Name: 3D打印在深脑刺激植入物毛孔环结构中的应用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-07T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 2 s
Description: 了解利用3D打印技术制作深脑刺激植入物颅骨环结构的详细方法。该方案通过三维建模软件实现个性化定制，具有高效率、低成本的优势，可根据患者个体解剖结构精准匹配，为神经外科治疗提供可靠的定制化医疗器械解决方案。

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本工作由广东省自然科学基金（编号：2017A030313597）和南方医科大学（编号：LX2016N006，编号：KJ20161102）资助。

1. 绘制颅骨钻孔环的二维（2D）图像
<ol>
	<li>打开二维计算机辅助设计（CAD）软件，然后创建一个图形文档。</li>
	<li>点击 绘图 | 直线，在绘图区用实线绘制一个参考点。点击 修改 | 偏移，并在命令行中输入具体的偏移距离。</li>
	<li>选中对象并用鼠标左键点击，以生成一条实线。点击 修改 | 修剪，选择需要修剪的区域，然后点击多余的线条。</li>
	<li>以内环钻孔环为例，在CAD软件中根据预设尺寸绘制内环的三个不同视图。首先绘制主视图，并仔细修改图形，直至其与预期结构一致（图1d）。</li>
	<li>通过点击 绘图 | 直线 首先构建参考点，然后点击 绘图 | 圆 | 圆心、直径，并在命令窗口中输入圆的半径或直径的具体数值。点击参考点的中心位置以形成一个圆（图1f）。</li>
	<li>采用与主视图相同的方法绘制内环钻孔环的左视图（图1e）。</li>
	<li>点击 标注 | 直径，然后点击圆周以标注圆的直径（图1f）。</li>
	<li>点击 标注 | 线性，标注所有相关结构的长度和厚度（图1d,e）。点击 标注 | 半径，标注腔室的角度（图1d）。</li>
	<li>采用相同的流程，构建外环钻孔环的二维图纸，并标注实际尺寸和标签（图1a - c）。</li>
	<li>添加生产工艺的技术要求，包括强度、韧性以及无裂纹。此外，外壁需要进行光滑处理。</li>
	<li>点击 保存，保存钻孔环的二维图像。 
	注：上述所有结构的单位均为毫米（mm）。</li>
</ol>
2. 构建骨窗环的三维图像
<ol>
	<li>启动 3D 绘图软件（参见材料表）。选择新建 | 零件 | 实体，并取消勾选使用默认模板。在新文件选项中选择part_solid，然后点击确定，以创建用于建立物理零件模型的新界面。</li>
	<li>在右侧的菜单管理器中点击零件特征，选择创建 | 实体 | 添加薄板。在实体下拉菜单中选择旋转 | 完成。点击初步草图的轨迹。选择&#34;前视&#34;平面作为草绘平面，然后在草图视图（SKET VIEW）下点击默认。</li>
	<li>选择窗口右侧工具栏中的虚线按钮，在二维草图中绘制零件的上部截面。具体尺寸以二维图纸为准。然后点击确认，并在凸台的凸出（Protrusion）窗口中选择完成。接着点击基准平面图标。</li>
	<li>在菜单管理器中选择创建 | 实体 | 添加薄板，然后选择旋转 | 完成。在属性菜单中点击双边，再点击完成。</li>
	<li>依次点击前视 | 正向 | 默认，然后点击基准平面 | 虚线，以构建外锯齿环钩状部分的横截面。随后在菜单管理器中点击确认，再点击完成。在指定方向的角度[45.0000]中输入&#34;50"，然后在凸出（Protrusion）窗口中点击完成，最后点击着色按钮。 
	注：角度的单位为度（°）。</li>
	<li>在零件特征中选择重新定义，点击钩状部分的线结构，输入命令截面 | 定义 | 草绘。</li>
	<li>点击虚线图标，在钩状截面上创建两个方形凸起，然后输入命令确定 | 完成 | 着色。</li>
	<li>点击基准轴图标，输入命令插入基准 | 交叉，点击线结构的中心轴，在基准平面中点击角度，然后在线结构视图中点击&#34;前视&#34;平面。在偏移（offset）菜单中点击输入值，在&#34;指定方向的角度[45.0000]中输入&#34;-45&#34;。 
	注：角度的单位为度（°）。</li>
