ייצור פנטום פוליוויניל אלכוהול ספציפי למטופל עם אולטרסאונד וניגוד רנטגן לתכנון ניתוח גידול במוח

מחקר זה נערך על פי העקרונות שבאו לידי ביטוי בהצהרת הלסינקי ואושר על ידי הרשות לחקר הבריאות של NHS וועדת האתיקה של המחקר (18/LO/0266). הושגה הסכמה מדעת, וכל נתוני ההדמיה היו אנונימיים לחלוטין לפני הניתוח. 1. נתונים השג נתוני טומוגרפיה ממוחשבת (CT) משוקללי T1 ומשוקל טרום ניתוחי T1 ונתונים ממוחשבים של נפח (CT). אם נרכש בפורמט הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה (DICOM), המר ליוזמה טכנולוגית אינפורמטיקה דימותמוחי 26 (NiFTI) פורמט לעיבוד וניתוח. השג נתוני אולטרסאונד תוך ניתוחיים. 2. פילוח התקן תוכנה כדי למקטע את נתוני המטופל באמצעות. פילוח גולגולתהערה: השלבים המעורבים בפילוח הגולגולת עוקבים באופן נרחב אחר אלה שתוארו על ידי קרמר וקוויקלי27 על https://radmodules.com/אבל מותאמים ליצירת גולגולת בגודל הולם.טען את סריקת ה- CT הנפחית של המטופל בתוכנת פילוח, פתח את מודול עורך המקטעים וצור פילוח חדש בשם ‘גולגולת’. השתמש בפונקציה ‘Threshold’ כדי להדגיש את הגולגולת. הסר פילוחים לא רצויים (לדוגמה, הסתיידות עור, הישנות, C1/2, תהליך העט, מסגרת חולה CT, וכל ביאורים מוטבע בתוך התמונה). השתמש בפונקציה ‘מספריים’ כדי להסיר חלקים בעת הצגת המודל ב- 3D ולעשות שימוש בפונקציה ‘איים’ לאחר ניתוק ידני של מבנים לא רצוייםבאמצעותהפונקציה ‘ מחק ‘. תקן באופן ידני את כל הפערים בסגמנטציה שהוחמצו במהלךהסףבאמצעות הפונקציות’צייר ‘ ו ‘ צייר ‘ (למשל, פפיראקיה למינה, קצה קליפת המוח של עצם המאסטואיד ועצם האתמואיד). השתמשבפונקציות’ צייר’ו ‘ צייר ‘ כדי למלא את מגנום foramen וליצור ספייק בולט 5 מ”מ שעליו ניתן לאבטח את החלק התחתון של מודל הפנטום.הערה: מיקום העלייה נקבע בצורה הטובה ביותר במישורי התמונה של קורונטל וסגיטל. החל אתהפונקציה’ החלקה ‘. השתמש בהגדרת החלקה חציונית של 1.0 מ”מ (3 × 3 × 1 פיקסלים) כדי למזער את כמות הפרטים שאבדו.הערה: אם מודל הפנטום חייב לכלול גולגולת שלמה שלם (למשל, כדי להקל על סימולציה כירורגית של יצירת craniotomy ממוקם כראוי), לעבור לשלב 2.2.15; עם זאת, אם נדרשת ניתוח גולגולתי במודל, השלם את השלבים 2.2.7 עד 2.2.14. לחץעל’ הוסף ‘ כדי להוסיף פילוח חדש ונקוב בשמו ‘גולגולת גולגולת גולגולת’. במודול ‘פילוחים’, העתק את פילוח ‘גולגולת’ לרוחב ל’גולגולת גולגולת’ באמצעות הכרטיסייה ‘העתק/הזז מקטעים’.הערה: שני פילוחים ‘גולגולת’ ו ‘גולגולת Craniotomy’ נדרשים על מנת להיות מסוגל לבצע את הפונקציות המתוארות בשלבים 2.2.9 כדי 2.2.13 השתמשבפונקציה’ מספריים ‘ כדי להסיר גולגולת בגודל הולם ב’גולגולת גולגולת גולגולת’.