RU2818626C1 - Simulator for mastering the skills of performing a puncture of an foramen ovale of the skull - Google Patents
Simulator for mastering the skills of performing a puncture of an foramen ovale of the skull Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818626C1 RU2818626C1 RU2023129697A RU2023129697A RU2818626C1 RU 2818626 C1 RU2818626 C1 RU 2818626C1 RU 2023129697 A RU2023129697 A RU 2023129697A RU 2023129697 A RU2023129697 A RU 2023129697A RU 2818626 C1 RU2818626 C1 RU 2818626C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control unit
- electronic control
- model
- skull
- puncture
- Prior art date
Links
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 title claims abstract description 30
- 210000004491 foramen ovale Anatomy 0.000 title claims abstract description 9
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 210000000427 trigeminal ganglion Anatomy 0.000 claims abstract description 16
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 210000001627 cerebral artery Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 206010044652 trigeminal neuralgia Diseases 0.000 claims abstract description 9
- 210000001175 cerebrospinal fluid Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 210000001951 dura mater Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims abstract description 3
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 7
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000012549 training Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 210000000214 mouth Anatomy 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 10
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000002594 fluoroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 208000003556 Dry Eye Syndromes Diseases 0.000 description 2
- 206010013774 Dry eye Diseases 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 230000011748 cell maturation Effects 0.000 description 2
- 230000002490 cerebral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ALZOLUNSQWINIR-UHFFFAOYSA-N quinmerac Chemical compound OC(=O)C1=C(Cl)C=CC2=CC(C)=CN=C21 ALZOLUNSQWINIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000003098 Ganglion Cysts Diseases 0.000 description 1
- 208000035965 Postoperative Complications Diseases 0.000 description 1
- 208000005400 Synovial Cyst Diseases 0.000 description 1
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 210000001841 basilar artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 210000000613 ear canal Anatomy 0.000 description 1
- 229920005839 ecoflex® Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000003447 ipsilateral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 210000002483 sella turcica Anatomy 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 210000001738 temporomandibular joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 230000002747 voluntary effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области медицины, а именно к разделу нейрохирургии, и может иметь практическую значимость в отработке навыков выполнения пункции Гассерова узла (ГУ) по стандартной методике Хартела с целью лечении невралгии тройничного нерва (НТН). The invention relates to the field of medicine, namely to the section of neurosurgery, and may have practical significance in developing the skills of performing a puncture of the Gasserian ganglion (GU) according to the standard Hartel technique for the treatment of trigeminal neuralgia (NTN).
Уровень техникиState of the art
Известен способ создания модели для отработки пункционного лечения невралгии тройничного нерва, описанный в статье D. B. Almeida1 и соавторов в 2006 году [Almeida DB, Hunhevicz S, Bordignon K, Barros E, Mehl AA, Burak Mehl AC, de Faria RA, Prandini M, Ramina R. A model for foramen ovale puncture training: Technical note. Acta Neurochir (Wien). 2006 Aug;148(8):881-3; discussion 883. doi: 10.1007/s00701-006-0817-2. Epub 2006 Jun 23. PMID: 16791431]. В данной работе авторы используют кадаверный череп с подвижной за счет пружины нижней челюстью, пространства глубоких мышц заполняют силиконом и надевают латексную маску для реалистичности модели. Положительным качеством данной модели является истинный кадаверный череп, при рентгеноскопии которого реализуется реальная интраоперационная картина. К отрицательным сторонам модели относятся юридические аспекты использования кадаверного черепа, невозможность массового производства и обучения в виду недостаточного количества кадаверных черепов, отсутствие структур Гассерова узла и прилежащих сосудистых структур, а также Меккелевой полости, что препятствует пониманию анатомической траектории дальнейшего продвижения иглы.There is a known method for creating a model for testing puncture treatment of trigeminal neuralgia, described in the article by D. B. Almeida1 and co-authors in 2006 [Almeida DB, Hunhevicz S, Bordignon K, Barros E, Mehl AA, Burak Mehl AC, de Faria RA, Prandini M, Ramina R. A model for foramen ovale puncture training: Technical note. Acta Neurochir (Wien). 2006 Aug;148(8):881-3; discussion 883. doi: 10.1007/s00701-006-0817-2. Epub 2006 Jun 23. PMID: 16791431]. In this work, the authors use a cadaver skull with a lower jaw movable due to a spring, fill the deep muscle spaces with silicone and put on a latex mask to make the model realistic. A positive quality of this model is a true cadaver skull, during fluoroscopy of which a real intraoperative picture is realized. The negative aspects of the model include the legal aspects of using the cadaver skull, the impossibility of mass production and training due to the insufficient number of cadaver skulls, the absence of the structures of the Gasserian ganglion and adjacent vascular structures, as well as the Meckel cavity, which prevents the understanding of the anatomical trajectory of further advancement of the needle.
