Ș.l.dr.ing.TOTOREAN Alin-Florin PRIBAC Ramona Timișoara,2020 Universitatea Politehnica Timișoara Facultatea de Mecanică SPECIALIZAREA INGINERIE… [308636]

Universitatea Politehnica Timișoara

Facultatea de Mecanică

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR: STUDENT:

Ș.l.dr.ing.[anonimizat],2020

Universitatea Politehnica Timișoara

Facultatea de Mecanică

SPECIALIZAREA INGINERIE MEDICALĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

RECONSTRUCȚIA ȘI PROTOTIPAREA SISTEMULUI ARTERIAL CORONARIAN

COORDONATOR: STUDENT:

Ș.l.dr.ing.[anonimizat],2020

Rezumat

Prezenta lucrare de licență urmărește reconstrucția unui model specific sistemului arterial coronarian.[anonimizat],[anonimizat]-[anonimizat],s-a [anonimizat] a permis utilizarea acestuia în etapa de prototipare.

Prototiparea s-a realizat folosind echipamentul Creality CR-10S.Cu ajutorul modelului prototipat se poate înțelege configurația anatomică a arterelor coronare și poate contribui la îmbunătățirea preplanificării tehnicii terapeutice.

Scopul lucrării este reconstrucția și prototiparea unui model specific real de sistem arterial coronarian.

[anonimizat].Modelul 3D poate surprinde detalii esențiale pentru susținerea luării anumitor decizii asupra a ceea ce urmează să se realizeze asupra pacientului.

Abstract

This present thesis follows the 3D object reconstruction of the coronary arteries system. [anonimizat],[anonimizat] & [anonimizat],a [anonimizat]-processing in Meshmixer allowed its use in the prototyping stage.

Prototyping was performed using Creality CR-10S equipment. [anonimizat].
The aim of the paper is to reconstruct and prototype a specific real model of coronary artery system.
[anonimizat].
The 3D model can capture essential details to support certain decisions about what is to be done on the patient.

CAPITOLUL 1

Noțiuni de anatomie și fiziologie coronariană

Introducere

Bolile cardiovasculare reprezintă o [anonimizat]. Organizația Mondială a Sănătății anunța în 2008 că bolile cardiovasculare cauzează 17,3 [anonimizat] o pondere semnificativă din totalul acestor boli [1].

Cauza principală a bolilor coronariene este ateroscleroza (îngustarea arterelor datorită acumulării de material gras și placă) care duce la scăderea debitului sangvin în arterele coronare. Reducerea sau întreruperea alimentării cu oxigen a debitului sanguin la nivelul mușchiului inimii poate duce la angină, infarct miocardic,dar și la insuficiență cardiacă și aritmii.[2].

Manifestări ale bolilor coronariene sunt: infarct miocardic și angină.Infarctul miocardic este principala cauză de deces,fiind estimată anual la 3,8 milioane în cazul bărbaților și 3,4 milioane în cazul persoanelor de gen feminin.[2]

S-a estimat că 80-90% dintre persoanele decedate din cauza bolilor coronariene au avut unul sau mai mulți factori de risc,influențați fiind de stilul de viață.[2]

Factorii majori de risc (modificabili) pentru dezvoltarea bolilor coronariene includ:hipertensiune arterială, lipide serice crescute,fumatul,diabetul zaharat,dieta,lipsa de activitate fizică,obezitatea,vârsta,istoricul familiei,sexul,etnia,statutul socio-economic scăzut etc.[2]

1.1.Anatomia coronariană

Vascularizația inimii este asigurată de cele două artere coronare, stângă și dreaptă, care reprezintă ramuri ale aortei ascendente. În traseul acestora prin șanțul coronar, acestea înconjoară inima precum o coroană, de unde și denumirea acestora. [3]

Artera coronară dreaptă își are originea în bulbul aortei, la nivelul sinusului aortic drept, printr-un orificiu situat deasupra valvulei semilunare drepte.Ajunge la șanțul coronar anterior unde se curbează spre dreapta, străbate porțiunea dreaptă a șanțului, apoi înconjoară marginea dreaptă a cordului, trece în șanțul coronar posterior, străbate porțiunea dreaptă a acestui șanț și, ajungând la șanțul interventricular posterior, se curbează din nou, spre a descinde prin acest șanț spre vârful inimii. Această ultimă porțiune poartă denumirea de artera interventriculară posterioară. Artera coronară dreaptă vascularizează doar 25% din masa miocardului.[3] Are o lungime cuprinsă între 12 cm și 14 cm. [1]

Artera coronară stângă își are originea în bulbul aortei, la nivelul sinusului aortic stâng.Aceasta irigă 75 % din masa mușchiului inimii. Dinspre origine se îndreaptă oblic în jos, spre stânga, depășind posterior trunchiul arterei pulmonare. După un scurt traseu ajunge în șanțul coronar anterior, unde se divide, dând naștere arterei interventriculare anterioare, ce poartă numele de „artera morții subite” datorită regularității cu care este afectată în infarctul miocardic, și arterei circumflexe sau atrioventriculare.[3]

Trunchiul arterei coronare stângi are o lungime ce variază între 2 mm si 4 cm. [1]

Ramura interventriculară anterioară se abate în jos de-a lungul șanțului interventricular anterior până la vârful cordului.Aceasta este cea mai importantă ramură,deoarece are cel mai vast teritoriu vascularizat (50%). [3]

Artera sau ramura interventriculară anterioară se întinde pe o lungime cuprinsă între 10 și 13 cm,dând naștere unor ramuri care diferă foarte mult în funcție de număr, origine, teritoriu de distribuție și diametru. [1]

Ramura circumflexă traversează zona stângă a șanțului coronar anterior, marginea stângă a inimii, jumătatea stângă a șanțului coronar posterior, până unde acesta întâmpină șanțul interventricular posterior și realizează ramificații pentru atriul și ventriculul stâng.De la nivelul ramurii circumflexe se despart ramurile ascendente atriale și descendente ventriculare. [3]

Artera circumflexă are o lungime care variază între 5 și 8 cm și cel mai adesea oferă ramuri pentru atriul stâng și pentru pereții lateral și posterior ai ventriculului stâng.[1]

Circulața inimii este de tip terminal.Anatomic, între ramurile coronariene regăsim anastomoze,dar funcțional acestea sunt ca și inexistente. Obturarea lumenului unei ramuri duce la necroza teritoriului deservit de această ramură, anastomoza care există neputând suplini vascularizația teritoriului afectat.[3]

Schematizarea și cunoașterea părții anatomice a arterelor coronare sunt importante pentru a se asigura standardizarea și reproductibilitatea în momentul în care sunt evaluate situații patologice prin diverse metode de investigare imagistică.În Figura 1.2 se regăsesc imagini angiografice ale arterelor coronare cu ramurile lor principale, în cele trei cazuri de dominanță.[1]

Structura peretelui arterial

Informațiile referitoare la structura arterelor normale, dar și a tipurilor de celule din componența acestora sunt esențiale. Peretele arterial normal are o structură trilaminară bine organizată, formată din:

-tunica internă sau intima, situată la interfața dintre sângele circulant și peretele arterial;

