommerziellen Materialien beschrieben, die zur Ausbildung und Validierung von intraoperativem Ultraschall (US) mittels Computertomographie (CT) verwendet werden können. Das in dieser Studie beschriebene Phantom wurde anhand von Daten eines Patienten mit einem vestibulären Schwannom (einem gutartigen Hirntumor, der aus einem der Gleichgewichtsnerven hervorgeht, der das Gehirn mit dem Innenohr verbindet) erstellt, der sich anschließend einer Operation und Tumorresektion über eine retrosigmoide subkokipitale Kraniotomie10unterzog. Das Phantom wurde entwickelt, um ein integriertes intraoperatives Navigationssystem für den Einsatz bei dieser Art von Hirntumorchirurgie zu testen und zu validieren.

Um für diese Anwendung geeignet zu sein, muss das Hirntumor-Phantom mehrere Schlüsseleigenschaften besitzen. Erstens sollte es aus ungiftigen Materialien hergestellt werden, damit es sicher in einer klinischen Trainingsumgebung verwendet werden kann. Zweitens sollte es realistische bildgebende Eigenschaften haben; für die vorgesehene Anwendung umfassen diese speziell Ultraschalldämpfung und CT-Kontrast. Drittens sollte es ähnliche mechanische Eigenschaften wie menschliches Gewebe haben, so dass es auf die gleiche Weise behandelt werden kann. Viertens sollte das Phantom auf echten Patientendaten basieren, so dass es anatomisch genau ist und für die chirurgische Planung und Ausbildung verwendet werden kann. Schließlich müssen die verwendeten Materialien haltbar sein, damit das Phantom wiederholt verwendet werden kann.

Im Allgemeinen hängt das gewebeimittierte Material und die für ein Phantom gewählte Herstellungsmethode von der beabsichtigten Anwendung ab. Bei starren Strukturen wie dem Schädel sollte sich die gewählte Eigenschaft nicht verformen oder wasserlöslich machen und bei wiederholter Verwendung ein genaues Maß an anatomischen Detaillierungsgraden beibehalten können; Dies ist besonders wichtig, wenn das Phantom für Experimente verwendet wird, bei denen die Bildregistrierung verwendet wird, und für chirurgische Simulationszwecke. Mineralöl-basierte Materialien wie Gelwachs waren vielversprechend für Ultraschall9,11,12 und photoakustische13 bildgebende Anwendungen, jedoch, wenn sie wiederholten mechanischen Verformungen ausgesetzt werden sie friable, so kann nicht widerstehen längere Verwendung, vor allem mit Standard-mikrochirurgischen neurochirurgischen Instrumente. Agar und Gelatine sind wässrige Materialien, die auch häufig als gewebeimitende Materialien verwendet werden. Die Additive, die benötigt werden, um die akustischen Eigenschaften dieser Materialien einzustellen, sind bekannt14, aber sie haben eine begrenzte mechanische Festigkeit und sind nicht besonders langlebig, so sind nicht geeignet für diese Anwendung, wo das Phantom muss wiederholt behandelt werden.

Polyvinylalkohol-Kryogel (PVA-c) ist eine beliebte Wahl von gewebemimickenden Materialien, da seine akustischen und mechanischen Eigenschaften leicht durch Variation seiner Gefrier-Tau-Zyklen gestimmt werden können. Es hat sich gezeigt, dass die Eigenschaften von PVA-c denen von Weichgeweben15,16,17,18ähneln. PVA-c-basierte Hirnphantome wurden erfolgreich für Ultraschall und CT-Bildgebung19eingesetzt. Das Material ist stark genug, um wiederholt verwendet zu werden, und es hat einen hohen Grad an Elastizität, so dass Phantomgewebe aus PVA-c manipuliert werden kann, ohne dauerhaft verformt zu werden. Polymilchsäure (PLA) ist ein leicht erhältliches starres Material und wurde zur Herstellung des Schädels verwendet, jedoch kann ein anderes Druckmaterial anstelle von PLA verwendet werden, wenn es ähnliche mechanische Eigenschaften hat und nicht wasserlöslich ist.

Insbesondere Gehirn-Phantome wurden mit unterschiedlichen Methoden hergestellt, abhängig von der erforderlichen Komplexität und den Geweben, die repliziert werden müssen20,21,22,23. In der Regel wird eine Form verwendet, und flüssiges Gewebe-imitierendes Material in sie gegossen. Einige Studien haben kommerzielle Formen24 verwendet, während andere 3D-gedruckte benutzerdefinierte Formen eines gesunden Gehirns verwenden, und simulieren Gehirnläsionen durch implantieren Markerkugeln und aufblasbare Katheter19,25. Nach bestem Wissen des Autors ist dies der erste Bericht eines 3D-gedruckten patientenspezifischen Hirntumor-Phantommodells, das mit gewebemimicisierendem Ultraschall und Röntgeneigenschaften erstellt wurde. Die gesamte Fertigung wird durch das Flussdiagramm in Abbildung 1visualisiert; der gesamte Prozess dauert etwa eine Woche.