	<li>点击特征 | 复制 | 镜像。选择钩状部分作为对象，输入命令完成选择 | 完成。点击基准平面以完成复制。类似地，其余两个钩状部分也以此方式复制。点击创建同心圆，绘制半径为 7.23 mm 的圆，再点击在选定位置分割图元图标，以去除圆上不必要的线条。</li>
	<li>在右侧工具栏中点击实线按钮，创建完整的外壁截面。然后输入命令确定 | 完成。 
	注：半径的单位为毫米（mm）。</li>
	<li>在输入深度中输入&#34;4&#34;，然后点击着色。输入命令镜像 | 完成。点击对象，再点击完成。点击基准平面以完成复制。</li>
	<li>输入命令复制 | 镜像 | 完成，选择两个不同方向的外壁，点击完成以确认。点击基准平面以完成复制。</li>
	<li>输入命令视图 | 模型设置 | 颜色与外观 | 添加。调节 RGB 颜色滑块，将颜色调整为棕色，以更直观地显示图形细节。然后输入命令关闭 | 设置 | 确定。</li>
	<li>点击消除隐藏线按钮，点击创建同心圆，继续在外壁上创建外边缘，点击在选定位置分割图元按钮以去除多余线条，再点击实线按钮，将新增的外边缘连接成完整截面。点击确定。</li>
	<li>在内深（Inter depth）中输入&#34;0.8&#34;。在凸出（Protrusion）窗口中点击确定。在菜单管理器中输入命令复制 | 镜像 | 完成。点击对象并点击完成。输入命令生成基准 | 偏移。 
	注：深度的单位为毫米（mm）。</li>
	<li>在偏移（Offset）中点击输入值，在指定方向的等距中输入&#34;0.4&#34;，然后点击完成。 
	注：偏移量的单位为毫米（mm）。</li>
	<li>输入命令复制 | 镜像 | 完成，点击外壁。输入命令完成选择 | 完成。点击完成选择，再点击完成。点击图像的基准以完成复制。由此，分别完成对外壁及方形凸起的镜像操作。</li>
	<li>输入命令文件 | 复制，在零件类型下拉菜单中选择保存格式为 STL (*stl)，输入零件编号，然后点击确定。</li>
	<li>在输出 STL对话框中，将弦高调整为 0.006，角度控制调整为 0.00001。输入命令应用 | 确定。</li>
	<li>采用与上述相同的方法构建内环的 3D 图像。</li>
</ol>
3. 使用3D打印机打印颅骨钻孔环的物理模型
<ol>
	<li>打开模型检测软件，输入命令 Project | Open，在弹出的“Open file”对话框中选择一个 STL 文件，然后点击 Open。该软件中若检测到模型存在缺陷，将弹出警告（图3）。若发现缺陷，需在打印前修复模型；若无缺陷，则点击 Output。</li>
	<li>确认外环完整后，输入命令 Part | Export part | as STL | Save。使用上述步骤检测内环是否存在缺陷。</li>
	<li>完成模型检测后，需设计打印路径。打开切片软件，点击 File | Load model file，选择一个 STL 文件后点击 Open 进行导入。</li>
	<li>单击鼠标左键选择部件的移动轨迹，并调整部件位置。在屏幕左侧，将打印速度设置为 30 mm/s，打印温度设置为 210 °C，热床温度设置为 80 °C（图4）。</li>
	<li>点击 Toolpath to SD，将文件以 Gcode 格式保存，以生成打印路径（图3）。</li>
	<li>启动 3D 打印机，在主界面点击 Preheating 按钮，将热床预热温度设为 80 °C，喷嘴温度设为 210 °C。当温度升至预设值后，点击 Print，选择目标文件并点击 Confirm 开始打印。</li>
	<li>首先打印外环（图5a）。底部支撑网格构建完成后，打印喷嘴开始逐层垂直构建外环（图5b - d）。此过程约需 13 分钟。</li>
	<li>外环成型后，打印机喷嘴继续在右侧制作内环（图5c,d），耗时约 8 分钟。</li>
	<li>冷却并成型后，将两个部件从平台取下（图5e,f）。</li>
</ol>
4. 绝对误差的测量
<ol>
	<li>为测量绝对误差，随机选取五个打印零件。使用游标卡尺测量并记录每个零件的参数，测量精度选择为 0.02 mm。</li>
	<li>计算每个零件的平均误差以及绝对误差的误差范围（图 6a,b）。</li>
</ol>