-tunica medie sau media, care este constituită din celule musculare netede vasculare interpuse printre mai multe straturi de matrice extracelulară;

-tunica externă sau adventicea, bogată în fibre de colagen (figura 1.3) [1]

Tunica internă deține celule endoteliale dispuse monostrat, situate pe o membrană bazală alcătuită din colagen nonfibrilar,laminină,fibronectină și alți constituenți ai matricii extracelulare. [1]

Între tunica internă și cea medie specifice peretelui arterial se interpune o membrană care le delimitează, denumită lamina elastică internă. [1]

Structura tunicii medii este diferită în funcție de tipul de arteră. Dacă vasele elastice precum aorta au straturi concentrice de celule netede musculare, interpuse cu straturi de matrice extracelulară bogată în elastină, arterele musculare mai mici nu au o medie la fel de bine organizată, celulele musculare fiind dispuse în matrice mai degrabă continuu decât lamelar. Delimitarea față de adventice se face prin intermediul laminei elastice externe. [1]

Tunica externă este alcătuită din fibre de colagen,fibroblaste, mastocite precum și nervi și vasa vasorum,scopul acesteia în homeostazia arterială și în procesele patologice arteriale fiind în curs de cercetare. [1]

1.3.Fiziologia coronariană

Parametrii hemodinamici

Sistemul cardiovascular este caracterizat de o serie de parametrii hemodinamici,care sunt corelați cu funcționarea în condiții corespunzătoare a tuturor componentelor acestuia. [17]

Referitor la modul de analiză hemodinamică a sistemului cardiovascular,se pot identifica (în funcție de localizarea la nivelul sistemului) următoarele tipuri de parametrii hemodinamici:

-Parametrii hemodinamici asociați cordului și funcției cardiace;

-Parametrii hemodinamici asociați vaselor sanguine. [17]

O parte din principalii parametrii hemodinamici este reprezentată de:

-Debitul cardiac;

-Variația presiune-volum a cavităților cardiace în ciclul cardiac.

-Presiunea de la nivelul cavităților cardiace. [17]

Raportându-ne la parametrii hemodinamici coronarieni,se poate observa că debitul coronarian în repaus este de 220-250 ml/min (70-90 ml pentru 100 gr de
țesut miocardic/min) și reprezintă în jur de 5% din debitul cardiac;poate crește de 4 ori în timpul unui exercițiu intens,iar în caz de efort este 1 l/min. [12,13].

Relația dintre debitul coronarian și rezistență (ecuația 1.3.1) se regăsește sub următoarea formă: [8]

, (1.3.1)

unde ΔP-gradientul de presiune (mmHg);-presiunea arterială medie (mmHg) și –
presiunea atrială dreaptă (mmHg).

Debitul sanguin coronarian din artera coronară dreaptă este prezent atât în timpul sistolei ventriculare cât și în timpul diastolei ventriculare.În cazul arterei coronare stângi,debitul sanguin este foarte redus în timpul sistolei ventriculare, în special în zona subendocardică, datorită compresiunii extrinseci și crescut în timpul diastolei ventriculare. [8]

Un alt parametru este rezistența,care poate fi de două tipuri: rezistența intravasculară, controlată prin autoreglare și rezistența extravasculară,care este crescută în sistolă și redusă în diastolă. [8]

Debitul coronarian

Debitul coronarian este dependent de rezistența vasculară coronariană și de presiunea de perfuzie coronariană. [12]

Dezvoltarea recentă a imagisticii intravasculare cu ultrasunete oferă posibilitatea de a măsura debitul de sânge ca produs al zonei secțiunii transversale a vasului sanguin și al vitezei medii derivate din viteza Doppler pulsatilă.Evaluarea vitezei de curgere intracoronare se obține utilizând un cateter Doppler. [6]

Viteza de curgere a sângelui prin arterele coronare

Viteza de curgere a sângelui la nivelul arterelor coronare poate rezulta în urma efectuării unor studii de caz.Un astfel de studiu de caz a fost realizat pe două grupuri de pacienți,unul dintre acestea fiind alcătuit din 10 pacienți,având loc selecția unui număr de 17 angiografii arteriale normale;5 dintre pacienți au fost studiați în timpul angiografiei coronariene pentru controlul de rutină care se efectuează după transplantul de cord,ceilalți 5 fiind evaluați pentru dureri la nivelul pieptului.Niciunul dintre pacienții studiați nu prezintă hipertensiune,diabet zaharat sau antecedente privind infarctul miocardic.Întreg grupul a urmat o anumită medicamentație înainte de cateterizarea cardiacă. [7]

Cel de-al doilea grup de pacienți studiați a fost alcătuit din 29 de persoane cu stenoze angiografice semnificative la nivelul arterelor coronare (cu o îngustare a diametrului >70% ),care au fost programați pentru angioplastie coronariană transluminală percutanată.Au fost indicate teste de stres pentru 19 pacienți cu dureri în piept;6 pacienți prezentau angină instabilă,iar restul pacienților au fost înregistrați cu infarct miocardic acut.Arterele coronare studiate au fost:artera descendentă stângă pentru 17 pacienți,artera circumflexă pentru alte 4 persoane și artera coronară dreaptă pentru 8 dintre pacienții studiați.Persoanele investigate care prezentau stenoze la nivelul arterei coronare stângi sau afecțiuni valvulare semnificative au fost excluse. [7]

Studiul de caz a fost aprobat de către Comitetul de Cercetare Umană din Universitatea Saint Louis. [7]

Invaziv,conform literaturii de specialitate și a practicii clinice,viteza de curgere a sângelui prin arterele coronare se poate măsura cu ajutorul unui fir de ghidare angiografic Doppler (Figura 1.6.A),flexibil,având la vârf un traductor piezoelectric cu ultrasunete de 12 MHz.Ofili et al [7] în lucrarea “Analysis of Coronary Blood Flow Velocity Dynamics in Angiographically Normal and Stenosed Arteries Before and After Endolumen Enlargement by Angioplasty”(Journal of the American College of Cardiology,1993) a realizat măsurători de viteze prin arterele coronare,prin combinația dintre o frecvență mare de repetare a pulsului (până la 90 kHz) și o adâncime de eșantionare de 5 mm,obținând o viteză coronariană de până la 4 m/s. Fasciculul direcționat cu ultrasunete cu un unghi de divergență de 25˚ preia o porțiune mare din profilul debitului.[7]

Viteza de curgere a sângelui este determinată din variația frecvenței Doppler,pe baza diferenței dintre semnalele transmise și cele returnate, calculată cu ecuația Doppler(ecuația 1.3.2):

, (1.3.2)

unde v este viteza de curgere a sângelui(m/s);c-constantă(viteza sunetului în sânge);f0-frecvența transmisă(Hz);-unghiul de incidență(rad) și fD-frecvența variabilă Doppler(Hz).[7]

Viteza diastolică de bază a fost semnificativ mai mare în arterele normale comparativ cu cele anormale(64 ∓ 26 cm/s față de 41 26 cm/s).În cazul arterelor anormale a avut loc o reducere a vitezei diastolice coronare,cu viteza sistolică relativ conservată.Un model sistolic predominant a fost observat în 7 din 26 de cazuri de artere anormale. [7]