Известно использование в качестве пункционной модели кадаверного черепа, покрытого силиконовой кожей [He YQ, He S, Shen YX, Qian C. Clinical value of a self-designed training model for pinpointing and puncturing trigeminal ganglion. Br J Neurosurg. 2014 Apr;28(2):267-9. doi: 10.3109/02688697.2013.835379. Epub 2013 Sep 7. PMID: 24628215]. Помимо истинного кадаверного черепа преимуществом данной модели является наличие силиконового Гассерова узла. Недостатком данной модели являются юридические аспекты использования кадаверного черепа, невозможность массового производства и обучения в виду недостаточного количества кадаверных черепов, отсутствие прилежащих сосудистых структур, отсутствие функциональной дифференцировки Гассерова узла на 1-3 ветви, необходимой для предотвращения послеоперационного осложнения в виде синдрома сухого глаза.It is known to use a cadaver skull covered with silicone skin as a puncture model [He YQ, He S, Shen YX, Qian C. Clinical value of a self-designed training model for pinpointing and puncturing trigeminal ganglion. Br J Neurosurg. 2014 Apr;28(2):267-9. doi: 10.3109/02688697.2013.835379. Epub 2013 Sep 7. PMID: 24628215]. In addition to the true cadaver skull, the advantage of this model is the presence of a silicone Gasserian node. The disadvantages of this model are the legal aspects of using the cadaver skull, the impossibility of mass production and training due to the insufficient number of cadaver skulls, the lack of adjacent vascular structures, the lack of functional differentiation of the Gasserian ganglion into 1-3 branches, necessary to prevent postoperative complications in the form of dry eye syndrome.
Известна модель обучения пункционной установки для овального отверстия и тройничного ганглия, которая характеризуется тем, что содержит имитированный череп человека, моделируемую нижнюю костную часть черепа человека из материала эпоксидной смолы; имитированная человеческая мягкая ткань из силикагелевого материала расположена на поверхности черепно-мозговой нижней кости; часть кожи, соответствующую тройничному ганглию тела человека в моделируемой головке человека; положение перехода снабжено трехсекторным ганглиом и ветвью материала силикагеля; вальное круглое отверстие образовано в положении, соответствующем овальному отверстию тела человека, головки гуминоида [CN201359805Y МПК G09B 23/30, опубл.09.12.2009].There is a known model for teaching a puncture unit for the foramen ovale and the trigeminal ganglion, which is characterized in that it contains a simulated human skull, a simulated lower bony part of the human skull made of epoxy resin material; Simulated human soft tissue made of silica gel material is located on the surface of the cranial lower bone; part of the skin corresponding to the trigeminal ganglion of the human body in the simulated human head; the transition position is equipped with a three-sector ganglion and a branch of silica gel material; The round shaft hole is formed in a position corresponding to the oval hole of the human body, the head of the huminoid [CN201359805Y IPC G09B 23/30, publ. 09.12.2009].
