Konjenital kalp anomalilerinden ASD (Atrial septal defect) ve VSD (Ventriküler septal defect) bulunan pediatrik vakaların bilgisayarlı tomografi verileri kullanılarak üç boyutlu anatomik modellenmesi ve cerrahi yaklaşımların belirlenmesi
Three dimensional anatomical modeling of pediatric cases with congenital HEART anomalies with asd (atrial septal defect) and vsd (ventricular septal defect) using computed tomography data and determination of surgical approaches
Yazar: ÖMER GÖÇ
Danışman: PROF. DR. MEHMET SALİH AYDIN ; DOÇ. DR. İSMAİL DEMİRCİOĞLU
Harran Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Perfüzyon Ana Bilim Dalı / Perfüzyon Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kardiyoloji = Cardiology
Dizin: Bilgisayar destekli modelleme = Computer aided modelling ; Bilgisayarlı tomografi = Computed tomography ; Kalp defektleri-konjenital = Heart defects-congenital ; Kalp hastalıkları = Heart diseases ; Kalp septum defektleri-ventriküler = Heart septal defects-ventricular

Özet:
Klinik uygulamalardaki tıbbi hatalar büyük bir problem olup, uygulama öncesinde hata yapma düşüncesi doktorlar üzerinde stres oluşturmaktadır.  Bu gibi durumları önlemek amacıyla ameliyat öncesi planlama ve prova için çeşitli görüntü ve modellere ihtiyaç duyulmaktadır. 3 boyutlu görselleştirmede geleneksel olarak kullanılan Bilgisayarlı Tomografi ve Manyetik Rezonans taramaları birincil araçlar olarak kullanılmıştır. Bilgisayarlı Tomografi ve Manyetik Rezonans sayesinde elde edilen 3 boyutlu görselleştirme faydalı olsa da özelikle kritik cerrahi planlamaları için yetersiz kalabilmektedir. Çünkü görsel bir film sadece soyut bir görüntü sağlamakta ve bazen istenilen anatomik bölgeyi görüntüleyememektedir. 3 boyutlu görsellerinin 3 boyutlu baskı modellemesi sayesinde anatomik doğruluk sağlanabilmekte ayrıca somut nesnenin vermiş olduğu dokunsal hissi oluşturduğundan dolayı ameliyat öncesi simülasyona imkan sağlamaktadır. Bu nedenle somut 3 boyutlu baskılı organ modelleri film görüntülerinde görülmeyen olağandışı anatomik anormallikleri de içerdiğinden dolayı karmaşık cerrahi prosedürlerde ciddi faydalar sağlamaktadır. 3 boyutlu baskı teknolojilerindeki son gelişmeler, ameliyat öncesi planlama, prova ve uzaysal haritalama için etkili bir çözüm sağlamak amacıyla hastaya özel organ modellerinin oluşturulmasını kolaylaştırmıştır. 
Yaptığımız bu çalışmada konjenital olarak Atriyal Septal Defekt ve Ventriküler Septal Defekt'li pediatrik vakaların Bilgisayarlı Tomografi verileri kullanılarak 3 boyutlu anatomik modellenmesi yapılarak cerrahi yaklaşımlar belirlenmiştir. Çalışmamızda konjenital olarak Atriyal Septal Defekt ve Ventriküler Septal Defekt tanısı konulmuş 10 erkek ile 10 kadın hastanın Bilgisayarlı Tomografi Anjiyografi verileri kullanıldı. Hastaların Bilgisayarlı Tomografi görüntüleri DICOM formatında alındıktan sonra üç boyutlu modelleme programı olan MIMICS 20.01'e (The Materialise Group, Leuven, Belgium) aktarılarak 3 boyutlu anatomik modellemeler yapıldı. Elde edilen üç boyutlu kalp modelleri üzerinde edit mask komutları kullanılarak farklı yaklaşımlarda segmentasyon işlemleri yapıldı. Daha sonra 3 boyutlu yazıcılar yardımıyla 3 boyutlu baskılı kalp modeli elde edildi. Elde edilen somut 3 boyutlu organ modelleri sayesinde Atriyal Septal Defekt ve Ventriküler Septal Defekt gibi farklı tip konjenital kalp hastalığına ait intrakardiyak ve vasküler yapıların görüntülenmesi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra Atriyal Septal Defekt ve Ventriküler Septal Defekt'in onarılması amacıyla uygulanabilecek girişimsel veya cerrahi uygulamalar hakkında çıkarımlar yapıldı.
