ПРИМЕНЕНИЕ 3D-МОДЕЛЕЙ СЕРДЦА, СОЗДАННЫХ НА ОСНОВЕ DICOM-ИЗОБРАЖЕНИЙ, В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ
С. В. Кушнарев,
И. С. Железняк,
В. Н. Кравчук,
С. Д. Рудь,
А. В. Ширшин,
И. А. Меньков,
Г. Г. Романов https://doi.org/10.22328/2079-5343-2020-11-3-7-13
- Р Р‡.МессенРТвЂВВВВВВВВжер
- РћРТвЂВВВВВВВВнокласснРСвЂВВВВВВВВРєРСвЂВВВВВВВВ
- LiveJournal
- Telegram
- ВКонтакте
- РЎРєРѕРїРСвЂВВВВВВВВровать ссылку
Полный текст:
Аннотация
Трехмерная печать (3D-печать, аддитивное производство, быстрое прототипирование) – это технология создания физического объекта из цифровой модели путем послойного добавления материала. Относительная простота создания 3D-моделей, их индивидуализация и кастомизация отличают аддитивные технологии от серийного производства. Возможность демонстрировать анатомию сердца с помощью 3D-моделей определила их использование в кардиохирургии, в первую очередь, в ходе образовательного процесса и предоперационного планирования, а также для тестирования имплантируемых устройств и моделирования гемодинамики. Несмотря на то, что роль 3D-моделей в клинической практике в настоящее время не определена, внедрение 3D-печати способно дать важные преимущества в решении ряда диагностических и лечебных задач. В статье представлены результаты анализа научных статей, посвященных применению трехмерных физических моделей сердца в кардиохирургической практике.
Об авторах
С. В. Кушнарев
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова
Россия
Россия
врач-рентгенолог, адъюнкт при кафедре рентгенологии и радиологии с курсом ультразвуковой диагностики
194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6;
SPIN-код: 5859–0480
И. С. Железняк
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова
Россия
Россия
врач-рентгенолог, доктор медицинских наук, доцент, начальник кафедры рентгенологии и радиологии с курсом ультразвуковой диагностики
194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6
SPIN-код: 1450–5053
В. Н. Кравчук
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова;
Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова
Россия
Россия
сердечно-сосудистый хирург, доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой сердечно-сосудистой хирургии; профессор 1 кафедры (хирургии усовершенствования врачей)
191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41
194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6
SPIN-код: 4227–2846
С. Д. Рудь
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова
Россия
Россия
врач-рентгенолог, кандидат медициинских наук, ассистент кафедры рентгенологии и радиологии с курсом ультразвуковой диагностики
194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6
SPIN-код: 4005–1267
А. В. Ширшин
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова;
Национальный исследовательский университет ИТМО
Россия
Россия
врач-рентгенолог клиники рентгенорадиологии и ультразвуковой диагностики; магистрант факультета систем управления и робототехники
194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6;
197101, Санкт-Петербург, Кронверкский просп., д. 49
SPIN-код: 4412–0498
И. А. Меньков
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова
Россия
Россия
врач-рентгенолог, кандидат медицинских наук, заведующий отделением лучевой диагностики клиники рентгенорадиологии и ультразвуковой диагностики
194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6
SPIN-код: 3868–3635
Г. Г. Романов
Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова
Россия
Россия
врач-рентгенолог, кандидат медицинских наук, старший преподаватель кафедры рентгенологии и радиологии с курсом ультразвуковой диагностики
194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д. 6
SPIN-код: 9298–4494
Список литературы
1. Vukicevic M., Puperi D.S., Jane Grande-Allen K., Little S.H. Cardiac 3D рrinting and its future directions // JACC Cardiovasc Imaging. 2017. Vol. 10, No. 2. P. 171-184. https://doi.org/10.1007/s10439-016-1676-5.
2. Коровин А.Е., Нагибович О.А., Пелешок С.А., Копыленкова Т.И., Шилин В.П., Ольховик А.Ю., Шевченко В.А. 3D- моделирование и биопрототипирование в военной медицине // Клиническая патофизиология. 2015. № 3. P. 17-23.
3. Meier L.M., Meineri M., Qua Hiansen J., Horlick E.M. Structural and congenital heart disease interventions: the role of three- dimensional printing // Neth Heart J. 2017. Vol. 25, No. 2. P. 65-75. https://doi.org/10.1007/s12471-016-0942-3.
4. Багатурия Г.О. Перспективы использования 3D-печати при планировании хирургических операций // Медицина: теория и практика. 2016. Vol. 1, No. 1. P. 26-35.