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является необходимость усовершенствования вариантов симуляционной модели для отработки навыков выполнения пункции Гассерова узла по стандартной методике Хартела с целью лечении невралгии тройничного нерва.The problem to be solved by the claimed invention is the need to improve variants of the simulation model for practicing the skills of performing a puncture of the Gasserian ganglion using the standard Hartel technique for the treatment of trigeminal neuralgia.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что, симулятор для освоения навыков выполнения пункции овального отверстия черепа содержит: электронный блок управления, созданный на базе микроконтроллера, пункционную иглу, соединенную с электронным блоком управления, модель Гассерова узла, выполненную из токопроводящего пластика, подключенная к электронному блоку управления, состоящая из верхнечелюстной и нижнечелюстной ветви, и глазничной ветви, разделенных диэлектрическим элементом, модель артерий головного мозга (внутренняя сонная, передняя, передняя соединительная, средняя, задняя мозговая, задняя соединительная, верхняя мозжечковая, базилярная артерии), выполненная из токопроводящего пластика, подключенная к электронному блоку управления, сменную одноразовую расширительную систему, имитирующую Меккелеву полость с системой ликвороциркуляции, состоящую из силиконового баллона, соединенного со шприцом, подающим жидкость под давлением, 3D принтированный пластиковый череп, покрытый силиконовой оболочкой для имитации наружного листка твердой мозговой оболочки с подвижной нижней челюстью (шарнирный механизм), а также с полостью в виде тубуса для размещения электроники, силиконовые модели кожи, языка и дна ротовой полости, изготовленные с помощью смоделированных по DICOM данным.The stated task and the specified technical result are achieved by the fact that the simulator for mastering the skills of performing a puncture of the oval foramen of the skull contains: an electronic control unit created on the basis of a microcontroller, a puncture needle connected to an electronic control unit, a model of the Gasserian node made of conductive plastic, connected to the electronic control unit, consisting of the maxillary and mandibular branches, and the orbital branches, separated by a dielectric element, a model of the cerebral arteries (internal carotid, anterior, anterior communicating, middle, posterior cerebral, posterior communicating, superior cerebellar, basilar arteries), made of conductive plastic connected to an electronic control unit, a replaceable disposable expansion system simulating Meckel's cavity with a cerebrospinal fluid circulation system, consisting of a silicone balloon connected to a syringe supplying liquid under pressure, 3D printed plastic skull covered with a silicone shell to simulate the outer layer of the dura mater with a movable lower jaw (hinged mechanism), as well as a tube-shaped cavity for housing electronics, silicone models of the skin, tongue and floor of the mouth, made using DICOM data modeled.
Созданная 3D принтированная модель точно повторяет анатомические структуры головы человека, может быть воспроизведена в массовом количестве с целью обучения ординаторов и молодых нейрохирургов, не требует решения юридических вопросов использования кадаверного материала, позволяет многократно выполнять хирургическую манипуляцию под рентген / КТ контролем, а также без него, обеспечивает контроль правильности траектории иглы благодаря световой и звуковой детекции, позволяет предотвратить осложнения в виде кровотечения и развития синдрома сухого глаза, в результате функциональной дифференцировки ГУ и токопроведения артерий головного мозга.The created 3D printed model accurately replicates the anatomical structures of the human head, can be reproduced in large quantities for the purpose of training residents and young neurosurgeons, does not require solving legal issues of using cadaver material, allows for repeated surgical manipulations under X-ray / CT control, as well as without it, provides control of the correct trajectory of the needle thanks to light and sound detection, helps prevent complications such as bleeding and the development of dry eye syndrome, as a result of the functional differentiation of GU and the conduction of brain arteries.