הערה: יצירת craniotomy בדרך זו יהיה, גם, להסיר חלק נוסף של הגולגולת בצד הנגדי ומכאן הצורך בשלבים 2.2.11 כדי 2.2.14. לחץ על ‘הוסף’ והוסף פילוח חדש; שם זה ‘קרניוטומיה בלבד’. ב’גולגולת בלבד’ בחר את הפילוח ‘גולגולת גולגולת גולגולת’ ולהשתמש ‘אופרטורלוגי ‘ פונקציה כדי להחסיר ‘גולגולת Craniotomy’ מ ‘גולגולת’. השתמש בפונקציה ‘מספריים’ כדי למחוק הכל מלבד craniotomy הרצוי בצד הנכון של הגידול, שמירת ‘Craniotomy בלבד’. ב’גולגולת גולגולת Craniotomy’ להשתמש ‘אופרטורלוגי ‘ פונקציה כדי להחסיר ‘Craniotomy בלבד’ מ ‘גולגולת’ ולשמור. פתח אתמודול ‘פילוחים’ וייצא את ‘גולגולת Craniotomy’ כקובץ סטריאוליטוגרפיה (STL). פתח תוכנת מידול תלת-ממד וייבא את קובץ ה-STL ‘גולגולת גולגולת גולגולת’.הערה: אם המודל מופיע בוורוד מפוספס, השלם את הפונקציה ‘Flip Normals’ על-ידי בחירת הדגם המלא (בחר | לחץ פעמייםעל ) ולאחר מכן על ‘ערוך | היפוך נורמלים’. הדגם יהפוך כעת לאפור ויהיה ניתן לערוך אותו. ודאשדפדפן ‘הצגת אובייקטים’מופעל. הפחת את מספר המשולשים כדי לשפר את הזמן החישובי. בחירת הדגם המלא (בחירת | לחיצה כפולה הופכת את המודל לכתום) ולאחר מכן ‘עריכה | הפחת’. פונקציית ברירתהמחדל’ הפחת ‘ מוגדרת ב- 50% אז חזור על הפעולה עד להשגת ההפחתה הרצויה. כוון למספר כולל של משולשים < 500,000. החל את הפונקציה ‘החלקה’ כדי להבטיח שהתיבה ‘שמירה על צורה’ תישאר מסומנת. בחר את הדגם המלא ולאחר מכן ‘עיוות | חלק”. לחץ על ‘ניתוח’ ולאחר מכן על ‘מפקח’ולהשתמש בפונקציה זו כדי לזהות פגמים קטנים במודל ולחוץ על תיקון אוטומטי (להציע ‘שטוח מילוי’ בחירה). גזור את ‘גולגולת’ כדי ליצור חלק עליון ותחתון באמצעותהפונקציה ‘עריכה/מישור’חתוכה. בחרו ‘שמור על שתי הפרוסות’ ו ‘Remeshed’ סוג מילוי. שנה את הגולגולת לשקופה עם פונקציית ‘Shaders’ כדי לספק תצוגה פנימית טובה יותר של הגולגולת ולהתאים את המישור כך שהוא מקביל לבסיס הגולגולת. הפרד מעטפות על-ידי בחירה באפשרות ‘ערוך | הפרד מעטפות’ ושם Skull_Top ‘Skull_Bottom’ ו’ בתוך דפדפן האובייקטים.הערה: אל תזיזו את עמדותיהם. לחץ על סמל העין כדי להסיר סמל זה או אחר מהתצוגה. לחץ על ‘Meshmix’ ולאחר מכן בחר ‘גליל’כדי ליצור נדוניה ולערוך גודל ל 4 מ”מ × 10 מ”מ × 4 מ”מ (‘| שינוי צורה). הסתר ‘Skull_Bottom’ על-ידי לחיצה על סמל העין כדי להסירו מהתצוגה. בחר ‘ערוך | ישרמישורים. גליל שקוף נוסף יופיע. בחלון’יישור’, בחר ‘נקודת משטח’ (גליל שקוף בקצה השמאלי) עבור ‘מקור’ ו’נקודת משטח’ ( Shift + לחיצה שמאלית על התת-קרקעי של ‘Skull_Top’) עבור ‘יעד’. שימוש ב’עריכת | פונקצייתההמרה מעבירה את הנדוניה לגולגולת באמצעות החץ הירוק ומתאימת את המיקום עם חצים כחולים ואדומים. שנה את Dowel_Anterior’. בדפדפן האובייקטים ליצור 3 עותקים ולשנות את השם ‘Dowel_Posterior’, ‘Dowel_Left’ ו ‘Dowel_Right’. הזז כל נדוניה למיקום הרצוי באמצעות ‘עריכת | פונקצייתשינוי צורה.