5. Farooqi K.M., Cooper C., Chelliah A., Saeed O., Chai P.J., Jambawalikar S.R., Lipson H., Bacha E.A., Einstein A.J., Jorde U.P. 3D printing and heart failure: the present and the future // JACC: Heart Failure. 2019. Vol. 7, No. 2. P. 132-142. https://doi.org/10.1016/j.jchf.2018.09.011.
6. Luo H., Meyer-Szary J., Wang Z., Sabiniewicz R., Liu Y. Three-dimensional printing in cardiology: current applications and future challenges // Cardiol. J. 2017. Vol. 24, No. 4. P. 436-444. https://doi.org/10.5603/CJ.a2017.0056.
7. Mathur M., Patil P., Bove A. The role of 3D printing in structural heart disease: all that glitters is not gold // JACC: Cardiovascular Imaging. 2015. Vol. 8, No. 8. P. 987-988. https://doi.org/10.1016/j.jcmg.2015.03.009.
8. El Sabbagh A., Eleid M.F., Al-Hijji M., Anavekar N.S., Holmes D.R., Nkomo V.T., Oderich G.S., Cassivi S.D., Said S.M., Rihal C.S.,
9. Matsumoto J.M., Foley T.A. The various applications of 3D printing in cardiovascular diseases // Curr. Cardiol Rep. 2018. Vol. 20, No. 6. P. 47. https://doi.org/10.1007/s11886-018-0992-9.
10. Valverde I. Three-dimensional printed cardiac models: applications in the field of medical education, cardiovascular surgery, and structural heart interventions // Revista Española de Cardiología (English Edition). 2017. Vol. 70, No. 4. P. 282-291. https://doi.org/10.1016/j.rec.2017.01.012.
11. Liu P., Liu R., Zhang Y., Liu Y., Tang X., Cheng Y. The value of 3D printing models of left atrial appendage using real-time 3D transesophageal echocardiographic data in left atrial appendage occlusion: applications toward an era of truly personalized medicine // Cardiology. 2016. Vol. 135, No. 4. P. 255-261. https://doi.org/10.1159/000447444.
12. Maragiannis D., Jackson M.S., Igo S.R., Schutt R.C., Connell P., GrandeAllen J., Barker C.M., Chang S.M., Reardon M.J., Zoghbi W.A., Little S.H. Replicating patient-specific severe aortic valve stenosis with functional 3D modeling // Circcardiovasc imaging. 2015. Vol. 8, No. 10. P. https://doi.org/626.DOI: 10.1161/CIRCIMAGING.115.003626.
13. Нагибович О.А., Свистов Д.В., Пелешок С.А., Коровин А.Е., Городков Е.В. Применение технологии 3D-печати в медицине // Клиническая патофизиология. 2017. Vol. 23, No. 3. P. 14-22.
14. Schmauss D., Haeberle S., Hagl C., Sodian R. Three-dimensional printing in cardiac surgery and interventional cardiology: a single-centre experience // Eur. J. Cardiothorac Surg. 2015. Vol. 47, No. 6. P. 1044-1052. https://doi.org/10.1093/ejcts/ezu310.
15. Wang J., Coles-Black J., Matalanis G., Chuen J. Innovations in cardiac surgery: techniques and applications of 3D printing // J. 3D Print. Med. 2018. Vol. 2, No. 4. P. 179-186. https://doi.org/10.2217/3dp-2018-0013.
16. Park C.Y., Chang J.K., Jeong D.Y., Yoon G.J., Chung C., Kim J.K., Han D.C., Min B.G. Development of a custom designed TAH using rapid prototyping // Asaio journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992). 1997. Vol. 43, No. 5.
17. Harb S.C., Xu B., Klatte R., Griffin B.P., Rodriguez L.L. Haemodynamic assessment of severe aortic stenosis using a three-dimensional (3D) printed model incorporating a flow circuit // Heart, Lung and Circulation. 2018. Vol. 27. https://doi.org/10.1016/j.hlc.2018.05.099.
18. Binder T.M., Moertl D., Mundigler G., Rehak G., Franke M., Delle-Karth G., Mohl W., Baumgartner H., Maurer G. Stereolithographic biomodelling to create tangible hard copies of cardiac structures from echocardiographic data: In vitro and in vivo validation // Journal of the American College of Cardiology. 2000. Vol. 35, No. 1. P. 230-237. https://doi.org/10.1016/S0735-1097(99)00498-2.
19. Ngan E.M., Rebeyka I.M., Ross D.B., Hirji M., Wolfaardt J.F., Seelaus R., Grosvenor A., Noga M.L. The rapid prototyping of anatomic models in pulmonary atresia // The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2006. Vol. 132, No. 2. P. 264-269. https://doi.org/10.1016/j.jtcvs.2006.02.047.