Технический результат состоит в обеспечении реалистичных условий выполнения операции и предупреждении некорректной траектории с целью минимизации интраоперационных рисков при выполнении манипуляции на пациенте. Для достижения технического результата выгружают данные КТ и МРТ пациента с невралгией тройничного нерва. Для создания 3D-реконструкции исходные данные в формате Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) выгружают в программные пакеты для 3D-моделирования. После проектирования составных частей производится 3D-печать с помощью токопроводящего и нетокопроводящего пластика. Силиконовая заливка составных частей производится по заранее подготовленным негативным формам для заливки. После сборки головы осуществляют подключение Гассерова узла и артерий головного мозга к электронному блоку управления.The technical result consists in providing realistic conditions for performing the operation and preventing incorrect trajectory in order to minimize intraoperative risks when performing manipulations on the patient. To achieve a technical result, CT and MRI data of a patient with trigeminal neuralgia are uploaded. To create a 3D reconstruction, source data in Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) format is uploaded into 3D modeling software packages. After designing the components, 3D printing is done using conductive and non-conductive plastic. Silicone pouring of components is carried out using previously prepared negative molds for pouring. After assembling the head, the Gasserian node and cerebral arteries are connected to the electronic control unit.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 показано моделирование черепа с подвижной нижней челюстью, где: 1 - 3D принтированная модель черепа, 2 - нижняя челюсть с шарнирным механизмом, 3 - 3D виртуальная модель черепа с закрытой нижней челюстью, 4 - 3D виртуальная модель черепа с открытой нижней челюстью.In fig. Figure 1 shows a modeling of a skull with a movable lower jaw, where: 1 - 3D printed model of the skull, 2 - lower jaw with a hinge mechanism, 3 - 3D virtual model of the skull with a closed lower jaw, 4 - 3D virtual model of the skull with an open lower jaw.
На фиг. 2 показано моделирование кожи, где: 5 - 3D принтированная форма под силиконовую заливку наружной части кожи в сборном виде,
6 - 3D принтированная форма под силиконовую заливку наружной части кожи в разборном виде, 7 - 3D-принтированная форма под силиконовую заливку внутренней части кожи, 8 - силиконовая кожа.In fig. 2 shows skin modeling, where: 5 - 3D printed mold for silicone filling of the outer part of the skin in assembled form,
6 - 3D printed mold for silicone filling of the outer part of the skin in disassembled form, 7 - 3D printed mold for silicone filling of the inner part of the skin, 8 - silicone skin.
На фиг. 3 показано моделирование Гассерова узла и Меккелевой полости, где: 9 - 3D виртуальная модель основания черепа и Гассерова узла, 10 - 3D виртуальная модель Гассерова узла с импровизированной Меккелевой полостью, 11 - имитация силиконовой Меккелевой полости в форме наконечника с силиконовой трубочкой и шприцом без воды, 12 - имитация силиконовой Меккелевой полости в форме наконечника с силиконовой трубочкой и шприцом с водой.In fig. Figure 3 shows the modeling of the Gasserian node and Meckel's cavity, where: 9 - 3D virtual model of the base of the skull and the Gasserian node, 10 - 3D virtual model of the Gasserian node with an improvised Meckel's cavity, 11 - imitation of a silicone Meckel's cavity in the form of a tip with a silicone tube and a syringe without water , 12 - imitation of a silicone Meckel cavity in the form of a tip with a silicone tube and a syringe with water.
На фиг. 4 показана 3D-модель головы с электроактивными Гассеровыми узлами и артериями головного мозга, где: 13 – момент контакта модифицированной пункционной иглы, соединенной с электронным блоком управления и ветвями ГУ сигнализируется «положительным» звуковым и зеленым световым сигналами, также после создания давления визуализируется ликвор; 14 – электронный блок управления; 15 – полость в виде тубуса для размещения электроники, вид снизу; 16 – визуализированы электроактивные Гассеровы узлы и артерии головного мозга, вид сбоку.In fig. Figure 4 shows a 3D model of the head with electroactive Gasserian nodes and arteries of the brain, where: 13 – the moment of contact of the modified puncture needle connected to the electronic control unit and the branches of the GU is signaled by “positive” sound and green light signals, and after creating pressure, the cerebrospinal fluid is visualized; 14 – electronic control unit; 15 – cavity in the form of a tube for placing electronics, bottom view; 16 – electroactive Gasserian nodes and arteries of the brain are visualized, side view.
На фиг. 5 представлено интраоперационное фото 3D-модели, где показано: 17 - 19 КТ с 3D реконструкцией черепа, разные виды, 20 - интраоперационный вид.In fig. 5 shows an intraoperative photo of a 3D model, which shows: 17 - 19 CT scans with 3D reconstruction of the skull, different views, 20 - intraoperative view.
