Anwendung des 3D-Drucks beim Bau von Gratlochring für Deep Brain Stimulation Implantate
Summary
Hier stellen wir ein Protokoll zur Demonstration des 3D-Drucks beim Bau von Tiefenhirnstimulationsimplantaten vor.
Abstract
Der 3D-Druck wird seit den 1980er Jahren im medizinischen Bereich weit verbreitet, insbesondere in der Chirurgie, wie der präoperativen Simulation, dem anatomischen Lernen und dem chirurgischen Training. Dies erhöht die Möglichkeit, 3D-Druck zu verwenden, um ein neurochirurgisches Implantat zu konstruieren. Unsere früheren Arbeiten nahmen die Konstruktion des Gratlochrings als Beispiel, beschrieben den Prozess der Verwendung von Software wie Computer Aided Design (CAD), Pro/Engineer (Pro/E) und 3D-Drucker, um physikalische Produkte zu konstruieren. Das heißt, insgesamt drei Schritte sind erforderlich, die Zeichnung von 2D-Bild, die Konstruktion von 3D-Bild von Grat-Loch-Ring, und mit einem 3D-Drucker, um das physikalische Modell des Gratlochrings zu drucken. Dieses Protokoll zeigt, dass der Gratlochring aus Kohlefaser schnell und präzise durch 3D-Druck geformt werden kann. Es wurde darauf hingewiesen, dass sowohl CAD- als auch Pro/E-Software zum Bau des Gratlochrings durch Integration in die klinischen Bildgebungsdaten und weiter angewandten 3D-Druck verwendet werden können, um die einzelnen Verbrauchsmaterialien herzustellen.
Introduction
Der 3D-Druck wird seit den 1980er Jahren im medizinischen Bereich eingesetzt, insbesondere in der Chirurgie zur präoperativen Simulation, anatomischen Lern- und Chirurgischen Ausbildung1. Beispielsweise kann bei zerebrovaskulären Operationen eine präoperative Simulation mit 3D-gedruckten Gefäßmodellen2durchgeführt werden. Mit der Entwicklung des 3D-Drucks können Textur, Temperatur, Struktur und Gewicht der zerebralen Blutgefäße im größten Umfang klinischer Szenarien simuliert werden. Die Auszubildenden können chirurgische Operationen wie Schneiden und Spannen an solchen Modellen durchführen. Diese Ausbildung ist sehr wichtig für die Chirurgen3,4,5. Derzeit werden auch Titan-Patches, die durch 3D-Druck gebildet werden, nach und nach6aufgetragen, da die Schädelprothesen, die durch 3D-Druck nach Bildgebung und Rekonstruktion entwickelt wurden, sehr konform sind. Die Entwicklung und Anwendung des 3D-Drucks in der Neurochirurgie ist jedoch noch begrenzt.
Der Gratlochring als Teil der Bleifixierungsvorrichtung wurde häufig in der Tiefenhirnstimulation (DBS)7,8,9,10verwendet. Die aktuellen Gratlochringe werden jedoch von Medizinprodukteherstellern nach einheitlichen Spezifikationen und Abmessungen hergestellt. Dieser Standard-Gratlochring ist nicht immer für alle Bedingungen geeignet, wie Schädelfehlbildung und Kopfhautatrophie. Es kann die Ungewissheit enden und die Acurracy verringern. Die Entstehung des 3D-Drucks ermöglicht die Entwicklung individualisierter Gratlochringe für Patienten in klinischen Szenarien5. Gleichzeitig ist der nicht leicht zu erhaltende Gratlochring einer umfangreichen präoperativen Demonstration und chirurgischen Ausbildung nicht förderlich1.
Um die oben genannten Probleme anzugehen, haben wir vorgeschlagen, einen Gratlochring mit 3D-Druck zu konstruieren. Eine frühere Studie in unserem Labor beschrieb einen innovativen Gratlochring für DBS11. In dieser Studie wird dieser innovative Gratlochring als hervorragendes Beispiel für den detaillierten Produktionsprozess angesehen. Daher besteht der Zweck dieser Studie darin, einen Modellierungsprozess und einen detaillierten technischen Prozess zum Bau eines festen Bohrlochrings mit 3D-Druck bereitzustellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Ergebnisse zeigten, dass die verwendete Software praktikabel war, um 3D-Modelle von Bohrlochringen zu erstellen (Abbildung 1 und Abbildung 2), und 3D-Druck kann verwendet werden, um feste Modelle mit bestimmten Materialien zu bauen ( Abbildung4). In Bezug auf die Größe des Volumenmodells, gab es einen absoluten Fehler von 0 bis 0,59 mm durch die Messung von Vernier Sättel bestimmt (Abbildung 6)…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird durch Stipendien des Natural Science Fund der Provinz Guangdong (Nr. 2017A030313597) und der Southern Medical University (Nr. LX2016N006, Nr. KJ20161102).