Protocol

Diese Studie wurde nach den in der Erklärung von Helsinki zum Ausdruck gebrachten Grundsätzen durchgeführt und von der NHS Health Research Authority und der Research Ethics Committee (18/LO/0266) genehmigt. Die informierte Zustimmung wurde eingeholt, und alle bildgebenden Daten wurden vor der Analyse vollständig anonymisiert. 1. Daten Erhalten Sie präoperative kontrastverstärkte T1-gewichtete Magnetresonanztomographie (MRT) und volumetrische Computertomographiedaten (CT). Wenn sie im DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine) erworben wurden, konvertieren Sie zur Verarbeitung und Analyse in das Format Neuroimaging Informatics Technology Initiative26 (NiFTI). Erhalten Sie intraoperative Ultraschalldaten. 2. Segmentierung Installieren Sie Software, mit der die Patientendaten segmentieren können. SchädelsegmentierungANMERKUNG: Die Schritte bei der Segmentierung des Schädels folgen weitgehend den schritten von Cramer und Quigley27 Auf https://radmodules.com/, sind aber angepasst, um eine entsprechend große Kraniotomie zu erstellen.Laden Sie den volumetrischen CT-Scan des Patienten in segmentierungssoftware, öffnen Sie das Segment Editor-Modul und erstellen Sie eine neue Segmentierung mit dem Namen “Schädel”. Verwenden Sie die ‘Schwellen’Funktion, um den Schädel hervorzuheben. Entfernen Sie alle unerwünschten Segmentierungen (z. B. Hautverkalkungen, Unterkiefer, C1/2, Styloid-Prozess, den CT-Patientenrahmen und alle im Bild eingebetteten Anmerkungen). Verwenden Sie die ‘Scissors’ Funktion, um Teile zu entfernen, wenn Sie das Modell in 3D anzeigen, und nutzen Sie die ‘Islands’ Funktion, nachdem Sie unerwünschte Strukturen manuell mit der ‘Löschen’ Funktion getrennt haben. Korrigieren Sie manuell alle Lücken in der Segmentierung, die während der Schwellenmitarbeit mit den Funktionen “Paint”und “Draw” übersehen wurden (z. B. Lamina papyracea, kortikale Kante des Mastoidknochens und Ethmoidknochen). Verwenden Sie die Funktionen “Paint”und “Draw”, um das Foramenmagnum auszufüllen und eine 5 mm hervorstehende Spitze zu erstellen, auf der der untere Teil des Phantommodells gesichert werden kann.HINWEIS: Die Position der Spitze wird am besten auf den koronalen und sagittalen Bildebenen bestimmt. Wenden Sie die Funktion “Glättung”an. Verwenden Sie eine mittlere Glättungseinstellung von 1,0 mm (3 × 3 × 1 Pixel), um den Detailverlust zu minimieren.HINWEIS: Wenn das Phantommodell einen vollständigen intakten Schädel enthalten muss (z. B. um die chirurgische Simulation einer entsprechend gelegenen Kraniotomie zu erleichtern), gehen Sie zu Schritt 2.2.15 über; Wenn jedoch eine Kraniotomie im Modell erforderlich ist, führen Sie die Schritte 2.2.7 bis 2.2.14 aus. Klicken Sie auf ‘Hinzufügen’, um eine neue Segmentierung hinzuzufügen und sie ‘Skull Craniotomy’ zu nennen. Kopieren Sie im Modul “Segmentierungen” die Segmentierung “Schädel” mithilfe der Registerkarte “Segmente kopieren/verschieben” in “Schädel-Craniotomie”.HINWEIS: Sowohl die Segmentierungen “Schädel” als auch “Schädel-Craniotomie” sind erforderlich, um die in den Schritten 2.2.9 bis 2.2.13 beschriebenen Funktionen ausführen zu können. Verwenden Sie die Funktion”Schere”,um eine entsprechend große Kraniotomie in ‘Skull Craniotomy’ zu entfernen.HINWEIS: Wenn Sie die Kraniotomie auf diese Weise erstellen, wird auch ein zusätzliches Stück Schädel auf der gegenüberliegenden Seite entfernt, daher sind die Schritte 2.2.11 bis 2.2.14 erforderlich. Klicken Sie auf “Hinzufügen” und fügen Sie eine neue Segmentierung hinzu. nennen Sie es ‘Craniotomy Only’. Wählen Sie in ‘Craniotomy Only’ die Segmentierung ‘Skull Craniotomy’ aus und verwenden Sie die ‘Logical Operator’ Funktion, um ‘Skull Craniotomy’ von ‘Skull’ zu subtrahieren. Verwenden Sie die Funktion”Schere”,um alles außer der gewünschten Kraniotomie auf der richtigen Seite des Tumors zu löschen und “Nur Craniotomie” zu speichern. Verwenden Sie in ‘Skull Craniotomy’ die Funktion’Logischer Operator’,um ‘Craniotomy only’ von ‘Skull’ zu subtrahieren und zu speichern. Öffnen Sie das Modul”Segmentierungen” und exportieren Sie die ‘Schädel-Craniotomie’ als Stereolithographiedatei (STL). Öffnen Sie die 3D-Modellierungssoftware und importieren Sie die STL-Datei ‘Skull Craniotomy’.HINWEIS: Wenn das Modell in gestreiftem Rosa erscheint, vervollständigen Sie die Funktion “Normale Flips”, indem Sie das komplette Modell auswählen(wählen Sie | Doppelklicken) und dann ‘Edit | Flip Normals’. Das Modell wird nun grau und kann bearbeitet werden. Stellen Sie sicher, dass ‘View Objects Browser’ aktiviert ist. Reduzieren Sie die Anzahl der Dreiecke, um die Rechenzeit zu verbessern. Wählen Sie das komplette Modell aus (wählen Sie | Doppelklick dreht das Modell orange) dann ‘Bearbeiten | Reduzieren’. Die Standardfunktion’Reduzieren’ wird auf 50% gesetzt, also wiederholen Sie, bis die gewünschte Reduzierung erreicht ist. Ziel für eine Gesamtanzahl von Dreiecken < 500.000. Wenden Sie ‘Glättung’ Funktion, um