На фиг. 6 представлены КТ и флюороскопия модели, где показано: 21 – флюороскопия в прямой и 22 – боковой проекции, 23 – КТ с 3D реконструкцией кожи, 8 – силиконовая кожа.In fig. Figure 6 shows CT and fluoroscopy of the model, which shows: 21 – fluoroscopy in direct and 22 – lateral projection, 23 – CT with 3D reconstruction of the skin, 8 – silicone skin.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
После получения письменного добровольного информированного согласия на участие в исследовании были использованы персонализированные данные пациента с невралгии тройничного нерва. В данном примере для реализации изобретения исследования были выполнены на мультиспиральном компьютерном томографе Toshiba Aquilion One и магнитно-резонансный томограф GE Discovery 750w 3.0 T.After obtaining written voluntary informed consent to participate in the study, personalized data from a patient with trigeminal neuralgia were used. In this example, to implement the invention, studies were performed on a Toshiba Aquilion One multislice computed tomograph and a GE Discovery 750w 3.0 T magnetic resonance imaging scanner.
Был разработан протокол проведения исследований для моделирования каждой отдельной структуры: Артерии головного мозга - 3D TOF; Нервы – FSPGR с проверкой по FIESTA; Череп – КТ головного мозга.A research protocol was developed to model each individual structure: Cerebral arteries - 3D TOF; Nerves – FSPGR tested according to FIESTA; Skull - CT scan of the brain.
При моделировании черепа с подвижной нижней челюстью были использованы исходные КТ данные, которые после удаления артефактов в программе Inobitec, были перенесены в программу Adobe 3D Max для моделирования шарнирного подвижного соединения в височно-нижнечелюстном суставе, а также полости в виде тубуса для размещения электроники. С целью подготовки к печати и экспорта 3D-модели в формат GCODE data, который является форматом файлов аппаратного уровня для 3D-печати, было использовано программное обеспечение PrusaSlicer. Для печати черепа был использован белый PLA пластик со 100% заполнением для имитации плотности костной структуры. 3D-печать черепа осуществлялась наплавлением Fused deposition modeling (FDM) на принтере Hercules Strong DUO с друхэкструдерной головкой TwinHot (фиг. 1). When modeling a skull with a movable lower jaw, the original CT data were used, which, after removing artifacts in the Inobitec program, were transferred to the Adobe 3D Max program to model a hinged movable joint in the temporomandibular joint, as well as a cavity in the form of a tube for placing electronics. In order to prepare for printing and export the 3D model to the GCODE data format, which is a hardware-level file format for 3D printing, PrusaSlicer software was used. To print the skull, white PLA plastic was used with 100% infill to simulate the density of the bone structure. 3D printing of the skull was carried out using Fused deposition modeling (FDM) on a Hercules Strong DUO printer with a TwinHot extruder head (Fig. 1).
Для создания моделей кожи головы, языка и дна ротовой полости были использованы исходные КТ данные, которые после удаления артефактов в программе Inobitec, были перенесены в программу Adobe 3D Max для моделирования негативной формы, предусматривающей вентиляционные отверстия и емкость для дополнительного объема силикона (фиг. 2). Для печати использован PLA пластик путем наплавления Fused deposition modeling (FDM) на принтере Hercules Strong DUO с друхэкструдерной головкой TwinHot. Распечатанные модели были покрыты восковой разделительной смазкой Вс-М (аэрозоль). Для заливки была использована силиконовая система на основе платины Ecoflex 00-10, смешанная с коллером ПОЛИМЕР «О», которая перед заливкой подвергалась процедуре дегазации с помощью вакуумного компрессора. Силиконовая система заливалась в подготовленную форму. Склеивание модели кожи с моделью черепа выполнялось с помощью адгезива на основе силикона SIL-POXY.To create models of the scalp, tongue and floor of the mouth, the original CT data were used, which, after removing artifacts in the Inobitec program, were transferred to the Adobe 3D Max program to model a negative shape, providing ventilation holes and a container for additional volume of silicone (Fig. 2 ). For printing, PLA plastic was used by fusing Fused deposition modeling (FDM) on a Hercules Strong DUO printer with a TwinHot extruder head. The printed models were coated with wax release agent VS-M (aerosol). For pouring, a platinum-based silicone system Ecoflex 00-10 was used, mixed with POLYMER “O” caller, which was subjected to a degassing procedure using a vacuum compressor before pouring. The silicone system was poured into the prepared mold. The skin model was glued to the skull model using silicone-based adhesive SIL-POXY.
