Geometric validation of a pediatric upper airways model made using a mainstream desktop 3D printer - 18/07/24

Doi : 10.1016/j.stlm.2024.100165 
Pierre Cnockaert a, b, c, d, , Gregory Reychler a, b, c, Renaud Menten e, Jan Steckel f, William Poncin a, b, c, d
a Institut de recherche expérimentale et clinique (IREC), Pôle de Pneumologie, ORL et Dermatologie, Université Catholique de Louvain, Avenue Hippocrate 55, 1200 Brussels, Belgium 
b Service de Pneumologie, Cliniques universitaires Saint-Luc, Avenue Hippocrate 10, 1200 Brussels, Belgium 
c Secteur de Kinésithérapie et Ergothérapie, Cliniques universitaires Saint-Luc, Avenue Hippocrate 10, 1200 Brussels, Belgium 
d Faculté des Sciences de la Motricité, Université Catholique de Louvain, Louvain-La-Neuve, Belgium 
e Service de Radiologie, Unité de Radiologie Pédiatrique, Cliniques universitaires Saint-Luc, Avenue Hippocrate 10, 1200 Brussels, Belgium 
f Cosys-Lab, Antwerp University, Flanders Make Lommel, Groenenborgerlaan 171, 2020, Antwerp, Belgium 

Corresponding author at: Pulmonology Department, Cliniques universitaires Saint-Luc, Avenue Hippocrate 10, 1200 Brussels, Belgium.Pulmonology DepartmentCliniques universitaires Saint-LucAvenue Hippocrate 10Brussels1200Belgium

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Abstract

Background

Three-dimensional (3D) printing has become increasingly affordable. Several research projects used 3D printing to create in vitro upper airways model. However, studies using a mainstream desktop 3D printer never performed geometric validation of their model. The aim of this study was to perform geometric validation of a pediatric upper airways model printed with a mainstream desktop 3D printer.

Methods

Head computerized tomography (CT) scan of a 10-month-old female underwent segmentation between airways and surrounding anatomical structures. Airways segmentation allowed their measurement for further comparison with printed model. Head segmentation enabled the creation of a 3D printable volume file. To proceed to the geometric validation of the head model, the latter underwent a CT scan. Similar segmentation work was performed on the printed model for comparison. Overlap proportion between the original infant volume and the printed model as well as an average Hausdorff distance were calculated after manual alignment between the original and printed model.

Results

Volumes were 12.31 cm3 and 12.32 cm3 for the pediatric and the printed model upper airways, respectively (0.08% difference). Dice coefficient of original and printed model was 0.92. The average Hausdorff distance was 0.21 mm.

Conclusion

Desktop mainstream 3D printers can generate pediatric upper airway model with a high dimensional accuracy, as evidenced by our comprehensive geometrical validation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Image, graphical abstract

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Keywords : Infant, Nose, Pediatric, Rhinology, Sinus, Upper airways, 3D printing


Plan


 This study was performed in Cliniques universitaires Saint-Luc, Pulmonology Department. Avenue Hippocrate 10, 1200 Brussels, Belgium.
 Declaration of Interest: None; Sources of support: PC is a Research Fellow (ASP mandate) of the F.R.S.-FNRS (Fonds de la Recherche Scientifique, Belgium)


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