Materials
| Adobe Photoshop Version 14.0 | Adobe System，US | _ | Only available with a paid subscription. |
| Allcct 3D printer | Allcct technology co., LTD, WuHan, China | 201807A794124CN | |
| Allcct_YinKe_V1.1 | Allcct technology co., LTD, WuHan, China | The software is provided by the 3D printer manufacturer and there is no Catalog number associated with it | |
| AutoCAD 2004 | Autodesk co., LTD，US | 666-12345678 | Software for 2D models |
| Carbon Fibre | Allcct technology co., LTD, WuHan, China | PLA175Ø5181Ø3ØB | The material is provided by the 3D printer manufacturer |
| Netfabb Studio Basic 4.9 | Autodesk co., LTD，US | – | The software is provided by a 3D printer manufacturer and is open to access |
| Pro/E 2001 | Parametric Technology Corporation, PTC, US | _ | Software for 3D models; Only available with a paid subscription. |
| Vernier caliper | Beijing Blue Light Machinery Electricity Instrument Co,. LTD, China | GB/T 1214.1-1996 |
References
- Pucci, J. U., Christophe, B. R., Sisti, J. A., Connolly, E. S. Three-dimensional printing: technologies, applications, and limitations in neurosurgery. Biotechnology Advances. 35 (5), 521-529 (2017).
- Mashiko, T., et al. Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost prototyping. World Neurosurgery. 83 (3), 351-361 (2015).
- Chae, M. P., et al. Emerging Applications of Bedside 3D Printing in Plastic Surgery. Frontiers in Surgery. 2, 25 (2015).
- Doyle, B. J., et al. Improved assessment and treatment of abdominal aortic aneurysms: the use of 3D reconstructions as a surgical guidance tool in endovascular repair. Irish Journal of Medical Science. 178 (3), 321-328 (2009).
- Kimura, T., et al. Simulation of and training for cerebral aneurysm clipping with 3-dimensional models. Neurosurgery. 65 (4), 719-725 (2009).
- Park, E. K., et al. Cranioplasty Enhanced by Three-Dimensional Printing: Custom-Made Three-Dimensional-Printed Titanium Implants for Skull Defects. Journal of Craniofacial Surgery. 27 (4), 943-949 (2016).
- Ray, C. D. Burr-hole ring-cap and electrode anchoring device. Technical note. Journal of Neurosurgery. 55 (6), 1004-1006 (1981).
- Yamamoto, T., Katayama, Y., Kobayashi, K., Oshima, H., Fukaya, C. Dual-floor burr hole adjusted to burr-hole ring and cap for implantation of stimulation electrodes. Technical note. Journal of Neurosurgery. 99 (4), 783-784 (2003).
- Wharen, R. E., Putzke, J. D., Uitti, R. J. Deep brain stimulation lead fixation: a comparative study of the Navigus and Medtronic burr hole fixation device. Clinical Neurology and Neurosurgery. 107 (5), 393-395 (2005).
- Patel, N. V., Barrese, J., Ditota, R. J., Hargreaves, E. L., Danish, S. F. Deep brain stimulation lead fixation after Stimloc failure. Journal of Clinical Neuroscience. 19 (12), 1715-1718 (2012).
- Chen, J., et al. 3-D printing for constructing the burr hole ring of lead fixation device in deep brain stimulation. Journal of Clinical Neuroscience. 58, 229-233 (2018).
- Hoang, D., Perrault, D., Stevanovic, M., Ghiassi, A. Surgical applications of three-dimensional printing: a review of the current literature & how to get started. Annals of Translational Medicine. 4 (23), (2016).
- Bustamante, S., Bose, S., Bishop, P., Klatte, R., Norris, F. Novel application of rapid prototyping for simulation of bronchoscopic anatomy. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 28 (4), 1122-1125 (2014).
- Lan, Q., et al. Development of Three-Dimensional Printed Craniocerebral Models for Simulated Neurosurgery. World Neurosurgery. 91, 434-442 (2016).
- Li, W. Z., Zhang, M. C., Li, S. P., Zhang, L. T., Huang, Y. Application of computer-aided three-dimensional skull model with rapid prototyping technique in repair of zygomatico-orbito-maxillary complex fracture. The International Journal of Medical Robotics. 5 (2), 158-163 (2009).
- Wang, L., Cao, T., Li, X., Huang, L. Three-dimensional printing titanium ribs for complex reconstruction after extensive posterolateral chest wall resection in lung cancer. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 152 (1), e5-e7 (2016).
- Xu, N. F., et al. Reconstruction of the Upper Cervical Spine Using a Personalized 3D-Printed Vertebral Body in an Adolescent With Ewing Sarcoma. Spine. 41 (1), E50-E54 (2016).
- Brozova, H., Barnaure, I., Alterman, R. L., Tagliati, M. STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease. Neurology. 72 (8), 770 (2009).
- Moreau, C., et al. STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease. Neurology. 71 (2), 80-84 (2008).
- Oyama, G., et al. Unilateral GPi-DBS as a treatment for levodopa-induced respiratory dyskinesia in Parkinson disease. Neurologist. 17 (5), 282-285 (2011).