sicherzustellen, dass die ‘Shape Preserving’ Box gekreuzt bleibt. Wählen Sie das komplette Modell und dann ‘Verformung | Glatt’. Klicken Sie auf’Analyse’ undverwenden Sie diese Funktion, um kleine Fehler im Modell zu erkennen und auf die automatische Reparatur zu klicken (vorschlagen Sie ‘Flat-Fill’Auswahl). Schneiden Sie ‘Schädel’, um eine Ober- und Unterseite mit der Schnittfunktion ‘Bearbeiten/Ebene’ zu erstellen. Wählen Sie ‘Keep Both Slices’ und ‘Remeshed’ Fülltyp. Ändern Sie den Schädel in transparent mit ‘Shaders’ Funktion, um eine bessere Innenansicht des Schädels zu bieten und die Ebene so anzupassen, dass sie parallel zur Schädelbasis verläuft. Trennen Sie Shells, indem Sie ‘| bearbeiten Trennen Sie Shells’ und benennen Sie ‘Skull_Top’ und ‘Skull_Bottom’ innerhalb des Objektbrowsers um.HINWEIS: Verschieben Sie ihre Positionen nicht. Klicken Sie auf das Augensymbol, um das eine oder andere aus der Ansicht zu entfernen. Klicken Sie auf”Meshmix” und wählen Sie dann ‘Zylinder’,um einen Dübel zu erstellen und die Größe auf 4 mm × 10 mm × 4 mm zu bearbeiten (‘| bearbeiten Transform’). Ausblenden von “Skull_Bottom”, indem Sie auf das Augensymbol klicken, um es aus der Ansicht zu entfernen. Wählen Sie ‘| bearbeiten Ausrichten’ Ebenen. Ein zusätzlicher transparenter Zylinder wird angezeigt. Wählen Sie im Fenster”Ausrichten” “Oberflächenpunkt” (transparenter Zylinder mit linkem Klickende) für den ‘Quelle’ und ‘Oberflächenpunkt'(Umschalt + Linksklick unter ‘Skull_Top’) für das ‘Ziel’. Verwenden der ‘| bearbeiten Transform’ Funktion bewegen Dübel in Schädel mit dem grünen Pfeil und passen Sie die Position mit blauen und roten Pfeilen. Benennen Sie ‘Dowel_Anterior’ um. Erstellen Sie im Objektbrowser 3 Kopien und benennen Sie ‘Dowel_Posterior’, ‘Dowel_Left’ und ‘Dowel_Right’ um. Bewegen Sie jeden Dübel an die gewünschte Position mit dem ‘Bearbeiten | Transform’ Funktion.HINWEIS: Bewegen oder ändern Sie die Position des Dübels in der grünen Ebene nicht. Erstellen Sie Kopien von jedem, aber halten Sie alle Kopien an der gleichen Stelle und erstellen Sie einen zusätzlichen Dübel und ändern Sie die Größe auf 3 mm × 10 mm × 3 mm. Umbenennen Sie ‘Dowel’. Erstellen Sie Löcher für Dübel im Schädel mit der Funktion “Boolesche Differenz”. Wählen Sie zuerst ‘Skull_Top’ und dann einen Dübel im Objektbrowser aus. Auf der Registerkarte ‘Boolean Difference’ stellen Sie sicher, dass ‘Auto-reduce’ ausgeschaltet ist. Wiederholen Sie dies für jeden Dübel nacheinander. Verstecken Sie ‘Skull_Top’ und sehen Sie ‘Skull_Bottom’ und wiederholen Sie die obige ‘Boolean Difference’ Funktion für jeden Dübel nacheinander. Exportieren Sie ‘Skull_Top’, ‘Skull_Bottom’ und ‘Dowel’ als separate binäre STL-Dateien. Hirngewebe-Segmentierung Laden Sie die kontrastverstärkte T1-MRT des Gehirns hoch, um http://niftyweb.cs.ucl.ac.uk/program.php?p=GIF und ihre Ausgabe herunterzuladen. Dies ist ein Open-Source-Paketierungstool für T1-gewichtete Bilder, das einen GIF-Algorithmus (Geodesic Information Flow)28 verwendet, um Gehirnextraktion und Gewebesegmentierung durchzuführen. Öffnen Sie die Segmentierungssoftware und laden Sie die kontrastverbesserte T1-MRT- und GIF-Parcellationsausgabedatei. Öffnen Sie das Modul ‘Segment editor’ und erstellen Sie eine neue Segmentierung. Wählen Sie die entsprechenden Beschriftungen aus, und kombinieren Sie sie zu einer einzelnen Segmentierung. Beispielsweise können cerebrale und diencephalon-Etikettenkarten zu einem Modell kombiniert werden, das als “Gehirn” bezeichnet wird, und Mittelhirn-, Hirnstamm-, Kleinhirn- und Vermianstrukturen können zu einem zweiten Modell kombiniert werden, das als “Cerebellum” bezeichnet wird. Verwenden Sie die Funktion”Glätten”(empfohlener Median 2,00 mm, 5 × 5 × 3 Pixel). Verwenden Sie die FunktionSchere,um unerwünschte oder fehlerhafte Segmentierungen zu entfernen. Speichern Sie die Segmentierungen “Gehirn” und “Cerebellum”. Öffnen Sie das Modul “Segmentationen”und exportieren Sie ‘Gehirn’ und ‘Cerebellum’ als STL-Dateien. Tumorsegmentierung Öffnen Sie die Segmentierungssoftware und laden Sie die kontrastverstärkte T1 MRT. Öffnen Sie das Modul ‘Segment Editor’und erstellen Sie eine neue Segmentierung mit dem Namen ‘Tumor’. Verwenden Sie die ‘Threshold’ Funktion, um den Tumor hervorzuheben. Korrigieren Sie die Segmentierung mit den Funktionen ‘Paint’, ‘Draw’ und ‘Erase’. Wenden Sie die Funktion”Glätten”an (empfohlener Median 2,00 mm 5 x 5 x 3 Pixel). Erstellen Sie eine neue Segmentierung mit dem Namen “Cerebellum_Tumor”. Kombinieren Sie das “Cerebellum”-Modell und “Tumor” mit dem”Logischen Operatoren | Add’ Funktion. Speichern Sie die Segmentierungen “Tumor” und “Cerebellum_Tumor”. Öffnen Sie das Modul “Segmentationen”und exportieren Sie ‘Tumor’ und ‘Cerebellum_Tumor’ als STL-Dateien.HINWEIS: Am Ende des Segmentierungsprozesses stehen folgende Dateien zur Verfügung: ‘Skull_Top’, ‘Skull_Bottom’, ‘Dowel’, ‘Brain’, ‘Cerebellum’, ‘Tumor’, ‘Cerebellum_Tumor’. 