Для создания твердой мозговой оболочки была использована силиконовая система Platset 20, которая наносилась по внутренней поверхности модели черепа.To create the dura mater, the Platset 20 silicone system was used, which was applied to the inner surface of the skull model.
При моделировании токопроводящих Гассерова узла и артерий головного мозга были использованы исходные данные МРТ (FSPGR с проверкой по FIESTA, 3D TOF), сегментация была осуществлена в программе Inobitec. В программе Adobe 3D Max было осуществлено разделение на 2 составные части (1 часть: верхнечелюстная и нижнечелюстная ветви, 2 часть: глазничная ветвь), а также техническое (неанатомическое) моделирование Меккелевой полости внутри ГУ в проекции triangular plexus. When modeling the conductive Gasserian ganglion and arteries of the brain, the original MRI data (FSPGR with FIESTA verification, 3D TOF) were used; segmentation was carried out in the Inobitec program. In the Adobe 3D Max program, a division was carried out into 2 components (part 1: maxillary and mandibular branches, part 2: orbital branch), as well as technical (non-anatomical) modeling of the Meckel cavity inside the GU in the triangular plexus projection.
Для 3D-печати электроактивных моделей Гассерова узла и артерий головного мозга был использован токопроводящий филламент (U3 Flex Conductive), токопроведение которого обеспечивалось за счет свойства материала на основе термопластичного полиуретана и углеродных нанотрубок. 3D-печать Гассерова узла (30% заполнение), артерий головного мозга (100% заполнение) осуществлялась наплавлением Fused deposition modeling (FDM) на принтере Hercules Strong DUO с друхэкструдерной головкой TwinHot (фиг. 3).For 3D printing of electroactive models of the Gasserian ganglion and cerebral arteries, a conductive filament (U3 Flex Conductive) was used, the conductivity of which was ensured due to the properties of the material based on thermoplastic polyurethane and carbon nanotubes. 3D printing of the Gasserian node (30% filling) and cerebral arteries (100% filling) was carried out using Fused deposition modeling (FDM) on a Hercules Strong DUO printer with a TwinHot extruder head (Fig. 3).
После печати модели Гассерова узла, его составные части разделены диэлектрическим элементом. Далее Гассеров узел и артерию головного мозга подключили к электронному блоку управления. Световая и звуковая сигнализация детекции контакта инструмента с моделью нерва и/или артерии осуществляется путем измерения электрического сопротивления в цепи «токопроводящий пластик-инструмент» программируемым многоканальным блоком электроники на базе микроконтроллера ARDUINO (фиг. 4).After printing the Gasser node model, its components are separated by a dielectric element. Next, the Gasser node and the cerebral artery were connected to the electronic control unit. Light and sound signaling of detection of instrument contact with a model of a nerve and/or artery is carried out by measuring the electrical resistance in the “conductive plastic instrument” circuit with a programmable multi-channel electronics unit based on the ARDUINO microcontroller (Fig. 4).
Для работы электронного блока управления написана программа. Момент контакта модифицированной пункционной иглы, соединенной с электронным блоком управления и 2-3 ветвями Гассерова узла, сигнализируется «положительным» звуковым и зеленым световым сигналами, а в случае контакта с 1 ветвью Гассерова узла и артериями головного мозга - сигнализируется «отрицательным» звуковым и красным световым сигналами.A program has been written for the operation of the electronic control unit. The moment of contact of a modified puncture needle connected to an electronic control unit and 2-3 branches of the Gasserian node is signaled by a “positive” sound and green light signals, and in case of contact with 1 branch of the Gasserian node and the arteries of the brain, it is signaled by a “negative” sound and red light signals.