20. Noecker A.M., Chen J.F., Zhou Q., White R.D., Kopcak M.W., Arruda M.J., Duncan B.W. Development of patient-specific three-dimensional pediatric cardiac models // Asaio Journal. 2006. Vol. 52, No. 3. P. 349-353. https://doi.org/10.1097/01.mat.0000217962.98619.ab.
21. Schievano S., Migliavacca F., Coats L., Khambadkone S., Carminati M., Wilson N., Deanfield J.E., Bonhoeffer P., Taylor A.M. Percutaneous pulmonary valve implantation based on rapid prototyping of right ventricular outflow tract and pulmonary trunk from mr data // Radiology. 2007. Vol. 242, No. 2. P. 490-497. https://doi.org/10.1148/radiol.2422051994
22. Jacobs S., Grunert R., Mohr F.W., Falk V. 3D-Imaging of cardiac structures using 3D heart models for planning in heart surgery: a preliminary study // Interact Cardio Vasc Thorac Surg. 2008. Vol. 7, No. 1. P. 6-9. https://doi.org/10.1510/icvts.2007.156588.
23. Ma X.J., Tao L., Chen X., Li W., Peng Z.Y., Chen Y., Jin J., Zhang X.L., Xiong Q.F., Zhong Z.L., Chen X.F. Clinical application of three-dimensional reconstruction and rapid prototyping technology of multislice spiral computed tomography angiography for the repair of ventricular septal defect of tetralogy of Fallot // Genet. Mol. Res. 2015. Vol. 14, No. 1. P. 1301-1309. https://doi.org/10.4238/2015.February.13.9.
24. Guo H.C., Wang Y., Dai J., Ren C.W., Li J.H., Lai Y.Q. Application of 3D printing in the surgical planning of hypertrophic obstructive cardiomyopathy and physician-patient communication: a preliminary study // J. Thorac. Dis. 2018. Vol. 10, No. 2. P. 867-873. https://doi.org/10.21037/jtd.2018.01.55.
25. Valverde I., Gomez G., Coserria J.F., Suarez-Mejias C., Uribe S., Sotelo J., Velasco M.N., Santos De Soto J., Hosseinpour A.R., Gomez-Cia T. 3D printed models for planning endovascular stenting in transverse aortic arch hypoplasia: 3D cardiovascular model simulation // Catheterization and Cardiovascular Interventions. 2015. Vol. 85. https://doi.org/10.1002/ccd.25810.
26. Lim K.H., Loo Z.Y., Goldie S.J., Adams J.W., McMenamin P.G. Use of 3D printed models in medical education: A randomized control trial comparing 3D prints versus cadaveric materials for learning external cardiac anatomy // Anatomical sciences education. 2015. Vol. 9. https://doi.org/10.1002/ase.1573.
27. Costello J.P., Olivieri L.J., Krieger A., Thabit O., Marshall M.B., Yoo S.J., Kim P.C., Jonas R.A., Nath D.S. Utilizing three- dimensional printing technology to assess the feasibility of high- fidelity synthetic ventricular septal defect models for simulation in medical education // World journal for pediatric & congenital heart surgery. 2014. Vol. 5. P. 421-426. https://doi.org/10.1177/2150135114528721
28. Ochoa S., Segal J., Garcia N., Fischer E.A. Three‐dimensional printed cardiac models for focused cardiac ultrasound instruction // Journal of Ultrasound in Medicine. 2018. Vol. 38. https://doi.org/10.1002/jum.14818.
29. White S.C., Sedler J., Jones T.W., Seckeler M. Utility of three-dimensional models in resident education on simple and complex intracardiac congenital heart defects // Congenit Heart Dis. 2018. Vol. 13, No. 6. P. 1045-1049. https://doi.org/10.1111/chd.12673.
30. Smerling J., Marboe C.C., Lefkowitch J.H., Pavlicova M., Bacha E., Einstein A.J., Naka Y., Glickstein J., Farooqi K.M. Utility of 3D printed cardiac models for medical student education in congenital heart disease: across a spectrum of disease severity // Pediatr. Cardiol. 2019. Vol. 40, No. 6. P. 1258-1265. https://doi.org/10.1007/s00246-019-02146-8.