3.3D Druck von Gehirn/Tumor-Formen und Schädel Erstellen Sie die Gehirn- und Tumorformen Teilen Sie die “Gehirn”-Segmentierung in zwei Hemisphären auf, indem Sie das Werkzeug”Plane cut”in der 3D-Modellierungssoftware verwenden. Speichern Sie jede Hemisphäre als separate STL-Datei ‘Gehirn rechts’ und ‘Gehirn links’. Importieren Sie die STL-Datei ‘Tumor’ in die CAD-Software (Computer-Aided Design). Klicken Sie auf die Registerkarte”Netz”und verwenden Sie dann die Funktion”Reduzieren”,um die Größe des Modells zu reduzieren, damit es vom Programm bearbeitet werden kann – das Ziel ist es, die Größe so weit wie möglich zu reduzieren, während alle erforderlichen Details beibehalten werden. Klicken Sie auf die Registerkarte”Volumenkörper” und verwenden Sie das Werkzeug “Netz zu BRep”,um das importierte Netz in einen Körper zu konvertieren, der bearbeitet werden kann. Wenn diese Aktion nicht abgeschlossen werden kann, wurde das Netz in Schritt 3.1.3 nicht ausreichend reduziert. Klicken Sie auf ‘Erstellen’ dann ‘Box’ und zeichnen Sie eine Box um den Tumor. Wählen Sie diese Option aus, um dies als”Neuer Körper”zu erstellen, und drehen Sie die Ansicht, um sicherzustellen, dass das Feld den Tumor auf allen Seiten vollständig umschließt. Verwenden Sie auf der Registerkarte “Ändern” das Werkzeug “Kombinieren”,um den Tumor (denWerkzeugkörper)aus der Box zu schneiden (das ‘Zielkörper’). Dies wird dann eine Box mit einer hohlen Form des Tumors in ihm verlassen. Überprüfen Sie, ob das ausgehöhlte Feld vorhanden ist. Schneiden Sie diese Box in eine angemessene Anzahl von Stücken, so dass, sobald die Form gefüllt ist, kann es auseinander geschätzt werden, ohne das Phantom im Inneren zu beschädigen. Für den Tumor hier, es ist genug, um die Box in zwei zu teilen, aber für die anderen Teile des Phantoms, mehr Stücke werden benötigt. Erstellen Sie Ebenen durch den Kasten an den Stellen, an denen die Form geschnitten werden muss. Klicken Sie auf ‘Konstrukt’ dann ‘Midplane’, um eine Ebene durch die Mitte des Feldes zu erstellen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die erstellte Ebene und wählen Sie “Offset-Ebene”, um die Ebene genauer zu positionieren. Verwenden Sie die Funktion ‘Split Body’ in der Registerkarte ‘Ändern’, um die Form entlang der erstellten Ebenen zu teilen. Bewegen Sie die einzelnen Teile der Form, indem Sie mit der rechten Maustaste klicken und ‘Bewegen/Kopieren’auswählen, so dass alle Teile nach außen gerichtet sind. Fügen Sie Nieten zu den Gesichtern jedes Stücks der Form (so dass es sicher zusammenpassen), durch Klicken ‘Skizze erstellen’ dann ‘Mitteldurchmesser Kreis’ und auf jeder Fläche, Zeichnung kleine Kreise. Rechtsklick dann ‘Extrudieren’ diese Kreise nach außen ein paar Millimeter auf einer Fläche und extrudieren sie nach innen auf der entsprechenden Fläche.HINWEIS: Die nach innen extrudierten Kreise müssen etwas größer sein – etwa 1,5 mm – als die, die nach außen extrudiert werden, damit sie eng zusammenpassen. Speichern Sie jedes Stück der Form als separate STL-Datei. Wiederholen Sie die Schritte 3.1.4 – 3.1.14 für ‘Gehirn links’, ‘Gehirn rechts’ und ‘Cerebellumtumor’.HINWEIS: Die Verwendung der Datei ‘Cerebellum tumor’ anstelle von ‘Cerebellum’, um die Form zu erstellen, bedeutet, dass die Form einen Platz in ihr hat, damit der Tumor während des Baus eingefügt werden kann. Drucken der 3D-Formen Installieren oder öffnen Sie die 3D-Drucksoftware. Öffnen Sie die STL-Datei für jedes Stück der Form in der Drucksoftware und drehen Sie sie so, dass sie flach auf der Bauplatte liegt. Es ist möglich, der Bauplatte mehrere Formteile hinzuzufügen und diese gleichzeitig zu drucken. Wählen Sie eine große Schichthöhe (ca. 0,2 mm) und einen niedrigen Füllwert (ca. 20%) für schnelleres Drucken. Drucken Sie die Formen mit einem starren Material wie Polymilchsäure (PLA). Wenn die Formen entsprechend positioniert sind, ist kein Trägermaterial erforderlich. Drucken Sie den Schädel Öffnen Sie die Datei “Skull Top” in der Drucksoftware und wählen Sie eine große Schichthöhe (ca. 0,2 mm) und einen niedrigen Füllwert (ca. 20 %). Drucken Sie das Schädelmodell in PLA, aber im Gegensatz zu Schritt 3.2.3, Unterstützungsmaterial erforderlich sein, so wählen Sie “Unterstützunghinzufügen ” in der Software. PVA wird als Trägermaterial verwendet, da es später mit Wasser gelöst werden kann. Wiederholen Sie die Schritte 3.3.1 und 3.3.2 für ‘Skull Bottom’. Sobald die Ober- und Unterseite des Schädels gedruckt wurden, tauchen Sie sie über Nacht in Wasser, um das PVA-Trägermaterial aufzulösen.HINWEIS: Das Stützmaterial löst sich viel schneller auf, wenn warmes Wasser verwendet wird, aber wenn das Wasser zu warm ist, wird es das gedruckte PLA verformen. Daher ist es vorzuziehen, kühles Wasser zu verwenden und den Druck über Nacht unter Wasser zu lassen. 4. Vorbereitung von PVA-c 200 g PVA-Pulver messen und zur Seite stellen. 