Un model de viteză de curgere prin arterele coronare,anormal,de la un profil predominant diastolic la unul predominant sistolic a fost prezent în 26% din arterele proximale leziunii și în 38% din arterele localizate distal față de leziunea anterioară angioplastiei.Persistența modelului sistolic anterior angioplastiei a fost identificat în cazul a doi dintre pacienți.Unul dintre aceștia a avut complicații în timpul angioplastiei și a necesitat operație de bypass coronarian,remarcându-se în acest caz o creștere de <50% a vitezelor distale după angioplastie. [7]

Presiunea arterială în arterele coronare

Presiunea de perfuzie coronariană (CPP) este gradientul de presiune responsabil pentru perfuzia coronariană și miocardică,asigurând transportul de oxigen miocardic. Creșterea debitului coronarian fie prin creșterea presiunii de perfuzie coronariană, fie prin inducerea vasodilatației coronare sunt,așadar,mijlocul predominant pentru creșterea aportului de oxigen miocardic. [15]

Este esențial de menționat faptul că CPP nu este singurul determinant al debitului sanguin coronarian. În timp ce CPP asigură presiunea care determină perfuzia coronariană,mecanismul de autoreglare coronariană elaborează procesul care permite debitului sanguin coronarian să corespundă cererii miocardice pe o gamă de CPP între 60 și 180 mmHg. [15]

1.4.Patologii coronariene

Introducere în patologiile coronariene

Arterele coronare constituie rețeaua vaselor de sânge de pe suprafața inimii care furnizează oxigen și sânge inimii. În situația îngustării acestor artere, inima este predispusă la recepționarea unei cantități insuficiente de sânge bogat în oxigen, mai ales în timpul activităților fizice. [9]

Boala coronariană tinde să se dezvolte în momentul în care colesterolul se acumulează pe pereții arterei, ducând la formarea unor plăci. Aceste plăci contribuie la îngustarea arterelor, reducând debitul de sânge către inimă. [9]

Un cheag poate conduce la obstrucționarea debitului sanguin și poate cauza probleme severe. [9]

Cauzele bolii coronariene

Boala coronariană se dezvoltă în urma vătămării sau deteriorării stratului interior al pereților arterelor coronare. Această deteriorare conduce la acumularea depozitelor grase de plăci(colesterol și alte produse reziduale din celule) în zona lezată.Acumularea amintită anterior poartă denumirea de ateroscleroză. [9]

Ateroscleroza este o boală cardiovasculară cronică,progresivă și constă în formarea la nivelul tunicii interne a arterelor medii și mari a unor plăci lipidice ateromatoase.Acest lucru conduce în timp la îngustarea lumenului arterelor,manifestările fiind reprezentate de:boala cardiacă ischemică,boala cerebrovasculară și boala arterială periferică. [1]

Consecințele hemodinamice ale aterosclerozei sunt reprezenate de:o creștere a vitezei de curgere a sângelui prin zona îngustată,de creșterea tensiunii de frecare la peretele din zona îngustată,progresarea zonelor de recirculare în vecinătatea distală a plăcii, cu diminuarea tensiunii de frecare la nivelul peretelui. [17]

Dacă bucățile de placă cedează, trombocitele se vor aglomera în zonă,încercând să rectifice vasul de sânge. Aglomerarea poate duce la blocarea arterei și poate diminua sau stopa debitul de sânge, ceea ce poate duce la un atac de cord. [9]

Simptomele bolii coronariene

Una dintre manifestările bolii coronariene este reprezentată de angină,o durere toracică strâns legată de bolile inimii.Angina poate produce senzații în zona pieptului precum:dureri,arsuri,presiune,senzație de greutate,contracții.Poate conduce la următoarele simptome:crampe,indigestie,slăbiciune,transpirație,greață,arsuri.Bolile coronariene pot avea ca urmări scurtări ale respirației. În cazul în care inima și alte organe nu dobândesc oxigenul necesar, orice formă de efort fizic poate deveni extrem de obositoare. [9]

Complicații

Infarctul miocardic se instalează atunci când mușchiul cardiac nu deține suficient sânge sau oxigen, spre exemplu, atunci când un cheag de sânge se dezvoltă din placă într-una din arterele coronare.Formarea unui cheag de sânge la nivelul arterelor coronare poartă denumirea de tromboză coronariană.Cheagul, în cazul în care este suficient de mare, poate stopa furnizarea de sânge către inimă. [9]

Simptomele instalării infarctului miocardic sunt:durere toracică ușoară sau apăsătoare,tuse,amețeală,scurtarea respirației, disconfort la nivelul pieptului,o paloare cenușie a feței,disconfort general,panică,senzație de greață și vărsături,stare de neliniște,transpirație. [9]

Simptomul primar este,de obicei,durerea în piept care se răspândește la nivelul gâtului, maxilarului, urechilor, brațelor și încheieturilor,posibil și la omoplat, spate sau abdomen. Durerea este adesea constantă, dar poate apărea,iar mai apoi să dispară. Durerea se instalează de la câteva minute până la câteva ore. [9]

Infarctul miocardic este o urgență medicală,deoarece poate duce la decesul persoanei în cauză sau la apariția leziunilor permanente la nivelul inimii. [9]

Stenozele coronariene

Stenoza coronariană face referință la o arteră coronariană îngustată în mod anormal. Uzual,stenoza este discretă,dar poate fi și difuză,fapt care implică un segment lung al unei artere.La nivelul arborelui coronarian,stenozele se pot găsi în arterele epicardice mari,caracterizate de diametre de peste 2 mm, dar se pot regăsi și în arterele mai mici.De obicei, stenozele sunt cauzate de ateroscleroză, în alte situații putând fi implicate și în boli inflamatorii.[10]
Din punct de vedere fiziopatologic, o stenoză coronariană afectează curgerea către substratul miocardic,deoarece presiunea de perfuzie este redusă distal față de stenoză (figura 1.8).

Debitul dintr-o arteră este guvernat de legea lui Poiseuille, care afirmă că rezistența de la nivelul unei artere este invers proporțională cu raza arterei până la a patra putere.Spre exemplu, diametrul (dar și raza) unei artere coronare poate fi redus cu două treimi (de exemplu, o arteră cu un diametru de 3 mm cu o stenoză fixă ​​la un segment discret poate avea un diametru rezidual de doar 1 mm).Deci, diametrul rezidual,precum și raza din segmentul stenozat va fi o treime din diametrul/raza inițială, iar conform legii lui Poiseuille, rezistența din segmentul stenozat se va mări de 81 de ori. Dacă presiunea de perfuzie din acea arteră coronariană ar rămâne constantă, atunci debitul de sânge distal la această stenoză s-ar micșora de 81 de ori. [10]

In vivo, la rezistența totală a circulației coronare, arterele coronare epicardice majore își aduc contribuția doar în mică măsură, factorii majori care determină rezistența sistemului arterial coronarian fiind reprezentați de către arterele coronare mici și de către arteriole,care se cuplează serial cu arterele coronare epicardice mari. [10]

