Tillämpning av 3D-utskrifter i byggandet av Burr Hålring för djupa hjärnan stimulering implantat
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att demonstrera 3D-utskrifter i byggandet av djupa hjärnan stimulering implantat.
Abstract
3D-utskrifter har tillämpats i stor utsträckning inom det medicinska området sedan 1980-talet, särskilt i kirurgi, såsom preoperativ simulering, anatomisk inlärning och kirurgisk träning. Detta ökar möjligheten att använda 3D-utskrifter för att konstruera ett neurokirurgiskt implantat. Våra tidigare verk tog byggandet av Burr Hole ring som ett exempel, beskrev processen att använda mjukvaror som Computer Aided Design (CAD), Pro/ingenjör (Pro/E) och 3D-skrivare för att konstruera fysiska produkter. Det är, totalt tre steg krävs, ritning av 2D-bild, byggandet av 3D-bild av Burr hålring, och med hjälp av en 3D-skrivare för att skriva ut den fysiska modellen av Burr Hole ring. Detta protokoll visar att skorrhåls ringen gjord av kolfiber kan snabbt och korrekt formas av 3D-utskrifter. Det indikerade att både CAD och Pro/E mjukvaror kan användas för att konstruera Burr Hole ring via integrera med den kliniska Imaging data och ytterligare tillämpad 3D-utskrifter för att göra de enskilda förbrukningsvaror.
Introduction
3D-utskrifter har tillämpats på det medicinska området sedan 1980-talet, särskilt i kirurgi för preoperativ simulering, anatomisk inlärning och kirurgisk träning1. Till exempel, i cerebrovaskulär verksamhet, preoperativ simulering kan utföras med hjälp av 3D tryckta vaskulära modeller2. Med utvecklingen av 3D-utskrifter, textur, temperatur, struktur och vikt av cerebrala blodkärl kan simuleras till största utsträckning av kliniska scenarier. Praktikanter kan utföra kirurgiska ingrepp såsom skärning och fastspänning på sådana modeller. Denna utbildning är mycket viktig för kirurgerna3,4,5. För närvarande har Titan fläckar som bildas av 3D-utskrifter också successivt tillämpats6, eftersom skalle proteser som utvecklats av 3D-utskrifter efter avbildning och återuppbyggnad är mycket conformal. Men utvecklingen och tillämpningen av 3D-utskrifter i neurokirurgi är fortfarande begränsad.
Den Burr Hole ring, som en del av bly fixeringsenheten, har använts i djup hjärna stimulering (DBS)7,8,9,10. Men, nuvarande Burr hål ringar görs av medicintekniska tillverkare enligt enhetliga specifikationer och dimensioner. Denna standard Burr Hole ring är inte alltid lämplig för alla förhållanden, såsom skalle missbildning och hårbotten atrofi. Det kan öka osäkerheten i driften och minska acurracy. Framväxten av 3D-utskrifter gör det möjligt att utveckla individualiserade Burr hål ringar för patienter i kliniska scenarier5. På samma gång, den Burr Hole ring, som inte är lätt att få, inte bidrar till omfattande preoperativ demonstration och kirurgisk utbildning1.
För att lösa de problem som nämns ovan, föreslog vi att konstruera en Burr håls ring med 3D-utskrifter. En tidigare studie i vårt labb beskrev en innovativ Burr håls ring för DBS11. I denna studie kommer denna innovativa Burr Hole ring betraktas som ett utmärkt exempel att uppvisa den detaljerade produktionsprocessen. Därför är syftet med denna studie att ge en modellerings process och en detaljerad teknisk process för att bygga en solid Burr hålring med 3D-utskrifter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dessa resultat visade att den programvara som användes var praktiskt genomförbart för att bygga 3D-modeller av Burr hål ringar (figur 1 och figur 2), och 3D-utskrifter kan användas för att bygga solida modeller med utsedda material (figur 4). När det gäller storleken på den solida modellen, var det ett absolut fel från 0 till 0,59 mm bestäms genom mätning av Vernier bromsok (figur 6). I viss…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av bidrag från Natural Science Fund i Guangdongprovinsen (nr 2017A030313597) och Southern Medical University (No. LX2016N006, nej. 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).