1800 g entionisiertes Wasser auf 90 °C erhitzen und zu einem 2L Konuskolben hinzufügen.HINWEIS: Das Wasser muss fast kochen, damit sich das PVA-Pulver leicht auflöst, aber wenn das Wasser 100 °C erreicht, gehen einige durch Verdunstung verloren, die vermieden werden soll. Den konischen Kolben in einem temperaturgeregelten Wasserbad auf 90 °C aussetzen. Positionieren Sie einen elektronischen Rührer in den Kolben, um sicherzustellen, dass er die Unterseite oder die Seiten nicht berührt, und stellen Sie die Geschwindigkeit auf 1500 U/min ein.HINWEIS: Überprüfen Sie, ob das Wasser gleichmäßig rührt und es keine stagnierenden Punkte an den Seiten oder am Boden gibt. Nach und nach das PVA-Pulver in den konischen Kolben geben, über ca. 30 min, dann lassen Sie es für etwa weitere 90 min rühren. Das resultierende Gel ist das gewebeimitende Material PVA-c. Konische Kolben aus dem Wasserbad nehmen und den Inhalt in ein Becherglas gießen. Bedecken Sie die Oberseite mit Klebefolie, um die Bildung einer Haut auf der Oberseite des PVA-c zu verhindern. Lassen Sie den PVA-c auf Raumtemperatur abkühlen (ca. 20 °C). Nach dem Abkühlen ist der PVA-c transparent. Winzige weiße Kristalle können in der PVA-c gesehen werden, aber alle Blasen, die auf der Oberfläche erscheinen, müssen sanft abgekratzt werden. 0,5 w/w% Kaliumsorbat als Konservierungsmittel in das PVA-c geben und gut rühren. Der PVA-c kann bei Raumtemperatur gelassen werden, wenn er einige Tage mit Klebefolie bedeckt ist, bevor er in Formen gegossen wird. 5. Phantom-Baugruppe Messen Sie genug PVA-c, um die Tumorform in ein Becherglas zu füllen. Zum PVA-c für den Tumor 1 w/w% Glasmikrosphären für Ultraschallkontrast und 5 w/w% Bariumsulfat für Röntgenkontrast hinzufügen und von Hand rühren.HINWEIS: Es kann notwendig sein, überschüssigePVA-c für den Tumor zu messen, so dass diese Prozentsätze eine messbare Menge sind. Beschallen Sie das Becherglas, um eine homogene Mischung der Additive zu gewährleisten. Lassen Sie abkühlen und lassen Sie alle Blasen gebildet zu entweichen, etwa 10 min, dann kratzen Alle Blasen von der Oberfläche.HINWEIS: Lassen Sie nicht für einen längeren Zeitraum, sobald die Glaskugeln hinzugefügt wurden, nicht länger als etwa 10 min, bevor Sie die PVA-c in eine Form gießen, da die Glaskugeln auf dem Boden des Bechers absetzen. Sobald das Phantom eingefroren ist, wird dies kein Problem mehr sein, und das letzte Phantom kann bei Raumtemperatur verwendet werden. Sichern Sie die Tumorform zusammen (Band kann verwendet werden, um die Verbindungen in der Form zu bedecken) und gießen Sie in der PVA-c durch das Loch in der Oberseite der Form. Lassen Sie für ein paar Minuten, damit alle Blasen im Gießprozess gebildet durch das Loch zu entkommen, dann legen Sie direkt in den Gefrierschrank. Führen Sie zwei Freeze-Tau-Zyklen auf den Tumor; jeder Zyklus besteht hier aus 6 h Gefrieren bei -20 °C und 6 h Auftauen bei Raumtemperatur. Dann vorsichtig aus der Form entfernen. Legen Sie den Tumor in den entsprechenden Raum für ihn in der Kleinhirnform, dann konstruieren Sie den Rest der Kleinhirnform und sichern Sie ihn zusammen. Zu den verbleibenden PVA-c 0,05 w/w% Glasmikrosphären hinzufügen, dann die Schritte 5.1.3 und 5.1.4 wiederholen. Gießen Sie die PVA-c in die Kleinhirnform, so dass es den Tumor umgeben kann, der im Inneren platziert wurde. Gießen Sie die Mischung zusätzlich in die Formen für jede Gehirnhälfte. Führen Sie zwei Freeze-Tau-Zyklen auf jeder Gehirnhälfte und das Kleinhirn; jeder Zyklus besteht hier aus 24 h Gefrieren bei -20 °C und 24 h Auftauen bei Raumtemperatur.HINWEIS: Zyklen mit 12 h Gefrieren gefolgt von 12 h Auftauen auch wirksam, damit das Phantom in weniger Zeit erstellt werden kann. 24 h wurde für die einfache Anwendung gewählt, um zu vermeiden, alle 12 h ins Labor zurückzukehren. Sobald die Phantome zum zweiten Mal aufgetaut sind, entfernen Sie sie vorsichtig aus den Formen und legen Sie sie in den bedruckten Schädel.HINWEIS: Bei Nichtgebrauch sollten die fertigen PVA-c-Phantome in einem luftdichten Behälter im Kühlschrank aufbewahrt werden und können auf diese Weise einige Wochen aufbewahrt werden. Zur Fertigstellung legen Sie das Phantom “Cerebellum tumor” auf die Spitze an der Basis des Modells “Skull Bottom”. Die Modelle von zwei Gehirnhälften (‘Gehirn links’ und ‘Gehirn rechts’) werden oben platziert und in den obersten Teil des ‘Cerebellum Tumor’ eingesteckt. Platzieren Sie die vier Dübel in jedem Raum auf dem Modell ‘Skull Bottom’ und platzieren Sie das Modell ‘Skull Top’ obendrauf. Bei Bedarf kann das Modell dann in die gewünschte Position manövriert werden, um den intraoperativen Einsatz in der Chirurgie zu simulieren. 6. Phantom Imaging Ultraschall-Bildgebung Ultraschallgel auf die Bildsonde auftragen.HINWEIS: Gel wird nicht intraoperativ verwendet, kann aber in der Simulation verwendet werden und ändert weder den klinischen Workflow noch die Qualität der aufgenommenen Bilder wesentlich. Bild des Gehirns und Tumors durch die Kraniotomie, mit einem klinischen Scanner und Gratlochsonde. CT Imaging Bildn das ganze Phantom in einem CT-Scanner.