Arterele mici ale arborelui coronarian își diminuează rezistența cu ajutorul unor mecanisme de autoreglare, întrucât rezistența generală a vasculatorului coronarian distal de stenoză rămâne mai mult sau mai puțin schimbată, iar debitul coronarian rămâne nealterat. Aceste mecanisme sunt folositoare atunci când stenoza coronarianului epicardic este de severitate ușoară sau moderată. [10]

Din punct de vedere clinic, o stenoză coronariană se considerată semnificativă,atunci când există o reducere de 70% -75% a diametrului unei artere epicardice mari conform angiografiei sau imagisticii intracoronare (sau o reducere de ~50% în zona secțiunii transversale a unei artere epicardice mari,măsurată cu metode imagistice intracoronare invazive).Așadar, revascularizarea invazivă, fie prin metode transcatetere (angioplastie), fie cu metode chirurgicale (intervenție chirurgicală de tip bypass), de obicei, nu este luată în considerare, cu excepția cazului în care cel puțin o stenoză mai mare de ~70%-75% apare într-o arteră coronariană epicardică mare. [10]

Figura 1.9 prezintă o imagine angiocoronagrafică în care se regăsește o stenozare la nivelul arterei coronare drepte. S-a utilizat substanță de contrast pe bază de iod pentru vizualizarea radiologică a prezenței debitului sangvin prin artera coronară dreaptă și s-a urmărit evidențializarea îngustării lumenului arterial, investigație uilizată în scopul luării unei decizii asupra tipului de terapie care va fi ulterior utilizat. Această imagine reprezintă rezultatul unei analize calitative. [17]

Parametrii hemodinamici utilizați în evaluarea stenozelor

Parametrii medicali utilizați pentru determinarea gradului de severitate al stenozelor sunt: Fractional Flow Reserve,Lesion Flow Coefficient și Hyperemic Stenosis Resistance Index. [17]

Fractional Flow Reserve (FFR) este un parametru de tip adimensional,fiind raportul dintre presiunea distală și proximală a zonei stenozate.Ia valori între 0 și 1,iar în funcție de acest parametru se poate cuantifica severitatea stenozelor,ajutând la stabilirea tipului de terapie. [17]

În situația arterelor coronare se calculează CFR (Coronary Flow Reserve), ca fiind raportul dintre Pd (presiunea coronară distală zonei stenozate) și Pa (presiunea medie din aortă), mărimi măsurate intravascular cu ajutorul unui cateter. Valoarea FFR=0.75 reprezintă pragul de severitate al stenozei,însă pentru valori de peste 0.75 se efectuează proceduri chirurgicale de revascularizare prin bypass [17]

Lesion Flow Coefficient poate lua valori între 0 și 1, și se calculează cu formula:

(1.4)

unde, k=Am/Ae, Am-reprezintă aria secțiunii obturate și Ae-aria secțiunii lumenului proximal (cm2); Um – viteza de curgere a sângelui prin zona obturată (cm/s); Δp – căderea de presiune și ρ – densitatea sângelui.

Hyperemic Stenosis Resistance Index (HSRv) este definit ca raportul dintre căderea de presiune Δp și viteza maximă mediată distală (Average Peak distal Velocity – APV) (cm/s), conform relației:

(1.5)

1.5.Metode de investigare a arterelor coronare

La momentul actual se regăsesc diferite metode imagistice de depistare a ischemiei miocardice provocată de boala coronariană: ecocardiogafia de stres sau de repaus, rezonanța magnetică nucleară de stres,scintigrafia de stres, tomografia cu emisie de pozitroni,dar și alte metode imagistice care evidențiază boala coronariană propriu-zisă:tomografia computerizată pentru calcularea scorului de calciu,angiografia coronariană și angiografia CT coronariană [1].

Ecocardiografia

Ecocardiografia este cea mai utilizată metodă imagistică de apreciere a structurii și funcției cardiace.Reprezintă o metodă rapidă, lipsită de riscuri,oferind date clinice imediate.Are un rol major în stabilirea diagnosticului și a deciziei de tratare.Cu ajutorul ecocardiografiei se pot dobândi detalii amănunțite referitoare la structura cordului, morfologia și funcția valvelor cardice,dimensiunile și forma cavităților cordului. [17]

Principiile standard ale ultrasunetelor sunt aplicate în cazul ecografului.Acesta constă într-un cristal piezoelectric plasat într-o sondă,care emite unde cu frecvențe înalte în intervalul 1-10 MHz și care traversează structurile corpului, interacționând cu țesuturi și se reflectă înapoi în sondă, iar mai apoi sunt procesate cu ajutorul tehnicii de calcul,rezultând imagini (figura 1.11). [17]

Dezavantajul ecografiei este reprezentat de faptul că atât achiziția imaginilor, cât și interpretarea lor depind de operator.Rezultatele examinărilor pot varia de la un observator la altul.Această metodă este alcătuită din două tipuri de examinări,și anume: cea transtoracică și cea transesofagiană.Acestea din urmă pot fi completate cu ajutorul tehnicilor complementare precum ecocardiografia de stres, tridimensională (3D) sau cu substanță de contrast. [17]

Angiografia coronariană (coronarografia)

Angiografia coronariană (coronarografia) reprezintă o investigație de tip invaziv, deoarece utilizează substanță de contrast pe bază de iod,care oferă o soluție privind diagnosticarea, permite alegerea metodei de terapie, precum și a tratamentului intervențional al bolii coronariene (angioplastie cu implant de stent, angioplastie cu balon,rotablație), reprezentând o investigație semnificativ mai precisă în raport cu ecografia (figura 1.13) [1]

Printre dezavantajele angiografiei coronariane se enumeră: gradul stenozelor este apreciat în mod vizual, nepermițând evaluarea semnificației hemodinamice a acestora și neoferind informații despre pereții vasculari. Datorită acestor neajunsuri,s-au dezvoltat tehnici complementare care pot fi realizate în timpul procedurii de coronarografie precum: măsurarea rezervei de debit (FFR), angiografia cantitativă (QCA), ultrasonografia intravasculară (IVUS) și tomografia în coerență optică (OCT). [1]

Angiografia cantitativă (QCA)

QCA oferă posibilitatea de evaluare a gradului de severitate al stenozelor coronariene, iar prin măsurarea FFR-ului se poate aprecia însemnătatea hemodinamică a acestora, având capacitatea de a influența conduita terapeutică. Metodele IVUS si OCT permit accesul la evaluarea structurii și a compoziției pereților vasculari,precum și a plăcilor aterosclerotice,permițând diferențierea clară a diverselor țesuturi investigate (OCT); ajută la orientarea asupra alegerii metodei terapeutice precum și la ghidarea procedurii de revascularizare (ex. amplasarea stenturilor coronariene), pentru obținerea unui rezultat optim. [1]

Tomografia în coerență optică (OCT- optical coherence tomography)

OCT-ul este o metodă de investigare care permite dobândirea unor imagini digitale cu rezoluții ridicate.Constă în folosirea unei unde din domeniul apropiat infraroșului.Această tehnică este una de tip invaziv și necesită introducerea unui cateter în interiorul vasului care urmează a fi investigat.Una dintre aplicațiile tehnicii OCT-ului constă în evaluarea procedurii de implantare de stent (Figura 1.14), a localizării stentului și a fenomenului de restenoză în stent. [17]

