The Development of Anatomic Heart and Major Vessels Model for Operation of Circular Denervation of the Trunk and Mouths Pulmonary Arteries (PADN) Simulation

Abstract

Цель. Создание анатомической модели сердца человека с реалистичной топографией магистральных сосудистых структур для отработки технологии эндоваскулярной и «открытой» хирургической процедуры циркулярной денервации ствола и устьев легочных артерий (pulmonary artery denervation – PADN). Материалы и методы. 3D-модели сердца могут использоваться для создания пространственного представления о топографии структур сердца и отработки хирургических манипуляций сердечно-сосудистыми хирургами и интервенционными кардиологами. Авторами разработан симулятор сердца и магистральных венозных сосудов человека. Модель создавалась по данным, полученным с помощью компьютерной томографии сердца пациента с гипертрофической кардиомиопатией и легочной гипертензией (ЛГ). С помощью симулятора была смоделирована операция PADN. Топографическое расположение ствола и бифуркации легочной артерии (ЛА), эластичные и прозрачные стенки сосудов позволили осуществить «открытую» процедуру денервации ЛА с применением зажима-аблятора. Эндоваскулярная технология выполнения PADN была отработана на симуляторе сердца в режиме флуороскопического контроля в условиях рентген-операционной. Радиочастотная абляция выполнялась в условиях погружения симулятора сердца в водно-солевой раствор, имитирующий естественную проводимость крови и тканей организма человека, точность и длительность аппликаций радиочастотного воздействия контролировалась навигационным модулем системы Carto и отображалась соответственно на анатомической карте ЛА в режиме реального времени. Результаты. Создана 3D-модель сердца, позволяющая отрабатывать процедуру PADN как открытым способом, так и эндоваскулярно. В результате обучения хирургической операции PADN на симуляторе время ее выполнения сократилось с 12,2±2,5 мин. до 5,5±1,5 мин. Благодаря отработке эндоваскулярного метода на анатомической модели, время выполнения процедуры под контролем флуороскопии сократилось с 37,2±6,7 мин. до 18,1±1,8 мин. Время выполнения процедуры в условиях навигационного картирования сократилось с 28,3±2,2 мин. до 15,5±3,0 мин. Заключение. Предложенная авторами анатомическая модель сердца CorView позволила отработать как хирургический, так и эндоваскулярный способы проведения PADN. Последний выполнялся как под визуальным, так и под флуороскопическим контролем. Исследование показало, что даже однократное выполнение манипуляции на модели сердца приводило к снижению затрачиваемого на выполнение процедуры времени, что в совокупности демонстрирует эффективность данного симулятора для обучения операции PADN. Purpose. To develop an anatomic heart model with realistic major vessels’ topography for practicing of endovascular and "open" surgical procedures for circular denervation of the trunk and orifices pulmonary arteries (Pulmonary artery denervation – PADN). Materials and methods. 3D heart models can be used by cardiac surgeons and interventional cardiologists to create a spatial representation of heart structures’ topography and practice surgical manipulations. The authors have developed a human heart and major vessels simulator. The model was created based on data obtained using computed tomography of the heart of a patient with hypertrophic cardiomyopathy and pulmonary hypertension. PADN procedure was performed with the help of the simulator. The topographic location of the trunk and bifurcation of the pulmonary artery, elastic and transparent vessel walls made it possible to carry out an "open" surgical PADN using an ablator clamp. Endovascular PADN was worked out with the help of simulator with the fluoroscopic control in an x-ray operation rooms. Radiofrequency ablation was performed in a water-salt solution simulating the natural conductivity of blood and tissues of the human body. The accuracy and duration of applications of radiofrequency exposure was controlled by the navigation module of the "Carto" system and displayed accordingly on the anatomical map of the pulmonary artery in real time. Results. A 3D model of the heart has been created. It allows practicing the PADN procedure both in an open way and endovascular way. As a result of PADN surgical operation training on a simulator, its execution time was reduced from 12.2±2.5 min to 5.5±1.5 min. The time of the endovascular PADN procedure under the control of fluoroscopy was reduced from 37.2±6.7 minutes to 18.1±1.8 minutes due to training with the heart model. The procedure execution time in the conditions of navigation mapping decreased from 28.3±2.2 min. to 15.5±3.0 min. Conclusion. The anatomical heart model CorView makes it possible to work out both surgical and endovascular methods of PADN. The latter was performed under both visual and fluoroscopic control. The study has shown, that even a single PADN training on a heart model has led to a decrease in the time spent on the procedure, which demonstrates the effectiveness of this simulator for teaching PADN procedure.