Representative Results

Nach dem beschriebenen Protokoll wurde ein anatomisch realistisches Phantom hergestellt, das aus einem patientenspezifischen Schädel, Gehirn und Tumor besteht. Die relevanten anatomischen Strukturen für das Phantom (Schädel, Gehirn, Tumor) werden anhand von Patienten-MRT- und CT-Daten segmentiert (Abbildung 2a,b). Die intraoperativen Ultraschalldaten des Patienten (Abbildung 2c; Abbildung 2d zeigt das gleiche Bild wie Abbildung 2c, aber mit dem skizzierten Tumor) wurde verwendet, um die Phantombilder mit den echten Patientenbildern zu vergleichen. Für jedes Stück des Modells wurden Netze erstellt (Abbildung 3), die dann zur Herstellung der 3D-Formen verwendet wurden. Die Formen wurden einfach auf einen Akzidenzdrucker gedruckt und durch Zusammenschlitzen der Teile zusammengebaut. Die Kleinhirnform war die komplexeste zu entwerfen und zu montieren (Abbildung 4). Der Schädel (Abbildung 5a) war der schwierigste Teil zu drucken, da es Unterstützungmaterial erforderte, so war ein langsamer Prozess; Der gesamte Druck dauerte insgesamt drei Tage, was ein einschränkender Faktor im Protokoll ist. Das fertige Phantom (Abbildung 5) war ein realistisches Modell eines Patienten Schädel, Gehirn und Tumor. Die beiden Gehirnhälften (Abbildung 5b) wurden getrennt produziert und haben ein realistisches Aussehen, mit dem Gyri und Sulci des Gehirns. Das ganze Phantom ist weiß in der Farbe, da dies die natürliche Farbe von PVA-c ist; dies kann leicht durch Hinzufügen von Farbstoff geändert werden, war aber nicht für die Anwendung notwendig. Das Kleinhirn (Abbildung 5c) passt bequem in die Basis des bedruckten Schädels und die Gehirnhälften sitzen obendrauf. Der Tumor ist im Kleinhirn gut sichtbar, da der zusätzliche Kontrast, der dem Tumor zugesetzt wird, dazu führt, dass es sich um eine weiße Farbe handelt, die ihn vom umgebenden Material trennt, an dem er sicher befestigt ist. Das Phantom wurde sowohl mit CT als auch mit Ultraschall abgebildet (Abbildung 6a,b). Bariumsulfat wurde verwendet, um dem Tumor einen geeigneten CT-Kontrast zu geben, und das Phantombild (Abbildung 6a) zeigt, dass dies erreicht wurde, da der Tumor klar visualisiert ist. Der Schädel wurde nicht mit 100% Füllung gedruckt, um die Druckzeit zu reduzieren. Daher sieht der Schädel in den CT-Bildern nicht ganz realistisch aus, da die Gitterstruktur des Drucks zu sehen ist. Dies ist kein Problem für die Anwendung, da nur die Umrisse des Schädels für das Neuronavigationssystem benötigt werden. Der Schädel könnte mit 100% Füllung gedruckt werden, um diese reduzierte Genauigkeit des CT-Bildes zu vermeiden, würde aber Zeit für den Druckprozess hinzufügen. Glasmikrosphären wurden dem Kleinhirn, Gehirnhälften und Tumor für Ultraschallkontrast hinzugefügt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Tumor auch mit Ultraschallbildgebung sichtbar ist (Abbildung 6b) und vom umgebenden Gewebe unterschieden werden kann. Bei der visuellen Untersuchung zeigen die Ultraschallbilder, die aus dem Phantom gewonnen wurden (Abbildung 6b), und die vom Patienten erhaltenen (Abbildung 2c) zeigten, dass die im Phantom verwendeten Kontrastmittel wirksam zur Schaffung realistischer bildgebender Eigenschaften waren. Das Phantom wurde während der chirurgischen Simulation in einem virtuellen Operationssaal getestet (Abbildung 7). Das Phantommodell wurde mit einer Standard-Schädelklemme auf dem Operationstisch positioniert und der CT-Scan des Phantoms wurde mit einem klinischen Neuronavigationssystem registriert. Ein retrosigmoider Ansatz für den Tumor wurde simuliert und der Tumor wurde mit einem klinischen Ultraschallsystem mit einem Gratloch-Ultraschallwandler abgebildet. Während der chirurgischen Simulation erwies sich das Phantommodell als stabil und es wurden keine Schäden durch die Manipulation des Phantoms in der gleichen Weise beobachtet, wie es das menschliche Gehirn während dieses Verfahrens sein würde, so dass es wiederholt unter den gleichen Bedingungen verwendet werden konnte. Abbildung 1: Flussdiagramm, um die Schritte zu zeigen, die erforderlich sind, um ein patientenspezifisches PVA-c-Gehirnphantom zu machen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 2: Patientendaten, die zum Erstellen eines Phantommodells verwendet werden. Datenquellen eines Patienten mit einem linksseitigen vestibulären Schwannom: (a) axial kontrastverstärktes T1-gewichtetes MRT, weißer Pfeil, der auf einen Tumor zeigt; (b) axialer, kontrastreicher CT-Scan, der zur Hervorhebung des Knochens, des weißen Pfeils, der auf einen durch den Tumor verursachten erweiterten internen Auditfleisch zeigt; (c) intraoperatives Ultraschallbild, das während der vestibulären Schwannomoperation gewonnen wird; (d) kommentiertes intraoperatives Ultraschallbild : Tumor (hyperechoisch auf Ultraschall), : Gehirn (Kleinhirn). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 3: Abgeschlossene Netze für jeden Abschnitt des Phantoms. STL Mesh für (a,b) Schädel, : linksseitige retrosigmoide Kraniotomie; (c,d) zerebrale Hemisphären; (e,f) Tumor und Kleinhirn, : Tumor. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 4: 3D-gedruckte Kleinhirnform. 3D gedruckte Kleinhirnform komplett konstruiert (oben links) und die einzelnen Teile, die von 1 bis 4 nummeriert sind. Das Loch in Stück 2 (bezeichnet durch ‘H’) ermöglicht das Eingießen des PVA-c in die Form. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 5: Abgeschlossenes Phantom. Das fertige Phantom (ein) Schädel (b) Phantom mit Schädel oben entfernt: : retrosigmoide Kraniotomie, : Tumor, Gehirn (Kleinhirn), Gehirn (rechte zerebrale Hemisphäre); (c) Kleinhirn und Tumor: Tumor, Gehirn (Kleinhirn). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 6: CT- und Ultraschallbilder, die mit dem Phantom aufgenommen wurden. (a) Axiales CT-Bild des vollständigen Phantoms durch die Höhe der Schädelbasis und des Tumors, (b) Intraoperatives Ultraschallbild des Phantoms, das mit der Bohrloch-Ultraschallsonde durch die retrosigmoide Kraniotomie in einer Ebene etwa senkrecht zum Schädel aufgenommen wurde (Simulating surgery, the ceiming surgery, the cerebellum was retracted slightly in to image directly on the tumor). : Tumor, Gehirn (Kleinhirn), : linksseitige retrosigmoide Kraniotomie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 7: Testen des Phantoms während der chirurgischen Simulation. Testen des Phantommodells durch chirurgische Simulation in einem virtuellen Operationssaal. : Neuronavigationssystem mit dem registrierten Scan des CT-Phantommodells, : Ultraschallsystem zur Abbildung des Phantoms mit einem Gratloch-Ultraschallwandler (gesehen neben dem Ultraschallmonitor). Beachten Sie, dass das hier abgebildete Modell auf Daten basiert, die von verschiedenen Patienten mit einem rechtsseitigen Tumor erfasst wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Discussion