Çalışma sayesinde gerçekleştirdiğimiz intrakardiyak yapının üç boyutlu olarak modellenmesi defekt veya patolojilerin daha iyi görülmesini ve diyagnozun takibi kolaylıkla yapılabilmesini, pediatrik kardiyologların ve kalp cerrahlarının ameliyat öncesi planlamasına çok büyük destek sağlamaktadır. Bu modellemeler komplike cerrahilerin risklerinin daha detaylı gözlemlenebilmesine yardımcı olmaktadır. Bu sayede operasyon riskleri tespit edilip cerrahi aksiyonlar alınarak hastaya özel bir planlama yardımıyla operasyon süresi de kısaltılabilir. Kümülatif olarak değerlendirildiğinde bu yöntem sayesinde maliyetler azalacaktır. Bu çıktıların diğer önemli bir faydası da asistan ve tıp öğrencilerinin eğitimlerinde ek olarak hasta eğitimlerinde kullanılmasıdır.
Çalışmamızda aynı zamanda 3 boyutlu baskı malzeme sistemleri, entegre işlevsel uygulamalar, hastaya özel organ modellerinde son teknoloji ürünleri, alandaki sınırlamalar, mevcut durum ve gelecek perspektifleri de geniş bir şekilde tartışılmıştır.

Abstract:
Medical errors in clinical applications are a big problem and the thought of making mistakes before the application creates stress on doctors. In order to prevent such situations, various images and models are needed for preoperative planning and rehearsal. Computed Tomography and Magnetic Resonance scans traditionally used in 3D visualization have been used as primary tools. Although the 3D visualization obtained by Computed Tomography and Magnetic Resonance is useful, it may be insufficient especially for critical surgery planning. Because a visual film only provides an abstract image and sometimes cannot display the desired anatomical region. Thanks to the 3D printing modeling of 3D visuals, anatomical accuracy can be achieved, and it also allows pre-operative simulation as it creates the tactile sensation of the concrete object. Therefore, concrete 3D-printed organ models provide serious benefits in complex surgical procedures, as they also include unusual anatomical abnormalities not seen in film images. Recent advances in 3D printing technologies have facilitated the creation of patient-specific organ models to provide an effective solution for preoperative planning, rehearsal and spatial mapping.
In this study, surgical approaches were determined by making 3D anatomical modeling of pediatric cases with congenital Atrial Septal Defect and Ventricular Septal Defect using Computed Tomography data. Computed Tomography Angiography data of 10 male and 10 female patients who were congenitally diagnosed with Atrial Septal Defect and Ventricular Septal Defect were used in our study. After the Computed Tomography images of the patients were taken in DICOM format, 3D anatomical models were made by transferring the three-dimensional modeling program MIMICS 20.01 (The Materialize Group, Leuven, Belgium). Segmentation operations were performed in different approaches using edit mask commands on the three-dimensional heart models obtained. Then, with the help of 3D printers, a 3D printed heart model was obtained. Thanks to the obtained concrete 3D organ models, intracardiac and vascular structures of different types of congenital heart disease such as Atrial Septal Defect and Ventricular Septal Defect were visualized. Then, inferences were made about the interventional or surgical applications that can be applied to repair the Atrial Septal Defect and Ventricular Septal Defect.
The three-dimensional modeling of the intracardiac structure, which we have realized thanks to this study, provides a great support for the preoperative planning of pediatric cardiologists and cardiac surgeons, enabling better visualization of defects or pathologies and easy follow-up of diagnosis. These models help to observe the risks of complicated surgeries in more detail. In this way, operation risks can be determined and surgical actions can be taken, and the operation time can be shortened with the help of a patient-specific planning. When evaluated cumulatively, this method will reduce costs. Another important benefit of these outputs is that they are used in patient education in addition to the training of residents and medical students.
In our study, 3D printing material systems, integrated functional applications, state-of-the-art products in patient-specific organ models, limitations in the field, current situation and future perspectives have also been extensively discussed.