הערה: אל תזיז או תשנה את מיקום הנדוניה במישור הירוק. צור עותקים של כל אחד מהם אך שמור את כל העותקים באותו מיקום וצור נדוניה נוספת ושנה את גודלו ל- 3 מ”מ × 10 מ”מ × 3 מ”מ. שנה שם ‘Dowel’. צור חורים עבור Dowels בגולגולת באמצעות הפונקציה ‘הבדל בוליאני’. בחרו ‘Skull_Top’ תחילה ולאחר מכן בחרו נדוניה בדפדפן האובייקטים. בכרטיסיה ‘ הפרשבוליאני’ ודאשההפחתה האוטומטית’ כבויה. חזור על הפעולה עבור כל נדוניה בתורה. הסתר ‘Skull_Top’ והצג את הפונקציה ‘Skull_Bottom’ החוזרת על הפונקציה לעיל ‘הבדל בוליאני’ עבור כל נדוניה בתורה. יצא את ‘Skull_Top’, ‘Skull_Bottom’ ו’דואל’ כקבצי STL בינאריים נפרדים. פילוח רקמת המוח העלה את ה-MRI T1 המשופר של המוח כדי http://niftyweb.cs.ucl.ac.uk/program.php?p=GIF ולהוריד את הפלט שלו. זהו כלי parcellation קוד פתוח עבור תמונות משוקלל T1 שמשתמש באלגוריתם זרימת מידע גיאודזי (GIF)28 כדי לבצע מיצוי המוח פילוח רקמות. פתח תוכנת פילוח וטען את קובץ פלט הפלט המשופר T1 MRI ו- GIF. פתח את מודול ‘עורךמקטעים ‘ וצור פילוח חדש. בחר את התוויות המתאימות ושלב אותן כדי ליצור פילוח יחיד. לדוגמה, ניתן לשלב מפות של תוויות מוחיות ו- diencephalon כדי ליצור מודל אחד, המכונה ‘מוח’ ו- midbrain, גזע המוח, המוח הקטן ומבנים וראמיאניים ניתן לשלב כדי ליצור מודל שני המכונה ‘Cerebellum’. השתמש בפונקציה ‘Smoothing’ (חציון מוצע של 2.00 מ”מ, 5 × 5 × 3 פיקסלים). השתמש בפונקציה ‘מספריים’ כדי להסיר פילוחים לא רצויים או שגויים. שמור פילוחים של ‘מוח’ ו’מוחי’. פתח ‘פילוחים’ מודול ולייצא ‘מוח’ ו ‘Cerebellum’ כמו קבצי STL. פילוח גידולים פתח תוכנת פילוח וטען את ה- MRI המשופר של T1. פתח את מודול ‘עורךפלח שוק ‘ וצור פילוח חדש בשם ‘גידול’. השתמשבפונקציה’ Threshold ‘ כדי להדגיש את הגידול. תקן את הפילוח באמצעותהפונקציות’ צייר’,’ צייר’ו ‘ מחק ‘. החל את הפונקציה ‘החלקה’ (חציון מוצע 2.00 מ”מ 5 x 5 x 3 פיקסלים). צור פילוח חדש בשם ‘Cerebellum_Tumor’. שלב את המודל ‘Cerebellum’ ו’גידול’ באמצעות ‘ אופרטוריםלוגיים | הוסף’ פונקציה. שמור פילוחים של ‘גידול’ Cerebellum_Tumor’. פתח את מודול’פילוחים’וייצא את ‘גידול’ ו’Cerebellum_Tumor’ כקבצי STL.הערה: בסוף תהליך הפילוח, הקבצים הבאים זמינים: ‘Skull_Top’, ‘Skull_Bottom’, ‘Dowel’, ‘מוח’, ‘Cerebellum’, ‘גידול’, ‘Cerebellum_Tumor’. 