Development of a customized three-dimensional airway model

Abstract

This study aimed to develop a customized, three-dimensional airway model based on relevant medical images, using additive manufacturing techniques. We evaluated the model’s ability to replicate the dimensions of the images acquired from the chest of a patient using multi-detector computed tomography (CT). Using dedicated software, a three-dimensional mesh was created based on the images. A multi-detector CT study of the full-scale printed three-dimensional airways model was subsequently carried out to compare its dimensions with that of the original study at four predetermined points. The observed median differences at the four points were 0.4 mm (p = 0.686), -1.3 mm (p = 0.138), 0.7 mm (p = 0.141), and 0.1 mm (p = 0.892). The intraclass correlation coefficient between the measurements made on the patient and those on the model was 0.98 (95% confidence interval: 0.96–0.99, p < 0.001). We successfully developed a three-dimensional model of the airway based on its corresponding medical images. The differences in the dimensions between the model and the original images were in line with those observed in previous studies and are presumably irrelevant for most applications.

Este estudo teve como objetivo desenvolver um modelo de vias aéreas tridimensional customizado com base em imagens médicas relevantes, usando técnicas de manufatura aditiva. Avaliamos a capacidade do modelo de replicar as dimensões das imagens adquiridas do tórax de um paciente usando tomografia computadorizada (TC) de múltiplos detectores. Usando um software dedicado, uma malha tridimensional foi criada com base nas imagens. Um estudo de TC com múltiplos detectores do modelo tridimensional de vias aéreas impresso em escala real foi posteriormente adquirido para comparar suas dimensões com as do estudo original em quatro pontos pré-determinados. As diferenças medianas observadas nos quatro pontos foram 0,4 mm (p = 0,686), -1,3 mm (p = 0,138), 0,7 mm (p = 0,141) e 0,1 mm (p = 0,892). O coeficiente de correlação intraclasse entre as medidas do paciente e do modelo foi de 0,98 (intervalo de confiança de 95%: 0,96–0,99, p < 0,001). Desenvolvemos com sucesso um modelo tridimensional da via aérea com base em suas imagens médicas correspondentes. As diferenças nas dimensões entre o modelo e as imagens originais estavam de acordo com as observadas em estudos anteriores e são presumivelmente irrelevantes para a maioria das aplicações.

Este estudio tuvo como objetivo desarrollar un modelo de vía aérea tridimensional personalizado basado en imágenes médicas relevantes, utilizando técnicas de fabricación aditiva. Evaluamos la capacidad del modelo para replicar las dimensiones de las imágenes adquiridas del tórax de un paciente mediante tomografía computarizada (TC) multidetector. Usando un software dedicado, se creó una malla tridimensional basada en las imágenes. Se adquirió un estudio de TC multidetector del modelo tridimensional a gran escala de la vía aérea para comparar sus dimensiones con las del estudio original en cuatro puntos predeterminados. Las medianas de las diferencias observadas en los cuatro puntos fueron de 0,4 mm (p = 0,686), -1,3 mm (p = 0,138), 0,7 mm (p = 0,141) y 0,1 mm (p = 0,892). El coeficiente de correlación intraclase entre las medidas del paciente y del modelo fue de 0,98 (intervalo de confianza del 95 %: 0,96- 0,99, p < 0,001). Hemos desarrollado con éxito un modelo tridimensional de la vía aérea a partir de sus correspondientes imágenes médicas. Las diferencias en las dimensiones entre el modelo y las imágenes originales estaban en línea con las observadas en estudios previos y presumiblemente son irrelevantes para la mayoría de las aplicaciones.