Dieses Protokoll beschreibt den Herstellungsprozess eines patientenspezifischen Gehirn-Phantoms, das den Schädel-, Hirn- und vestibulären Schwannomtumor umfasst. 3D-Druckverfahren ermöglichten anatomisch genaue Details. Das hier beschriebene Phantom wurde erfolgreich mit dem gewünschten Maß an anatomischen Details hergestellt; CT und Ultraschall-Bildgebung wurden verwendet, um zu zeigen, dass der Tumor leicht mit beiden Modalitäten zu visualisieren war. Das Gewebe imitierendes Material, PVA-c, ist als gewebeimitierendes Material für Ultraschall-Phantome etabliert; seine akustischen und mechanischen Eigenschaften können mit Additiven und der Anzahl der Gefrier-Tau-Zyklen abgestimmt werden. Das Material ist leicht verfügbar, einfach zu bedienen und ungiftig. Bei wiederholtem Gebrauch hatte das Phantom eine ausreichende Haltbarkeit, um Manipulationen und Kontakt mit einer Ultraschallsonde während physikalischer Simulationen vestibulärer Schwannomoperationen standzuhalten.

Mehrere wichtige Schritte wurden als entscheidend für den Herstellungsprozess identifiziert. Erstens muss die Segmentierung von Strukturen für die Aufnahme in das Phantom die gewünschte Ebene anatomischer Details enthalten. Die Erstellung von genauen STL-Dateien und 3D-Formen folgt dann natürlich. Zweitens muss die Positionierung von Ebenen innerhalb der Kleinhirnform in Schritt 3.1.9 sorgfältig geprüft werden, damit das Phantom ohne Beschädigung leicht entfernt werden kann; es muss in genügend Stücke geschnitten werden, damit anatomische Details beibehalten werden können, während das Phantom entfernt werden kann, ohne in der Form stecken zu bleiben. In diesem Fall wurden mehrere Iterationen getestet und schließlich die Form in vier separate Stücke geschnitten. Der dritte wichtige Aspekt ist, dass während des PVA-c-Herstellungsprozesses (Abschnitt 4) der PVA-c auf Raumtemperatur abgekühlt werden muss (Schritt 4.1.6). Wenn dieser Schritt verpasst wird und heißes PVA-c zu den Formen hinzugefügt wird, kann dies dazu führen, dass die Formen schmelzen oder verzerren. Es ist auch wichtig, dass, sobald die Glaskugeln hinzugefügt werden (Schritte 5.1.2 – 5.1.4), die PVA-c nicht für mehr als etwa 10 Minuten sitzen gelassen wird; Wenn für einen längeren Zeitraum verlassen, werden die Glaskugeln nach unten absetzen, und das resultierende Phantom wird inhomogenen Ultraschallkontrast29haben. Sobald die Glaskugeln zugegeben sind, muss der PVA-c direkt in die Formen eingebracht und in den Gefrierschrank gelegt werden. Nach dem ersten Gefrierzyklus werden die Glaskugeln an der Stelle gesichert, und das Phantom kann bei Raumtemperatur verwendet werden. Schließlich ist es wichtig, dass die Formen sorgfältig versiegelt werden (z.B. mit Klebeband), bevor die PVA-c hinzugefügt wird, um Leckagen des Gemisches durch Lücken zu minimieren, in denen das separate Stück der Form zusammengefügt ist.