3.3D של תבניות מוח/גידול וגולגולת יצירת תבניות המוח והגידול פצל את פילוח ‘המוח’ לשתי ההמיספרות, באמצעות הכלי ‘חיתוךמישור ‘ בתוכנת מידול תלת-ממד. שמור כל חצי כדור כקובץ STL נפרד ‘מוח ימינה’ ו’מוח שמאלי’. יבא את קובץ STL ‘גידול’ לתוכנה עיצוב בעזרת מחשב (CAD). לחץ עלהכרטיסיה’ רשת שינוי ‘ ולאחר מכן השתמש בפונקציה ‘הפחת’ כדי להקטין את גודל המודל כך שניתן יהיה לטפל בו על ידי התוכנית – המטרה היא להקטין את הגודל ככל האפשר, תוך שמירה על כל הפרטים הדרושים. לחצו עלהכרטיסייה ‘מלא’ ולהשתמש בכלי ‘רשת שינוי ל- BRep’ להמרת רשת שינוי מיובאת לגוף שניתן לטפל בו. אם אין אפשרות להשלים פעולה זו, רשת שינוי זו לא הופחתה מספיק בשלב 3.1.3. לחץעל’ צור ‘ואז’ תיבה ‘ וצייר תיבה סביב הגידול. בחר כדי ליצור זאת כ ‘גוף חדש’ ולסובב את התצוגה כדי להבטיח את התיבה לחלוטין מקיף את הגידול מכל הצדדים. בכרטיסיה שינוי, השתמש בכלי ‘ שילוב ‘כדילחתוך את הגידול (‘גוף הכלי’) מהתיבה (‘גוף היעד’). לאחר מכן זה ישאיר קופסה עם צורה חלולה של הגידול בתוכה. ודא שהתיבה החלולה קיימת. חותכים את התיבה למספר מתאים של חתיכות, כך שברגע שהתבנית מתמלאת, ניתן לפרס אותה בנפרד מבלי לפגוע בפנטום שבפנים. לגידול כאן, זה מספיק כדי לפצל את התיבה לשניים, אבל עבור החלקים האחרים של הפנטום, חתיכות נוספות נדרשות. צור מישורים דרך התיבה במקומות שבהם יש לחתוך את התבנית. לחץעל’ בנה ‘לאחר מכן’ מטוס בינוני ‘ כדי ליצור מישור דרך מרכז התיבה. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המישור שנוצר ובחר ‘מישור היסט’ כדי למקם את המישור באופן מדויק יותר. השתמש בפונקציה ‘פיצול גוף’ בכרטיסיה ‘שינוי’ כדי לפצל את התבנית לאורך המישורים שנוצרו. להזיז את החלקים הבודדים של התבנית, על ידי לחיצה ימנית ובחירה ‘להעביר / להעתיק’, כך שכל החלקים פונים כלפי חוץ. הוסף מסמרות לפנים של כל פיסת עובש (כך שהוא יכול להתאים יחד בבטחה), על ידי לחיצה על ‘צורסקיצה ‘ ואז ‘ מעגלקוטרמרכזי ‘ ועל כל פנים, ציור עיגולים קטנים. לחץ ימינה אז ‘Extrude’ מעגלים אלה כלפי חוץ כמה מילימטרים על פנים אחד ולהדיר אותם פנימה על הפנים המתאימות.הערה: העיגולים המובלטים פנימה צריכים להיות מעט גדולים יותר – כ -1.5 מ”מ – מאלה המובלטים כלפי חוץ, כך שהם יתאימו זה לזה בנוחות. שמור כל חלק של התבנית כקובץ STL נפרד. חזור על שלבים 3.1.4 – 3.1.14 עבור ‘המוח שמאל’, ‘המוח הימני’ ו ‘גידול Cerebellum’.