Ultrasonografia intravasculară (IVUS- intravascular ultrasound)

Tehnica intravasculară bazată pe ultrasunete (IVUS – Intravascular Ultrasound) reprezintă o metodă de tip invaziv,de investigare a peretelui intern al vaselor de sânge. În figura 1.16 se regăsește metoda IVUS care constă în poziționarea unui dispozitiv cu ultrasunete pe un cateter, care mai apoi se introduce la nivelul vaselor de sânge sub control angiografic. [17]

Imaginea care rezultă în urma aplicării acestei tehnici de investigare este în tonuri de gri,dar poate fi adaptată și în mod color.În cazul comparării acestei metode cu tehnica angiografică, IVUS permite vizualizarea clară a peretelui intern al vasului sanguin.Astfel,pot fi puse în evidență leziuni endovasculare,afecțiuni endoteliale ale arterelor și calcificările vasculare .Aplicația cel mai des utilizată a metodei IVUS este cea a investigării arterelor coronare, permițând evaluarea gradului de stenozare și depistarea ischemiei miocardului. [17]

În figura 1.16.A este reprezentată o arteră normală;la tinerii lipsiți de boala aterosclerotică, cele 3 tunici sunt dificil de vizualizat ca structuri separate, deoarece media și intima sunt mai mici decât rezoluția IVUS (<100 mm). B: Placă mixtă (fibrotică și calcifiată).C: Restenoza în stent care blochează lumenul. D: Restenoză în stent lipsită de ocluzie angiografică semnificativă.

Angiografia CT a arterelor coronare

Tomografia coronariană permite investigarea existenței și expansiunii bolii coronariene.Angiografia CT de artere coronare evidențiază atât ateroscleroza semnificativă, dar și pe cea nesemnificativă hemodinamic,existând posibilitatea cuantificării severității stenozelor, exceptând situațiile cu calcificări extinse. Acest tip de investigație folosește computere tomografe multislice(CT), cu cel putin 64 de slice-uri, pentru a se obține o rezoluție temporală și spațială calitativă, însă este doar o metodă de diagnosticare, fără a oferi posibilitate terapeutică.(Figura 1.10 ) [1]

În cazul acestei metode se aplică principiile radiologiei clasice, de absorbție și reflexie a radiațiilor X la contactul cu țesuturile.Riscul major pentru pacient este cel al iradierii.Sistemul de achiziție al datelor este alcătuit din detectori,tub de radiații X, circuite electronice complementare,iar datele obținute sunt procesate,iar mai apoi redate în mod digital. Scanarea organismului se realizează în mod spiral, rezultând astfel o serie de imagini 2D, asociate fiecărei secvențe(slice-uri). [17]

Metoda de investigare CT angiografică a vaselor de sânge este însoțită de administrarea unei substanțe de contrast.Achiziția cu administrare de substanță de contrast oferă posibilitatea vizualizării lumenului vascular. [17]

Rezonanța magnetică nucleară(RMN)

Tehnica imagistică care oferă informații clare despre anatomia segmentului cardiovascular investigat este rezonanța magnetică nucleară. Aceasta este o metodă de tip non-invaziv, care se bazează pe existența unui câmp magnetic de 1–3 Tesla. [17]

Imaginile obținute în urma aplicării acestei metode de investigare sunt complexe, detaliate și prezintă diferitele țesuturi în funcție de densitatea acestora și a concentrației de apă. [17]

RMN-ul este utilizat adesea în investigarea sistemului cardiovascular, permițând vizualizarea clară a țesuturilor moi.Cu ajutorul tehnicii RMN se pot investiga patologii precum:ateroscleroza,afecțiuni valvulare, afecțiuni ale arterelor și venelor,cardiomiopatii, afecțiuni congenitale, tumori.Se pot obține informații de tip structural, dar și funcțional(ex. debitul asociat curgerii sângelui prin segmentul de interes). [17]

Utilizarea metodelor numerice în investigarea arterelor coronare

Circulația sângelui poate fi înțeleasă mai bine prin utilizarea legilor fizice ale mecanicii fluidelor, CFD (Computational Fluid Dynamics) fiind o ramură a mecanicii fluidelor care utilizează metode numerice,precum și algoritmi specifici pentru a analiza curgerea fluidelor.

Aceste investigații in vitro constau în reconstrucția digitală a segmentelor anatomice dorite, dar și în simularea și descrierea curgerii sângelui prin segmentele analizate,impunându-se ca datele de intrare să fie reprezentate de condițiile fiziologice ale subiectului investigat.Această alternativă noninvazivă a analizei hemodinamice oferă posibiliatea investigării parametriilor hemodinamici în corelație cu boala aterosclerotică: tensiunea de frecare la perete (Wall Shear Stress – WSS), câmpul de presiune (căderea de presiune), câmpul de viteză (viteza de curgere).

Tehnica permite investigarea numerică a diverselor segmente coronariene,oferind posibilitatea planificării pre-operatorii a procedurilor intervenționale sau chirurgicale, prin indicații asupra abordării terapeutice optime din punct de vedere hemodinamic,pentru un anumit pacient.[1]

În figura 1.22 se observă rezultatele obținute în urma aplicării tehnicilor CFD,a unui pacient de gen masculin în vârstă de 66 de ani,fără leziuni ischemice specifice.

1.6.Metode de tratament a bolii coronariene

Alegerea metodei pentru revascularizarea miocardică depinde de severitatea bolii coronariene și de comorbiditățile pacientului. Complexitatea anatomiei coronariene și riscul angioplastiei coronariene sunt evaluate cu ajutorul scorului SYNTAX. Un scor 22 presupune un risc mic pentru angioplastie, un scor de 22-32 reprezintă faptul că riscul angioplastiei îl depășește cu puțin pe cel chirurgical, iar decizia se va lua de către o echipă multidisciplinară,iar un scor de peste 32 presupune un risc prea mare pentru angioplastie, opțiunea preferabilă de revascularizare fiind cea chirurgicală [1].

Tratarea bolilor coronariene constă în utilizarea a trei tipuri de strategii: tratamentul medicamentos,strategia preventivă nefarmacologică și cea de revascularizare miocardică, care cuprinde o modalitate intervențională(angioplastia coronariană transluminală percutană) sau una chirurgicală (bypass-ul aortocoronarian). [1]

În funcție de severitatea stenozelor coronariene se pot aplica următoarele proceduri și tehnici terapeutice:în cazul stenozelor cu grad de severitate mai mic de 75% se aplică angioplastia cu implantare de stent,iar în cazul stenozelor severe cu grad de severitate mai mare de 75% se aplică tehnica chirurgicală de bypass aortocoronarian.

