Development of 3D printed patient specific ascending aortic training models for cardiac surgery

Patient specific surgical simulators can be effective training tools in cardiac surgery. There is currently no patient specific aortic training models that can fully capture the mechanical and tactile properties of the human aorta. Most current training models are cadavers or animal models. Cadavers and animal organs are expensive, only available in limited supply, and lack patient specific pathologies. Current synthetic models are tubular, idealized geometries and are made of unrealistic materials. To develop new surgical training models, CT datasets from five patients were acquired under informed consent. Section of the aorta from the aortic root to the descending aorta, including the three major branches, were segmented. The generated aortic models were used to create five 3D printed models using a rigid material in order to determine the accuracy and reproducibility of the printout. The 3D printed models were determined to be highly accurate and represent faithfully the patient specific geometry. There is currently no 3D printing material that matches the mechanical properties of the human aorta. By taking advantage of the multi-material capability of the Object1 Connex500 3D printer, we were able to create a 3D printable multi-material composite with variable mechanical properties that mimics the properties of the human aorta. Tensile tests were performed on the printed composite samples and showed that the composites were representative of the mechanical properties of the human aortic tissue. This work provides the method and materials needed to create realistic 3D printed patient specific model for surgical training.Le simulateur chirurgical spécifique au patient peut être un outil d'entraînement efficace en chirurgie cardiaque. Il n'existe actuellement aucun modèle aortique d'entrainement spécifique au patient capable de reproduire entièrement les propriétés mécaniques et tactiles de l'aorte humaine. La plupart des modèles d'entrainement actuels sont faits soit à partir de cadavres, soit à partir d'animaux. Ces deux options sont coûteuses, disponibles en quantité limitée et ne reflètent pas les pathologies spécifiques au patient. Les modèles synthétiques actuels sont de géométries idéalisées et tubulaires et faits de matériaux irréalistes. Pour développer de nouveaux modèles d'entrainement en chirurgie, des donnés TDM provenant de cinq patients ont été acquises avec leur consentement éclairé. La section d'aorte comprenant la racine aortique jusqu'à l'aorte descendante, incluant les trois branches majeures, a été segmentée. Les modèles aortiques générés ont été utilisés afin de créer cinq modèles imprimés en 3D à l'aide d'un matériau rigide afin de déterminer l'exactitude ainsi que la reproductibilité de l'impression. Les modèles imprimés en 3D ont étaient jugés très précise et représentatifs de la géométrie chez le patient.Il n'existe couramment aucun matériau d'impression 3D possédant les propriétés mécaniques de l'aorte humaine. Les capacités multi-matériaux de l'imprimante 3D Object1 Connex500 nous permettent toutefois de créer un composite multi-matériau imprimable en 3D aux propriétés mécaniques variables capables d'imiter les propriétés de l'aorte humaine. Les tests de traction effectués sur les échantillons de composite imprimé ont montré que ces derniers reflétaient bien les propriétés mécaniques du tissu aortique humain. Ce document présente la méthode ainsi que les matériaux nécessaires pour créer des modèles réaliste imprimés en 3D spécifique au patient pour formations chirurgicale