הערה: שימוש בקובץ ‘גידול Cerebellum’ ולא רק ‘Cerebellum’ כדי ליצור את התבנית אומר כי עובש יהיה מקום זה עבור הגידול להיות מוכנס במהלך הבנייה. הדפסת תבניות תלת-מימד התקן או פתח תוכנת הדפסה בתלת-ממד. פתח את קובץ STL עבור כל פיסת התבנית בתוכנת ההדפסה ולסובב אותו כך שהוא שוכב שטוח נגד צלחת לבנות. ניתן להוסיף חתיכות עובש מרובות לצלחת לבנות ולהדפיס אותם בו זמנית. בחר גובה שכבה גדול (סביב 0.2 מ”מ) וערך מילוי נמוך (סביב 20%) להדפסה מהירה יותר. הדפס את התבניות באמצעות חומר נוקשה כגון חומצה פולילקטית (PLA). אם התבניות ממוקמות כראוי, אין צורך בחומר תמיכה. הדפס את הגולגולת פתח את קובץ ‘גולגולת למעלה’ בתוכנת ההדפסה ובחר גובה שכבה גדול (סביב 0.2 מ”מ) וערך מילוי נמוך (סביב 20%). הדפס את דגם הגולגולת ב- PLA אך בניגוד לשלב 3.2.3, תידרש חומר תמיכה, לכן בחר באפשרות ‘הוסףתמיכה ‘ בתוכנה. PVA משמש כחומר התמיכה כפי שהוא יכול מאוחר יותר להיות מומס משם עם מים. חזור על שלבים 3.3.1 ו- 3.3.2 עבור ‘תחתית הגולגולת’. לאחר החלק העליון והתחתון של הגולגולת הודפסו, להטביע אותם במים לילה כדי להמיס את חומר התמיכה PVA.הערה: חומר התמיכה יתמוסס הרבה יותר מהר אם נעשה שימוש במים חמים, אך אם המים חמים מדי, הם יפרקו את ה- PLA המודפס. לכן, עדיף להשתמש במים קרים ולהשאיר את הטביעה שקועה לילה. 4. הכנת PVA-c למדוד 200 גרם של אבקת PVA ולהגדיר בצד. מחממים 1800 גרם של מים deionized ל 90 מעלות צלזיוס ומוסיפים בקבוק חרוט 2L.הערה: המים צריכים להיות כמעט רותחים כך אבקת PVA יתמוסס בקלות, אבל אם המים מגיעים 100 מעלות צלזיוס, כמה יאבדו להתאדות, אשר יש להימנע. להשעות את הבקבוק חרוט באמבט מים מבוקר טמפרטורה להגדיר ב 90 מעלות צלזיוס. מקם stirrer אלקטרוני בבקבוק, להבטיח שזה לא נוגע בתחתית או בצדדים, ולהגדיר את המהירות ל 1500 סל”ד.הערה: בדוק שהמים זזים באופן שווה ואין נקודות עומדות בצדדים או בתחתית. מוסיפים בהדרגה את אבקת PVA לבקבוק חרוט, מעל 30 דקות, ולאחר מכן להשאיר אותו לבחוש עוד כ 90 דקות. הג’ל שנוצר הוא חומר חיקוי רקמות PVA-c. מוציאים בקבוק חרוט מהאמבטיה ויוצקים את התכולה לתוך מקור. מכסים את החלק העליון עם סרט נצמד כדי למנוע היווצרות של עור על גבי PVA-c. השאירו את ה- PVA-c להתקרר לטמפרטורת החדר (בסביבות 20 מעלות צלזיוס). לאחר הקירור, ה-PVA-c יהיה שקוף. גבישים לבנים זעירים ניתן לראות PVA-c, אבל כל בועות המופיעות על פני השטח חייב להיות גירד בעדינות. מוסיפים 0.5 w/w% אשלגן סורבט ל-PVA-c כחומר משמר, ומערבבים היטב באופן ידני. PVA-c ניתן להשאיר בטמפרטורת החדר אם מכוסה בסרט נצמד במשך כמה ימים לפני שהוא שפך לתוך תבניות. 5. כינוס פנטום למדוד מספיק PVA-c כדי למלא את עובש הגידול לתוך מקור. כדי PVA-c עבור הגידול, להוסיף 1 w / w% מיקרוספרות זכוכית עבור ניגודיות אולטרסאונד ו 5 w / w% בריום סולפט עבור ניגודיות רנטגן, ומערבבים ביד.הערה: ייתכן שיהיה צורך למדוד עודף PVA-c עבור הגידול, כך אחוזים אלה הם כמות מדידה. Sonicate את הקוסם כדי להבטיח ערבוב הומוגני של תוספים. השאירו להתקרר ולאפשר לכל בועות שנוצרו לברוח, סביב 10 דקות, ואז לגרד את כל הבועות מפני השטח.