Angioplastie și stenting

Aproximativ o treime din pacienții cu boală coronariană necesită angioplastie coronariană și implantare de stent. Aceste proceduri au loc într-un laborator de cateterism cardiac, utilizând același tip de cateter care este folosit și pentru diagnosticarea prin angiografie coronariană. [16]

Pe durata angioplastiei cu balon,un cateter caracterizat de existența unui balon în partea superioară a acestuia,este inflatat la nivelul peretelui intern al vasului sanguin,având ca efect facilitarea debitului de sânge.Procedura de angioplastie este însoțită de cele mai multe ori de stentare. [16]

Stenturile reprezintă tuburi metalice care asigură sprijin structurii peretelui arterial deteriorat (figura 1.23 B,C,D),astfel se reduce șansa ca la nivelul vasului să apară o restenoză după angioplastie. [16]

Aproximativ un milion de proceduri de angioplastie cu balon au loc în fiecare an numai în Statele Unite ale Americii. Angioplastia cu balon durează 1-2 ore pentru a fi finalizată și se realizează cu anestezierea locală a pacienților.Cei mai mulți pacienți vor rămâne spitalizați pentru observație și își pot relua activitățile normale într-o săptămână. [16]

Unii pacienți au plăci coronariene care nu sunt corespunzătoare pentru tratarea prin angioplastie cu balon sau stenting, deoarece există posibilitatea ca artera coronariană să fie prea mică sau să intervină un blocaj complet care nu poate fi parcurs cu balonul. [16]

CAPITOLUL 2

Introducere în reconstrucția 3D pe baza imaginilor AngioCT

Cel de-al doilea capitol al prezentei lucrări se constituie din următoarele etape:vizualizarea celor 452 de imagini AngioCT de la pacient,specifice sistemului arterial coronarian,cu ajutorul aplicației comerciale Radiant (figura 2.1),imagini preluate din sursa următoare:https://www.osirix-viewer.com/resources/dicom-image-library/ și reconstrucția 3D a sistemului arterial coronarian cu ajutorul softului ITK-SNAP.

2.1.Vizualizarea imaginilor

Datele tipice pentru imaginile medicale sunt un set de valori de intensitate,definite pe o grilă structurată 3D. Aceasta reprezintă diverse organe fiziologice și țesuturi de intensități diferite.Vizualizarea este cea mai obișnuită aplicație folosită în datele de imagini medicale. [20]

În ITK-SNAP imaginile medicale obținute în urma efectuării angiografiei CT se afișează în trei ferestre care permit vizualizarea 2D,așa cum se poate observa în figura 2.2.

Interfața ITK-SNAP oferă trei vederi 2D și o vedere 3D. Următoarea etapă după importarea fișierului constă în identificarea arterelor de interes,planificarea traseului acestora și alegerea metodei prin care dorim să realizăm efectiv segmentarea imaginilor,bazându-ne pe zonele din vederea 2D.

2.2.Reconstrucția 3D

Prezentare generală

Reconstrucția 3D în grafica computerizată reprezintă procesul de conturare a formei și a aspectului obiectelor reale.Acest proces se poate realiza atât prin metode active,cât și prin metode pasive.Modelul care permite modificarea formei sale în timp,este denumit model de reconstrucție non-rigid sau spațio-temporal. [25]

Utilizarea reconstrucției 3D oferă profilul oricărui obiect tridimensional,pe măsură ce se recunosc coordonatele oricărui punct al profilului.Folosind o multitudine de imagini, informațiile 3D pot fi recuperate (parțial) prin rezolvarea unei probleme de corespondență cu ajutorul pixelilor. Datorită faptului că estimarea automată a corespondenței este de obicei ambiguă și incompletă,sunt necesare cunoștințe suplimentare despre obiect.Important este să presupunem că suprafața obiectului este netedă. [25]

În reconstrucția unei suprafețe sau a unui volum medical, țesuturile care prezintă interes trebuiesc delimitate de altele în toate imaginile capturate. După ce are loc determinarea contururilor de separare ale acestor țesuturi, pixelilor care alcătuiesc acel țesut li se poate atribui un anumit nivel de gri, care să reprezinte doar acel țesut.Se utilizează culori diferite pentru a separa în volum elementele care aparțin unor țesuturi diferite. [25]

Noțiuni privind segmentarea 3D

Modelul 3D al sistemului arterial coronarian specific pacientului studiat a fost realizat cu ajutorul aplicației software ITK-SNAP,folosită în scopul segmentării structurilor în imagini medicale 3D. ITK-SNAP este gratuit, open-source și multi-platform,oferind posibilitatea segmentărilor semi-automate,utilizând metode de contur active, precum și delimitare manuală și navigare a imaginii. [19]

Segmentarea reprezintă delimitarea imaginii în zone de interes,în funcție de diverse criterii,în cazul căreia fiecărui pixel i se va atribui o valoare,0 sau 1,reprezentând apartenența acestuia la o anumită regiune de interes,urmărind identificarea,extragerea sau recunoașterea unui anumit obiect dintr-o imagine,zonele care constituie o imagine purtând denumirea de segmente și crearea conturului zonei de interes pentru construcția modelului solid. [18]

Unele dintre avantajele de bază ale ITK-SNAP includ:

-cursor legat pentru navigarea 3D facilă;

-segmentarea manuală în trei planuri ortogonale în același timp;

-asistență pentru multe formate de imagini 3D diferite, inclusiv NIfTI și DICOM;

-asistență pentru vizualizarea simultană, legată și segmentarea mai multor imagini;

-instrument 3D cut-plane pentru post-procesarea rapidă a rezultatelor segmentării. [19]

Generarea traseului

În scopul obținerii modelului 3D specific arterelor coronare este necesar să definim traseul cu ajutorul butonului scroll al mouse-ului de-a lungul acestora,prin fixarea centrului axei în permanență pe zona de interes.

Comanda “Paintbrush Mode” face posibilă segmentarea manuală prin definire de contur pe imagine cu ajutorul unui instrument disponibil în diverse forme care se poate ajusta la diferite mărimi(figura 2.3).Prin controlul cursorului mouse-ului și prin aplicarea butonului stâng al acestuia se conturează țesutul de interes.

Cea de-a doua comandă disponibilă în ITK-SNAP pentru realizarea segmentării este “Active Contour” și se utilizează pentru selectarea regiunii de interes în mod semi-automat(figura 2.4).

Modalități de segmentare

1.Segmentarea semi-automată

Decizia de a alege între segmentarea semi-automată sau manuală depinde de cât de mult dorim să surprindem din țesutul de interes.În cazul segmentării manuale trebuie ținut cont de faptul că vasele sangvine sunt foarte apropiate între ele,astfel că acest lucru necesită o atenție deosebită pentru a nu introduce involuntar țesuturi învecinate nedorite în modelul pe care îl realizăm.

După generarea traseului țesutului dorit și stabilirea metodei de segmentare,pentru ca softul să creeze modelul 3D,este necesară poziționarea în zona de interes pe imaginile achiziționate de la pacient (figura 2.5) și realizarea suprafețelor modelului prin aplicarea comenzii “update” de fiecare dată când dorim să vizualizăm în 3D ceea ce am reușit să surprindem din țesutul de interes.

Aplicația software ITK-SNAP deține comanda “Segment 3D” ,care ne trimite la pasul 1/3 al segmentării,și anume:selectarea conturului de interes prin deplasarea cursorului în bara de instrument “Thresholding”(figura 2.6).