Das Protokoll hat mehrere Einschränkungen. Zum Beispiel ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich, darunter ein Wasserbad und ein elektronischer Rührer. Ein Beschallungsgerät wird auch als Teil dieses Protokolls verwendet, aber der Beschallungsschritt (5.1.3) könnte durch zusätzliches elektronisches Rühren ersetzt werden; Mit dieser Alternative würde es jedoch länger dauern, eine homogene Mischung zu erreichen, als dies bei der Beschallung möglich ist. Eine Einschränkung von PVA-c ist, dass es im Laufe der Zeit abgebaut und verschimmelt. Die Zugabe von Kaliumsorbat, wie hier beschrieben, erhöht die Haltbarkeit des Phantoms, obwohl es noch in einem luftdichten Behälter aufbewahrt werden muss. Eine zweite Einschränkung von PVA-c ist, dass Gefrier-Tau-Zyklen erforderlich sind, was die Zeit erhöht, die benötigt wird, um ein Phantom zu machen. Um die Phantomfertigungszeit zu minimieren, ist die Geschwindigkeit des Einfrierens und Auftauens eine wichtige Überlegung; Sobald das Phantom vollständig eingefroren oder vollständig aufgetaut ist, hat die Zeit, zu der es in diesem Zustand verbleibt, keinen signifikanten Einfluss auf das letzte Phantom16,30. Daher können die verwendeten Zykluslängen variiert werden, vorausgesetzt, dass das Phantom in jeder Phase des Zyklus vollständig eingefroren und aufgetaut ist. Zum Beispiel ist der Tumor im Phantom dieser Studie sehr klein, so dass kürzere Zyklen für den Tumor als für das Gehirn verwendet werden könnten. Schließlich ist der 3D-Druck der Formen und des Schädels ein zeitaufwändiger Prozess, der einen erheblichen Teil (3 Tage) der Gesamtzeit (1 Woche) verbraucht, die erforderlich ist, um ein Phantom mit diesem Protokoll herzustellen. Der verwendete Drucker war ab 2018 ein kommerzielles Modell; Der Druckvorgang konnte in kürzeren Zeitrahmen mit neueren, schnelleren Druckern abgeschlossen werden.

Das hier vorgestellte Hirn-Phantom könnte direkt für das klinische Training und die Validierung von Neuronavigationssystemen verwendet werden. Als Gewebenachmischmaterial ermöglicht PVA-c den wiederholten Einsatz des resultierenden Phantoms, beispielsweise als Trainingswerkzeug oder zur Validierung des intraoperativen Ultraschalls in der vestibulären Schwannomchirurgie, da es sich um ein haltbares und ungiftiges Material handelt. Daher ist die Herstellungsmethode komplementär zu den zuvor beschriebenen, in denen 3D-Druck verwendet wurde, um patientenspezifische Gehirnphantome20,21,22,23,24,25zu erstellen. Der Einsatz von PVA-c als TMM macht das Phantom für die Simulation der Neurochirurgie geeignet, da das Material wiederholten manuellen Manipulationen und Kontakten durch eine Ultraschallsonde standhält. Diese Arbeit schafft die Voraussetzungen für weitere quantitative Validierungsstudien. Die hier beschriebene Phantommethode ist sehr vielseitig und könnte verwendet werden, um viele Arten von patientenspezifischen Tumor-Phantomen herzustellen, die sich vom Gehirn bis zu anderen Organen erstrecken und über mehrere bildgebende Modalitäten hinweg kompatibel sind.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken Daniil Nikitichev und Steffi Mendes für ihren Rat zur Verwendung von Meshmixer und Fernando Perez-Garcia für seinen Rat zur Verwendung von 3D Slicer und für die Bereitstellung von Code, um einige der Verarbeitungsschritte zu automatisieren.

Diese Arbeit wurde von Wellcome Trust [203145Z/16/Z; 203148/Z/16/Z; WT106882], EPSRC [NS/A000050/1; NS/A000049/1], MRC [MC_PC_17180] und National Brain Appeal [NBA/NSG/SBS]- Finanzierung. TV wird von einem Medtronic Inc / Royal Academy of Engineering Research Chair unterstützt [RCSRF1819, 7,34].

Materials

AutodeskFusion 360 Autodesk Inc., San Rafael, California, United States https://www.autodesk.co.uk/products/fusion-360/overview CAD software
Barium sulphate Source Chemicals –
CT scanner Medtronic Inc, Minneapolis, USA – O-arm 3D mobile X-ray imaging system
Glass microspheres Boud Minerals
Mechanical stirrer IKA 4442002 Eurostar Digital 20, IKA
Meshmixer Autodesk Inc., San Rafael, California, United States http://www.meshmixer.com 3D modelling software. Version 3.5.484 used
Neuronavigation system Medtronic Inc, Minneapolis, USA – S7 Stealth Station
PLA Ultimaker (Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands) UM9016
Potassium sorbate Meridianstar –
PVA Ultimaker –
PVA powder Sigma-Aldrich 363146 99%+ hydrolysed, average molecular weight 85,000-140,000
Sonicator Fisher Scientific 12893543
Ultimaker Cura Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands https://ultimaker.com/software/ultimaker-cura 3D printing software. Version 4.0.0 used
Ultimaker S5 Printer Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands –
Ultrasound scanner BK Medical, Luton, UK – BK 5000 scanner
Water bath IKA 20009381 HBR4 control, IKA
3D Slicer http://slicer.org – Software used to segment patient data. Version 4.10.2 used
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Mackle, E. C., Shapey, J., Maneas, E., Saeed, S. R., Bradford, R., Ourselin, S., Vercauteren, T., Desjardins, A. E. Patient-Specific Polyvinyl Alcohol Phantom Fabrication with Ultrasound and X-Ray Contrast for Brain Tumor Surgery Planning. J. Vis. Exp. (161), e61344, doi:10.3791/61344 (2020).
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