Для создания искусственной имитации Меккелевой полости в программе Adobe 3D Max смоделирована негативная форма баллона. Произведена печать наплавлением Fused deposition modeling (FDM) на принтере Hercules Strong DUO с друхэкструдерной головкой TwinHot. Далее принтированная негативная форма была покрыта силиконом, получившийся силиконовый баллон был присоединен к трубке с помощью клея SIL-POXY. Силиконовая трубочка подключена к 20 мл шприцу, который осуществляет подачу воды под давлением.To create an artificial imitation of Meckel's cavity, a negative shape of the balloon was modeled in Adobe 3D Max. Fused deposition modeling (FDM) was printed on a Hercules Strong DUO printer with a TwinHot extruder head. The printed negative shape was then coated with silicone and the resulting silicone balloon was attached to the tube using SIL-POXY adhesive. The silicone tube is connected to a 20 ml syringe, which supplies water under pressure.
Техника выполнения пункции Гассерова узла была продемонстрирована в условиях операционной под 3D КТ контролем. Перед проведением пункции 3D-модели головы выполнено интраоперационное КТ с дальнейшей 3D-реконструкцией. После четкой визуализации овального отверстия в режиме флюороскопии была произведена пункция овального отверстия по стандартной методике Хартеля: ключевая точка пункции располагалась на 2,5-3 см латеральнее угла рта, траектория направления иглы была к точке, располагающейся на одной линии с медиальным ипсилатеральным зрачком и на 2,5-3,0 см впереди наружного слухового прохода. Пункция была осуществлена с первой попытки, идентифицирована положительным звуковым и зеленым световым сигналами. Для дополнительного контроля правильности положения пункционной иглы выполнено КТ в боковой проекции, кончик иглы был расположен в области петрокливального соединения, примерно на 5 мм ниже дна турецкого седла (фиг. 5, 6). The technique of performing Gasserian ganglion puncture was demonstrated in an operating room under 3D CT control. Before puncture of the 3D model of the head, an intraoperative CT scan was performed with further 3D reconstruction. After clear visualization of the foramen ovale in fluoroscopy mode, puncture of the foramen ovale was performed using the standard Hartel technique: the key puncture point was located 2.5-3 cm lateral to the corner of the mouth, the trajectory of the needle was directed to a point located in line with the medial ipsilateral pupil and on 2.5-3.0 cm in front of the external auditory canal. The puncture was carried out on the first attempt and was identified by a positive sound and green light signals. To additionally control the correct position of the puncture needle, a CT scan was performed in a lateral projection; the tip of the needle was located in the area of the petroclival junction, approximately 5 mm below the bottom of the sella turcica (Fig. 5, 6).