<ol><li>Pucci, J. U., Christophe, B. R., Sisti, J. A., Connolly, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing%3A+technologies%2C+applications%2C+and+limitations+in+neurosurgery%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Advances%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing: technologies, applications, and limitations in neurosurgery.</a> Biotechnology Advances. 35 (5), 521-529 (2017).</li>
<li>Mashiko, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+three-dimensional+hollow+elastic+model+for+cerebral+aneurysm+clipping+simulation+enabling+rapid+and+low+cost+prototyping%5BTitle%5D)+AND+%22World+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost prototyping.</a> World Neurosurgery. 83 (3), 351-361 (2015).</li>
<li>Chae, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+Applications+of+Bedside+3D+Printing+in+Plastic+Surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Surgery%22%5BJournal%5D)">Emerging Applications of Bedside 3D Printing in Plastic Surgery.</a> Frontiers in Surgery. 2, 25(2015).</li>
<li>Doyle, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+assessment+and+treatment+of+abdominal+aortic+aneurysms%3A+the+use+of+3D+reconstructions+as+a+surgical+guidance+tool+in+endovascular+repair%5BTitle%5D)+AND+%22Irish+Journal+of+Medical+Science%22%5BJournal%5D)">Improved assessment and treatment of abdominal aortic aneurysms: the use of 3D reconstructions as a surgical guidance tool in endovascular repair.</a> Irish Journal of Medical Science. 178 (3), 321-328 (2009).</li>
<li>Kimura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+and+training+for+cerebral+aneurysm+clipping+with+3-dimensional+models%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Simulation of and training for cerebral aneurysm clipping with 3-dimensional models.</a> Neurosurgery. 65 (4), 719-725 (2009).</li>
<li>Park, E. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cranioplasty+Enhanced+by+Three-Dimensional+Printing%3A+Custom-Made+Three-Dimensional-Printed+Titanium+Implants+for+Skull+Defects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Craniofacial+Surgery%22%5BJournal%5D)">Cranioplasty Enhanced by Three-Dimensional Printing: Custom-Made Three-Dimensional-Printed Titanium Implants for Skull Defects.</a> Journal of Craniofacial Surgery. 27 (4), 943-949 (2016).</li>
<li>Ray, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Burr-hole+ring-cap+and+electrode+anchoring+device.+Technical+note%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Burr-hole ring-cap and electrode anchoring device. Technical note.</a> Journal of Neurosurgery. 55 (6), 1004-1006 (1981).</li>
<li>Yamamoto, T., Katayama, Y., Kobayashi, K., Oshima, H., Fukaya, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual-floor+burr+hole+adjusted+to+burr-hole+ring+and+cap+for+implantation+of+stimulation+electrodes.+Technical+note%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Dual-floor burr hole adjusted to burr-hole ring and cap for implantation of stimulation electrodes. Technical note.</a> Journal of Neurosurgery. 99 (4), 783-784 (2003).</li>
<li>Wharen, R. E., Putzke, J. D., Uitti, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+lead+fixation%3A+a+comparative+study+of+the+Navigus+and+Medtronic+burr+hole+fixation+device%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Neurology+and+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation lead fixation: a comparative study of the Navigus and Medtronic burr hole fixation device.</a> Clinical Neurology and Neurosurgery. 107 (5), 393-395 (2005).</li>
<li>Patel, N. V., Barrese, J., Ditota, R. J., Hargreaves, E. L., Danish, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+lead+fixation+after+Stimloc+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation lead fixation after Stimloc failure.</a> Journal of Clinical Neuroscience. 19 (12), 1715-1718 (2012).</li>
<li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3-D+printing+for+constructing+the+burr+hole+ring+of+lead+fixation+device+in+deep+brain+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">3-D printing for constructing the burr hole ring of lead fixation device in deep brain stimulation.</a> Journal of Clinical Neuroscience. 58, 229-233 (2018).</li>
<li>Hoang, D., Perrault, D., Stevanovic, M., Ghiassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surgical+applications+of+three-dimensional+printing%3A+a+review+of+the+current+literature+%26+how+to+get+started%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Surgical applications of three-dimensional printing: a review of the current literature & how to get started.</a> Annals of Translational Medicine. 4 (23), (2016).</li>
<li>Bustamante, S., Bose, S., Bishop, P., Klatte, R., Norris, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+application+of+rapid+prototyping+for+simulation+of+bronchoscopic+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cardiothoracic+and+Vascular+Anesthesia%22%5BJournal%5D)">Novel application of rapid prototyping for simulation of bronchoscopic anatomy.</a> Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 28 (4), 1122-1125 (2014).</li>
<li>Lan, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+Three-Dimensional+Printed+Craniocerebral+Models+for+Simulated+Neurosurgery%5BTitle%5D)+AND+%22World+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Development of Three-Dimensional Printed Craniocerebral Models for Simulated Neurosurgery.</a> World Neurosurgery. 91, 434-442 (2016).</li>
<li>Li, W. Z., Zhang, M. C., Li, S. P., Zhang, L. T., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+computer-aided+three-dimensional+skull+model+with+rapid+prototyping+technique+in+repair+of+zygomatico-orbito-maxillary+complex+fracture%5BTitle%5D)+AND+%22The+International+Journal+of+Medical+Robotics%22%5BJournal%5D)">Application of computer-aided three-dimensional skull model with rapid prototyping technique in repair of zygomatico-orbito-maxillary complex fracture.</a> The International Journal of Medical Robotics. 5 (2), 158-163 (2009).</li>
<li>Wang, L., Cao, T., Li, X., Huang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+printing+titanium+ribs+for+complex+reconstruction+after+extensive+posterolateral+chest+wall+resection+in+lung+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional printing titanium ribs for complex reconstruction after extensive posterolateral chest wall resection in lung cancer.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 152 (1), e5-e7 (2016).</li>
<li>Xu, N. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reconstruction+of+the+Upper+Cervical+Spine+Using+a+Personalized+3D-Printed+Vertebral+Body+in+an+Adolescent+With+Ewing+Sarcoma%5BTitle%5D)+AND+%22Spine%22%5BJournal%5D)">Reconstruction of the Upper Cervical Spine Using a Personalized 3D-Printed Vertebral Body in an Adolescent With Ewing Sarcoma.</a> Spine. 41 (1), E50-E54 (2016).</li>
<li>Brozova, H., Barnaure, I., Alterman, R. L., Tagliati, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((STN-DBS+frequency+effects+on+freezing+of+gait+in+advanced+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease.</a> Neurology. 72 (8), 770(2009).</li>
<li>Moreau, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((STN-DBS+frequency+effects+on+freezing+of+gait+in+advanced+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease.</a> Neurology. 71 (2), 80-84 (2008).</li>
<li>Oyama, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unilateral+GPi-DBS+as+a+treatment+for+levodopa-induced+respiratory+dyskinesia+in+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurologist%22%5BJournal%5D)">Unilateral GPi-DBS as a treatment for levodopa-induced respiratory dyskinesia in Parkinson disease.</a> Neurologist. 17 (5), 282-285 (2011).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