Suprafața cu contur alb reprezintă ceea ce dorim să păstrăm din țesut,iar conturul albastru reprezintă ceea ce se anulează.

După realizarea setărilor dorite în fereastra de “Thresholding”,se trece la etapa 2/3 a segmentării,care constă în aplicarea unor cerculețe în zona de interes cu ajutorul comenzii “Add Bubble at Cursor”,cerculețe care pot fi aplicate cu diverse diametre astfel încât să faciliteze conturarea zonei dorite (figura 2.7).

Etapa 3/3 a segmentării semi-automate (figura 2.8) constă în rularea evoluției cerculețelor,care pe măsură ce se măresc pentru a acoperi suprafața de interes,creează,de fapt,conturul suprafețelor modelului 3D.

Conturul definit prin metoda segmentării semi-automate pentru reconstrucția modelului 3D după acționarea cerculețelor asupra pereților țesuturilor,se poate vizualiza în figura 2.9,precum și modelul 3D generat,care reprezintă o parte din artera aortă.

2.Segmentarea manuală

În cazul conturării arterelor coronare am utilizat și metoda de segmentare manuală.Deoarece artera coronară stângă se divide în artera interventriculară anterioară și artera circumflexă sau atrioventriculară este mai dificil de conturat prin metoda segmentării semi-automate,astfel că pe lângă metoda menționată anterior,a fost necesară și aplicarea metodei segmentării manuale.Acest lucru a permis definirea unor părți mai sugestive din arterele coronare (figura 2.10.).

Rezultatul obținut în urma segmentării

Utilizarea metodelor de segmentare menționate anterior au condus la generarea reconstrucției modelului 3D (figura 2.11.A.).

Figura 2.11.B. permite vizualizarea strict a modelului 3D,așa cum a fost creat în urma parcurgerii etapelor de segmentare.

Reconstrucția modelului 3D realizată în aplicația software ITK-SNAP ne conduce la suprafețe rugoase,nefinisate.Pentru finisarea arterelor coronare,piesa se importă în aplicația Meshmixer(figura 2.12)

Introducere în Meshmixer

Software-ul MeshMixer este un produs gratuit dezvoltat de AutodeskⓇ destinat creării ușoare de mashup-uri și remixuri 3D cu instrumente specializate pentru imprimarea 3D.

În aplicația Meshmixer,finisarea suprafețelor a fost realizată în urma acționării comenzii “Sculpt”,folosind instrumentul “Brushes”.Acest instrument oferă multiple variante care permit netezirea suprafețelor,însă am folosit cu preponderență “RobustSmooth”,ajustând valoarea la partea de “Strength” ca fiind cât mai mică în așa fel încât să nu se piardă din suprafață(figura 2.13).

În etapa finală a finisării modelului 3D am acționat comanda “Inspector” din modulul “Analysis” pentru a acoperi în mod automat golurile pe care nu am reușit să le finisez în mod manual.Piesa finală rezultată în urma prelucrării acesteia în Meshmixer se poate vizualiza în figura 2.14.

CAPITOLUL 3

3.1.Introducere în prototiparea 3D

Un prototip este un model original, o formă sau o instanță care servește ca bază pentru alte procese. În tehnologia software, termenul prototip este un exemplu de lucru prin care poate fi derivat un nou model sau o versiune nouă a unui produs existent. [21]

Prototiparea oferă designerilor posibilitatea de a descoperi noi alternative și de testare a designelor existente,pentru aprobarea funcționalității produsului în scopul producerii acestuia. [21]

Un prototip aduce multe beneficii,astfel încât dezvoltatorul și cel care implementează produsul,primesc un feedback semnificativ din partea utilizatorului chiar și înainte de începerea proiectului. [21]

În etapele procesului de proiectare, prototipurile sunt folosite spre deservirea diverselor scopuri. Această caracteristică a prototipurilor se poate schematiza astfel(figura 3.1):

3.2.Pregătirea modelului pentru realizarea prototipării

Cu ajutorul aplicației Meshmixer a fost posibilă realizarea netezirii suprafețelor,respectiv secționarea anumitor porțiuni din artera stângă și din cea dreaptă ca sprijin pentru etapa finală a părții aplicative a prezentei lucrări,și anume:importarea piesei din Meshmixer în format STL în Ultimaker Cura,care reprezintă softul de imprimare 3D cu ajutorul căruia au fost setați parametrii necesari pentru rezultarea prototipului specific sistemului arterial coronarian și prototiparea propriu-zisă.

Piesa rezultată în Meshmixer care a constituit obiectul prototipării este prezentată mai jos în figura 3.2.

Prototiparea sistemului arterial coronarian a necesitat importarea fișierului în format STL în software-ul Ultimaker Cura (figura 3.3).În figura următoare se prezintă modelul 3D cu pereții de susținere aferenți,creați în mod automat de către software-ul imprimantei.

În figura 3.4 se regăsește perioada necesară prototipării sistemului arterial coronarian,și anume: 1 zi 16 ore și 57 de minute.Setarea parametrilor necesari rulării imprimării modelului 3D se regăsesc în figura 3.4.Stratul de material topit pe care îl depune imprimanta a fost setat la o grosime de 0.12 mm,iar grosimea la perete a fost setată la 1.2 mm.

Setările realizate în Ultimaker Cura care țin de temperatura materialului,viteza de deplasare a duzei,răcirea imprimantei și suportul acesteia,se regăsesc în figura 3.5.

Printarea modelului a fost realizată la o temperatură de topire a a materialului de 200˚C,iar temperatura patului pe care a fost creat modelul a fost setată la 50 ˚C,așa cum se prezintă în imaginea 3.6,iar răcirea automată având loc pe toată durata procesului de prototipare.

Imprimanta care a făcut posibilă prototiparea sistemului arterial coronarian din prezenta lucrare se numește Creality3D,specificațiile acesteia fiind redate în cele ce urmează.

Creality3D Printer

Specificații tehnice

Imprimanta 3D pe care a fost realizată prototiparea este denumită Creality CR-10S,având o dimensiune de printare de 300*300*400mm,cu un diametru al duzei de 0.4mm standard și utilizează software-ul Cura. [22]

Formatele acceptate ale fișierelor sunt: stl,ob și g-code,iar viteza normală de printare specifică acestui tip de imprimantă 3D este de 60mm/s,maximul de viteză fiind de 100mm/s.Are un diametru al filamentului de 1.75 mm și utilizează tehnologia FDM (Fused Deposition Modeling). [22]

Filamentul este constituit din PLA (acid polilactic),un biopolimer(material plastic biodegradabil) fabricat din materii prime regenerabile. [23]

Demararea procesului de prototipare

Depunerea primului strat de PLA pe patul imprimantei 3D se prezintă în figura 3.8 în care se observă faptul că duza amintită anterior face posibilă imprimarea de material topit (PLA) pe suportul de lucru.

La un interval de 30 de minute de la depunerea primului strat a fost posibilă vizualizarea pereților creați în mod automat de software-ul imprimantei,care deservesc la menținerea integrității structurii până la finalizarea procesului de imprimare și care sunt prezentați în figura 3.9.Acești suporți creați în scopul amintit anterior se înlătură la final,rezultând modelul 3D creat inițial.