Доказательство реалистичности и конструктивную валидность симулятора подтвердили ординаторы кафедры нейрохирургии на базе Федерального центра нейрохирургии и врачи нейрохирурги Федерального центра нейрохирургии. Каждый исследователь выполнял пункцию овального отверстия под 3D КТ контролем в условиях операционной. Ординаторы и практикующие врачи нейрохирурги оценили симулятор как «легкий в применении» и «полезный» при его использовании для обучения пункционных методов лечения невралгии тройничного нерва.The proof of realism and construct validity of the simulator was confirmed by residents of the Department of Neurosurgery at the Federal Center of Neurosurgery and neurosurgeons of the Federal Center of Neurosurgery. Each researcher performed puncture of the foramen ovale under 3D CT control in an operating room. Neurosurgical residents and practitioners rated the simulator as “easy to use” and “useful” when used to teach puncture techniques for the treatment of trigeminal neuralgia.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2818626C1 true RU2818626C1 (en) | 2024-05-03 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201359805Y (en) * | 2009-02-27 | 2009-12-09 | 何玉泉 | Oval foremen and trigeminal ganglion puncture positioning training model |
| RU175912U1 (en) * | 2017-07-05 | 2017-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Simulator for spinal and suboccipital punctures |
| CN107610575A (en) * | 2017-10-30 | 2018-01-19 | 王学建 | Third ventriculostomy simulation training model |
| CN107871431A (en) * | 2017-12-20 | 2018-04-03 | 营口市贵东医疗器械制造有限公司 | Height emulation brain ventricle puncture and drainage training and examination standard patient |
| RU180002U1 (en) * | 2017-11-02 | 2018-06-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации | The simulator for punctures in order to obtain cerebrospinal fluid in children |
| CN208368005U (en) * | 2017-11-17 | 2019-01-11 | 贾莅彦 | Pediatric nursing real training Fixing of Head-skin Vein Puncture model |
| RU202781U1 (en) * | 2020-09-04 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Otorhinolaryngological exercise machine |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201359805Y (en) * | 2009-02-27 | 2009-12-09 | 何玉泉 | Oval foremen and trigeminal ganglion puncture positioning training model |
| RU175912U1 (en) * | 2017-07-05 | 2017-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Simulator for spinal and suboccipital punctures |
| CN107610575A (en) * | 2017-10-30 | 2018-01-19 | 王学建 | Third ventriculostomy simulation training model |
| RU180002U1 (en) * | 2017-11-02 | 2018-06-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации | The simulator for punctures in order to obtain cerebrospinal fluid in children |
| CN208368005U (en) * | 2017-11-17 | 2019-01-11 | 贾莅彦 | Pediatric nursing real training Fixing of Head-skin Vein Puncture model |
| CN107871431A (en) * | 2017-12-20 | 2018-04-03 | 营口市贵东医疗器械制造有限公司 | Height emulation brain ventricle puncture and drainage training and examination standard patient |
| RU202781U1 (en) * | 2020-09-04 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Otorhinolaryngological exercise machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10127838B2 (en) | Surgical simulation systems, methods, and compositions | |
| US20070020598A1 (en) | Manikin and method of manufacturing the same | |
| US10529255B2 (en) | Spinal training simulator | |
| US7731499B2 (en) | Ultrasound simulator for craniosynostosis screening | |
| JP7437826B2 (en) | Organ model for surgical practice | |
| RU2818626C1 (en) | Simulator for mastering the skills of performing a puncture of an foramen ovale of the skull | |
| JP7280446B2 (en) | 3D Trachea/Bronchi Model and Airway Reconstruction Training Method Using the Same | |
| US20230278291A1 (en) | Resective epilepsy surgery brain simulator | |
| Wasif et al. | Training in temporal bone surgery: A review of current practices | |
| RU227681U1 (en) | Model for teaching the technique of performing temporal bone dissections | |
| Massari et al. | 3D printing of brachycephalic and dolichocephalic canine skulls and mandibles: a complement to traditional osteotechnique | |
| RU224486U1 (en) | Model for teaching the technique of dissection of the temporal bone with infralabyrinthine cholesteatoma | |
| CN216362003U (en) | Operation training model | |
| CN219676773U (en) | Skull simulation teaching aids | |
| US12400560B2 (en) | Training station for surgical procedures | |
| WO2020227118A1 (en) | Systems and methods for an ultrasound-guided percutaneous nephrostomy model | |
| RU213757U1 (en) | Imitation of the patient's head | |
| CN100498873C (en) | Manikin and method of manufacturing the same | |
| CN217061216U (en) | Intracranial operation simulation teaching aid | |
| RU195878U1 (en) | Artificial temporal bone (study guide) | |
| Foo | The fabrication of TMJ 3D model for arthrocentesis and athroscopy simulation/Foo Qi Chao | |
| Di Rosa | 3D Printing for Surgical Simulations | |
| Chao | The Fabrication of TMJ 3d Model for Arthrocentesis and Athroscopy Simulation | |
| BR112024001834B1 (en) | Training station for surgical procedures. | |
| CN120388503A (en) | Adjustable 3D printed temporal bone surgery training model and training method |