这些结果表明，所使用的软件能够有效构建颅骨钻孔环的三维模型（图1 和 图2），且可通过3D打印技术使用指定材料制作实体模型（图4）。在实体模型尺寸方面，使用游标卡尺测量发现其绝对误差范围为0至0.59 mm（图6）。一定程度上，此类误差不可避免，因其来源于多种因素，例如打印设备的质量。工业级打印机通常具有更高的精度。此外，在制作更小、更精密的部件时，绝对误差更为明显。总体而言，如 图3 所示，通过建模并进一步采用3D打印形成实体模型的流程是有效且可行的。尽管存在绝对误差，但通过提升打印机质量并精确调整打印参数，可有效减小该误差。
一种用于DBS的创新颅骨钻孔环此前已有报道11。在本研究中，采用相同模型作为示例，进一步展示相关植入物制作的系统...

自20世纪80年代以来，3D打印已应用于医学领域，尤其在手术中的术前模拟、解剖学习和外科培训方面具有重要作用1。例如，在脑血管手术中，可通过使用3D打印的血管模型进行术前模拟2。随着3D打印技术的发展，脑血管的质地、温度、结构和重量已能最大程度地模拟临床实际情况。学员可在这些模型上进行切割、夹闭等外科操作训练。此类培训对外科医生而言极为重要3,4,5。目前，3D打印成型的钛网修补片也逐渐得到应用6，因为通过影像学成像与重建后采用3D打印技术制作的颅骨假体具有高度贴合性。然而，3D打印在神经外科领域的发展与应用仍受到一定限制。
作为电极固定装置的一部分，颅骨钻孔环已在深部脑刺激（DBS）中得到广泛应用7,8,9,10。然而，目前的颅骨钻孔环均由医疗器械制造商按照统一规格和尺寸生产。这种标准的颅骨钻孔环并不总是适用于所有情况，例如颅骨畸形或头皮萎缩等情形，可能增加手术的不确定性并降低准确性。3D打印技术的出现使得在临床场景中为患者定制个性化的颅骨钻孔环成为可能5。同时，由于颅骨钻孔环不易获取，也不利于术前广泛演示和手术培训1。
为解决上述问题，我们提出采用3D打印技术构建颅骨钻孔环。本实验室先前的一项研究描述了一种用于脑深部刺激术（DBS）的创新性颅骨钻孔环11。在本研究中，该创新性颅骨钻孔环将作为优秀范例，展示其详细的制作流程。因此，本研究的目的是提供一种建模流程以及利用3D打印技术构建实体颅骨钻孔环的详细技术步骤。