La 5 ore după demararea procesului,se poate vizualiza o parte din artera coronară stângă precum se prezintă în figura 3.10.

Evoluția modelului în procesul de prototipare se prezintă în figura 3.11.

În urma procesului de prototipare realizat a rezultat modelul 3D al sistemului arterial coronarian după cum se prezintă în figura 3.12.

Perspective

Datorită faptului că finalizarea prototipării sistemului arterial coronarian cu ajutorul imprimantei 3D a putut fi realizată ,conduce la ideea implementării eventualelor prototipării ale anumitor stenturi personalizate utilizate care care au ca scop sprijinul pacienților ,model de stand experimental care prin prototipare să permită simularea procedurilor de angioplastie sau de bypass aortocoronarian.

O altă perspectivă poate fi analiza numerică a curgerii sângelui prin sistemul arterial coronarian utilizând modelul real reconstruit.

Concluzii

În prezent,datorită tendințelor de creștere a persoanelor care prezintă manifestări ale bolii coronariene,studiul sistemului arterial coronarian din punct de vedere tehnico-medical reprezintă un punct forte în susținerea practicii medicale.Posibilitatea de vizualizare în detaliu a imaginilor specifice pacientului,reconstrucția 3D a arterelor de interes,precum și prototiparea acestora reprezintă un pas important în lumea medicală.

Etapele parcurse în prezenta temă de licență au condus la aprofundarea cunoștințelor legate de arterele menite să vascularizeze inima,denumite artere coronare.Imaginile AngioCT au constituit punctul de pornire spre realizarea unui model 3D specific sistemului arterial coronarian,atât într-un software de reconstrucție,cât și într-un software de imprimare 3D.

Modelul rezultat în ITK-SNAP cu ajutorul comenzilor de segmentare semi-automată și manuală a fost importat în software-ul Ultimaker Cura al imprimantei 3D,iar pentru facilitatea prototipării,acesta a fost supus la anumite modificări ,și anume:suprafețele modelului au fost netezite cu ajutorul comenzilor din Meshmixer,a avut loc secționarea anumitor porțiuni din artere în ParaView,datorită dimensiunilor reduse ale acestora.

Contribuții personale

Contribuțiile personale care și-au pus amprenta asupra prezentei lucrări constau în structurarea,realizarea și redactarea acesteia cu ajutorul studiului bibliografic,adică colectarea de informații esențiale referitoare la arterele coronare și introducerea acestora,realizarea unei reconstrucții pe baza unor imagini AngioCT de la pacient și a prototipării a ceea ce a rezultat în urma procesului de reconstrucție.

Cu alte cuvinte,reconstrucția sistemului arterial coronarian prin cele două modalități de segmentare menționate.netezirea și secționarea suprafețelor necesare pentru demararea procesului de prototipare,importarea fișierului în software-ul imprimantei și setarea parametriilor necesari constituirii modelului 3D,au fost de asemenea rezultatul activităților proprii.

Bibliografie:

[1] Totorean,A.F.,Bernad,S.I.,Totorean,C.I. (2019).Metode numerice aplicate în investigarea sistemului cardiovascular,Hemodinamica Bypass-ului aortocoronarian, Editura Politehnica,14-17

[2] S.Peterson,V. Peto,M. Rayner(2005).European cardiovascular disease statistics, British Heart Foundation Health Promotion Research Group, Department of Public Health, University of Oxford.

[3]S.Bolintineanu,M.Vaida,A.Șișu,C.Matu,C.Haivas,D.Marc,E.Pop,L.Roșu,I.Șargan,L.Stana(2010).Anatomia toracelui, Ed. Eurostampa, Timișoara.

[4] J.T.Dodge Jr,B.G Brown,E.L Bolson,H.T.Dodge. Lumen diameter of normal human coronary arteries. Influence of age, sex, anatomic variation, and left ventricular hypertrophy or dilation

[5] K.R.Barendra,N.P.Vijaysinh,C.George( 2017). Coronary artery dimensions in normal Indians, Indian Heart Journal.

[6] P.A. Grayburn , J.E.Willard, D.R. Haagen, M. E.Brickner,  L.G.Alvarez, E.J. Eichhorn(1992), Measurement of Coronary Flow Using High-Frequency Intravascular Ultrasound Imaging and Pulsed Doppler Velocimetry: In Vitro Feasibility Studies,  American Society of Echocardiography.

[7] E.0. Ofili, MD, MPH, Morton J. Kern, A. J. Labovitz,Jeanette A. ST. Vrain, RDMS, J. Segal, MD, FACC,F. V. Aguirre, R.Castello, MD.Analysis of Coronary Blood Flow Velocity Dynamics in Angiographically Normal and Stenosed Arteries Before and After Endolumen Enlargement by Angioplasty ,Saint Louis, Missouri and Washington, DC

[8] C.Bunu,Sistemul Cardiovascular,Debitul Cardiac.Circulația Coronariană(Cursul 7-Disciplina de fiziologie), Universitatea de Medicină și Farmacie “Victor Babeș” Timișoara.

[9] D.Sullivan, Ph.D., MSN, R.N., CNE, COI(2019).What to know about coronary heart disease

[10] D.Tousoulis(2018).Coronary Artery Disease. Blood Flow in Coronary Stenosis,Athens University Medical School, Athens, Greece

[11] A.D. Michaels, MD & K.Chatterjee, MB, FRCP, Angioplasty Versus Bypass Surgery for Coronary Artery Disease

[12] Coronary Artery Graph based on Coronary Arterial Circulation – es. 2/3/2013. (Image).

[13] D.P. Pavone, M.Fioranelli,A. David (2008) Dowe, CT Evaluation of Coronary Artery Disease,Springer-Verlag Italia

[14] H.J.Kim,I.E Vignon-Clementel,J S Coogan,CA Taylor, K.E. Jansen, C.A.Figueroa (2010), Patient-Specific Modeling of Blood Flow and Pressure in Human Coronary Arteries

[15] S.J. Heward,J.Widrich(2019).Coronary Perfusion Pressure, National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine

[16] A.D. Michaels,K.Chatterjee(2002), Angioplasty Versus Bypass Surgery for Coronary Artery Disease,Circulation,Vol.106,Nr.23

[17] Totorean, A.,F (2019).Hemodinamică.Note de curs,Editura Politehnica,16

[18] https://www.miv.ro/ro/documentatie/pi/PIlab10.pdf

[19] http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php

[20] S.Luo (2019). Patient-specific modeling and simulation of blood flow in human arteries: from magnetic resonance imaging to computational fluid dynamics and flow visualization,University of Pennsylvania in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Arts

[21] https://www.techopedia.com/definition/678/prototype

[22] https://www.creality3dshop.eu/collections/cr-series-3d-printer/products/creality-cr-10s-diy-desktop-3d-printer-300x300x400mm

[23] https://store3d.ro/care-este-diferenta-intre-filamentele-abs-si-cele-pla/

[24] https://www.paraview.org/

[25]  M.Oswald, M.Klodt, J.Stückler, D.Cremers.Multi-View 3D Reconstruction,Computer Vision Group,TUM Department of Informatics,Technical University of Munich