Paciente

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 10172 (2022) Cite este artigo

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A visualização de imagens médicas de pacientes como modelos 3D físicos (modelos fantasmas) tem muitos papéis na área médica, desde educação até preparação pré-clínica e pesquisa clínica. No entanto, os modelos fantasmas atuais são geralmente genéricos, caros e demorados para fabricar. Assim, há a necessidade de um pipeline eficiente em termos de custo e tempo, desde imagens médicas até modelos fantasmas específicos do paciente. Neste trabalho, apresentamos um método para criar moldes de sacrifício 3D complexos usando uma resina solúvel em água disponível no mercado e uma impressora 3D de mesa de baixo custo. Isso nos permite recriar partes da árvore arterial cerebral como um modelo fantasma em escala real (\(10\times 6\times 4\) cm) em borracha de silicone transparente (polidimetilsiloxano, PDMS) a partir de imagens de angiografia por tomografia computadorizada (CTA). Analisamos o modelo com ressonância magnética (MRI) e comparamos com os dados do paciente. Os resultados mostram boa concordância e superfícies lisas para as artérias. Também avaliamos nosso método observando sua capacidade de reproduzir canais de 1 mm e cantos vivos. Descobrimos que as formas redondas são bem reproduzidas, enquanto as feições pontiagudas apresentam alguma divergência. Nosso método pode fabricar um modelo de fantasma específico do paciente com menos de 2 horas de trabalho total e com baixo custo de fabricação.

Modelos fantasmas recriados a partir de imagens médicas têm muitos papéis potenciais no campo da medicina personalizada. Reproduzir as estruturas internas dos pacientes como modelos 3D em escala real é benéfico por vários motivos. Primeiro, modelos fantasmas podem ser usados ​​por profissionais médicos antes de intervenções cirúrgicas, bem como para treinamento educacional1,2,3,4. Em segundo lugar, modelos fantasmas realistas nos quais as propriedades de fluxo podem ser medidas podem auxiliar no diagnóstico de doenças e fornecer aos pesquisadores uma técnica para avaliar simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD)5,6. Um exemplo de geometria complexa com recursos estruturados finos que seria benéfico recriar como um modelo de fluxo fantasma são as artérias cerebrais. A recriação da árvore arterial cerebral como um modelo específico do paciente tem o potencial de ajudar a visualizar e explorar os efeitos da pressão arterial do estreitamento anormal dos vasos sanguíneos (estenose) e validar os métodos atuais para avaliação clínica7. No entanto, os modelos fantomas atuais usados ​​na medicina são geralmente genéricos, caros e demorados para fabricar8. Para superar essas limitações e fabricar modelos específicos do paciente, é necessário um pipeline econômico e de tempo, desde imagens médicas até modelos fantasmas 3D.

A imagiologia médica desenvolveu-se rapidamente durante as últimas décadas com uma resolução melhorada dos angiogramas arteriais (imagem dos vasos sanguíneos) que estão prontamente disponíveis a partir de medições clínicas de rotina. No entanto, transformar esses angiogramas em modelos fantasmas como parte do procedimento de rotina exigiria métodos de fabricação eficientes. O desenvolvimento recente na tecnologia de impressora 3D oferece novas formas de criar modelos 3D. Como resultado, os modelos fantasmas agora podem ser fabricados internamente, com rapidez e baixo custo. A maioria das tecnologias de impressão 3D são baseadas em extrusão (por exemplo, FDM), estereolitografia (por exemplo, SLA) ou impressoras a jato de tinta (por exemplo, polyjet)9,10. As impressoras SLA são geralmente preferidas devido à sua combinação de alta resolução, bom acabamento superficial e baixo custo. Embora tudo isso seja importante, o modelo fantasma também deve ser capaz de se assemelhar às condições in vivo, portanto, seu material deve ser considerado. Uma borracha de silicone chamada polidimetilsiloxano (PDMS) é comumente usada em modelos fantomas por ser transparente, inerte, não tóxica11,12 e possuir uma elasticidade que pode ser ajustada13,14. Isso é ideal para modelos de fluxo usados ​​para conduzir estudos biológicos e/ou incorporar elementos compatíveis (flexíveis). No entanto, o PDMS não é um material adequado para impressão 3D direta, pois as tentativas resultam em claridade óptica degradada15. Portanto, para permitir alta clareza óptica e alta resolução, propomos um método usando uma impressora SLA para fabricar um molde das artérias e fundi-las em PDMS.