הערה: אין לצאת לתקופה ממושכת לאחר הוספת כדורי הזכוכית, לא יותר מעשר דקות, לפני שופכים את ה- PVA-c לתבנית, שכן כדורי הזכוכית יתיישבו לתחתית המזווה. ברגע שהפנטום יוקפא, זה כבר לא יהיה דאגה, ואת הפנטום הסופי ניתן להשתמש בטמפרטורת החדר. לאבטח את עובש הגידול יחד (קלטת ניתן להשתמש כדי לכסות את הצירופים בתבנית) ויוצקים את PVA-c דרך החור בחלק העליון של התבנית. השאירו לכמה דקות כדי לאפשר לכל בועות שנוצרו בתהליך השופך לברוח דרך החור, ואז למקם ישר לתוך המקפיא. בצע שני מחזורי הפשרת הקפאה על הגידול; כל מחזור כאן מורכב 6 שעות של הקפאה ב -20 °C (6 °F) ו 6 שעות של הפשרה בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, להסיר בזהירות מן התבנית. מניחים את הגידול לתוך החלל המתאים לו בתבנית המוח הקטן, ולאחר מכן לבנות את שאר עובש המוח הקטן ולאבטח אותו יחד. ל-PVA-c הנותרים הוסיפו 0.05 w/w% מיקרוספרות זכוכית, ולאחר מכן חזרו על שלבים 5.1.3 ו-5.1.4. יוצקים את PVA-c לתוך עובש המוח הקטן, ומאפשר לו להקיף את הגידול שהונח בפנים. בנוסף, יוצקים את התערובת לתוך התבניות עבור כל חצי כדור במוח. בצע שני מחזורי הפשרת הקפאה על כל חצי כדור במוח ועל המוח הקטן; כל מחזור כאן מורכב 24 שעות של הקפאה ב -20 °C (69 °F) ו 24 שעות של הפשרה בטמפרטורת החדר.הערה: מחזורים עם 12 שעות הקפאה ואחריו 12 שעות הפשרה יעילה גם, כדי לאפשר את הפנטום להיווצר בתוך פחות זמן. 24 שעות נבחרה כדי להקל על היישום, כדי למנוע חזרה למעבדה כל 12 שעות. לאחר שהפנטומים הפשירו בפעם השנייה, הסירו אותם בזהירות מהתבניות והכנסו לגולגולת המודפסת.הערה: כאשר לא בשימוש, phantoms PVA-c הושלמה צריך להיות מאוחסן במיכל אטום במקרר, והוא יכול להישמר במשך כמה שבועות בדרך זו לסיום, מניחים את פנטום ‘גידול המוח הקטן’ על היתד בבסיס דגם ‘תחתית הגולגולת’. המודלים של שתי ההמיספרות במוח (‘המוח השמאלי’ ו’מוח ימין’) ממוקמים על החלק העליון של ‘גידול המוח הימני’) ממוקמים בחלק העליון של ‘גידול המוח הקטן’. מניחים את ארבעת הדנוונים בכל חלל בדגם ‘גולגולת תחתונה’ ומציבים את דגם ‘גולגולת למעלה’ למעלה. במידת הצורך, המודל עשוי להיות תמרון לתוך המיקום הרצוי כדי לדמות שימוש תוך ניתוחי בניתוח. 6. הדמיית פנטום הדמיית אולטרסאונד החל ג’ל אולטרסאונד על בדיקה הדמיה.הערה: ג’ל אינו משמש תוך-הניתוח אך ניתן להשתמש בו בסימולציה ואינו משנה באופן משמעותי את זרימת העבודה הקלינית או את איכות התמונות הנרכשות. תדמיין את המוח והגידול דרך הגולגולת, עם סורק קליני ובדיקה של חור בר. הדמיית CT תדמיין את כל הפנטום בסורק סי.טי.