31. Biglino G., Capelli C., Wray J., Schievano S., Leaver L.K., Khambadkone S., Giardini A., Derrick G., Jones A., Taylor A.M. 3D-manufactured patientspecific models of congenital heart defects for communication in clinical practice: Feasibility and acceptability // BMJ Open. 2015. Vol. 5. P. e007165. https://doi.org/10.1136/bmjopen-2014-007165
32. Wamala I., Brüning J., Dittmann J., Jerichow S., Weinhold J., Goubergitis L., Hennemuth A., Volkmar F., KempfertJ… Simulation of a Right Anterior Thoracotomy Access for Aortic Valve Replacement Using a 3D Printed Model // Innovations (Phila). 2019. P. 1-8. https://doi.org/10.1177/1556984519870510.
33. Estai M., Bunt S. Best teaching practices in anatomy education: a critical review // Annals of anatomy. 2016. Vol. 208. P. 151-157. https://doi.org/10.1016/j.aanat.2016.02.010.
34. Shi D., Liu K., Zhang X., Liao H., Chen X. Applications of three- dimensional printing technology in the cardiovascular field // Internal and emergency medicine. 2015. Vol. 10. https://doi.org/10.1007/s11739-015-1282-9.
35. Schievano S., Taylor A.M., Capelli C., Coats L., Walker F., Lurz P., Nordmeyer J., Wright S., Khambadkone S., Tsang V., Carminati M., Bonhoeffer P. First-in-man implantation of a novel percutaneous valve: a new approach to medical device development // EuroIntervention. 2010. Vol. 5, No. 6. P. 745-750.
36. Pepper J., Petrou M., Rega F., Rosendahl U., Golesworthy T., Treasure T. Implantation of an individually computer-designed and manufactured external support for the Marfan aortic root // Multimed Man Cardiothorac Surg. 2013. Vol. 2013. P. 1-8. https://doi.org/10.1093/mmcts/mmt004.
37. Herrmann T.A., Siefert A.W., Pressman G.S., Gollin H.R., Touchton S.A. Jr. Saikrishnan N., Yoganathan A.P. In vitro comparison of doppler and cathetermeasured pressure gradients in 3D models of mitral valve calcification // J. Biomech Eng. 2013. Vol. 135, No. 9. https://doi.org/10.1115/1.4024579.
38. Mashari A., Knio Z., Jeganathan J., Montealegre-Gallegos M., Yeh L., Amador Y., Matyal R., Saraf R., Khabbaz K., Mahmood F. Hemodynamic testing of patient-specific mitral valves using a pulse duplicator: a clinical application of three-dimensional printing // Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 2016. Vol. 30. https://doi.org/10.1053/j.jvca.2016.01.013.
39. Aldosari S., Jansen S., Sun Z. Patient-specific 3D printed pulmonary artery model with simulation of peripheral pulmonary embolism for developing optimal computed tomography pulmonary angiography protocols // Quant. Imaging Med. Surg. 2019. Vol. 9, No. 1. P. 75-85. https://doi.org/10.21037/qims.2018.10.13.
40. Vignali E., Manigrasso Z., Gasparotti E., Biffi B., Landini L., Positano V., Capelli C., Celi S. Design, simulation, and fabrication of a three-dimensional printed pump mimicking the left ventricle motion // Int. J. Artif. Organs. 2019. Vol. 42, № 10. P. 539-547. https://doi.org/10.1177/0391398819856892.
41. Byrne N., Velasco Forte M., Tandon A., Valverde I., Hussain T. A systematic review of image segmentation methodology, used in the additive manufacture of patient-specific 3D printed models of the cardiovascular system // JRSM Cardiovascular Disease. 2016. Vol. 5. https://doi.org/10.1177/2048004016645467.
Рецензия
Для цитирования:
Кушнарев С.В., Железняк И.С., Кравчук В.Н., Рудь С.Д., Ширшин А.В., Меньков И.А., Романов Г.Г. ПРИМЕНЕНИЕ 3D-МОДЕЛЕЙ СЕРДЦА, СОЗДАННЫХ НА ОСНОВЕ DICOM-ИЗОБРАЖЕНИЙ, В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ. Лучевая диагностика и терапия. 2020;11(3):7-13. https://doi.org/10.22328/2079-5343-2020-11-3-7-13
For citation:
Kushnarev S.V., Zheleznyak I.S., Kravchuk V.N., Rud S.D., Shirshin A.V., Menkov I.A., Romanov G.G. A APPLICATION OF 3D HEART MODELS CREATED ON DICOM DATA IN MEDICAL PRACTICE. Diagnostic radiology and radiotherapy. 2020;11(3):7-13. (In Russ.) https://doi.org/10.22328/2079-5343-2020-11-3-7-13
Просмотров:
1015
ISSN 2079-5343 (Print)
Послать статью по эл. почте 