<table><tbody><tr><td>Adobe Photoshop 版本 14.0</td><td>Adobe System?US</td><td>_</td><td>仅可通过付费订阅获得。</td></tr><tr><td>Allcct 3D 打印机</td><td>Allcct technology co., LTD, 武汉, 中国</td><td>201807A794124CN</td><td></td></tr><tr><td>Allcct_YinKe_V1.1</td><td>Allcct technology co., LTD, 武汉, 中国</td><td></td><td>该软件由 3D 打印机制造商提供，无相关目录编号</td></tr><tr><td>AutoCAD 2004</td><td>Autodesk co., LTD?US</td><td>666-12345678</td><td>用于 2D 模型的软件</td></tr><tr><td>碳纤维</td><td>Allcct technology co., LTD, 武汉, 中国</td><td>PLA175&amp;Oslash;5181&amp;Oslash;3&amp;Oslash;B</td><td>该材料由 3D 打印机制造商提供</td></tr><tr><td>Netfabb Studio Basic 4.9</td><td>Autodesk co., LTD?US</td><td>-</td><td>该软件由 3D 打印机制造商提供，可公开访问</td></tr><tr><td>Pro/E 2001</td><td>Parametric Technology Corporation, PTC, US</td><td>_</td><td>用于 3D 模型的软件；仅可通过付费订阅获得。</td></tr><tr><td>游标卡尺&amp;nbsp;</td><td>&amp;nbsp;北京蓝光机电仪器有限公司, 中国</td><td>GB/T&amp;ensp;1214.1-1996&amp;ensp;</td><td></td></tr></tbody></table>

3d打印技术在深部脑刺激植入术中骨窗环构建的应用

Application of 3D Printing in the Construction of Burr Hole Ring for Deep Brain Stimulation Implants

自20世纪80年代以来，3D打印已广泛应用于医学领域，尤其是在外科手术中，如术前模拟、解剖学习和手术培训。这为利用3D打印技术构建神经外科植入物提供了可能。我们之前的研究以骨窗环的构建为例，描述了使用计算机辅助设计（CAD）、Pro/Engineer（Pro/E）等软件以及3D打印机制造实体产品的过程。具体而言，该过程共需三个步骤：绘制二维图像、构建骨窗环的三维图像，以及使用3D打印机打印骨窗环的实体模型。本方案表明，采用碳纤维材料的骨窗环可通过3D打印实现快速且精确的成型。结果表明，结合临床影像数据，CAD和Pro/E软件均可用于构建骨窗环，并进一步通过3D打印技术制备个体化耗材。

通过商业CAD软件（见材料表）构建了三组二维图像。在这些图像中，还添加了实际尺寸和技术要求（图1）。进一步地，构建了三维数据（图2），并以STL格式保存（图3）。如图4所示，实体部件在打印机平台上被制造出来。选取五组此类部件，计算其绝对误差和误差范围（图6a,b）。结果表明，在外环中，最大绝对误差出现在腰部外径，最小绝对误差出现在顶部厚度；在内环中，最大绝对误差出现在内径，最小绝对误差出现在顶部厚度。总体误差范围为[0.00, 0.59]（图6a,b）。
<p class="jove_content" fo:k...

本文介绍了一种利用3D打印技术构建深部脑刺激植入物的实验方案。

3D打印技术在深部脑刺激植入术中骨窗环构建的应用

3D打印自20世纪80年代以来已广泛应用于医学领域，尤其是在外科手术中，如术前模拟、解剖学学习和……

3D打印技术使得为患者开发个性化的颅骨钻孔环成为可能。本方案提供了使用3D建模程序构建此类植入物的详细步骤。3D打印制品具有高效生产、低成本以及可定制的优点。借助 3D 打印技术，患者可以获得高度个性化的植入物。要绘制一个颅骨钻孔环的二维图像，请在 2D CAD 软件程序中打开一个新的图形文档。点击“绘图”和“直线”，在图纸上用实线绘制一个参考点。然后点击“修改”和“偏移”，在命令行中输入特定的偏移距离。要选择需要修剪的区域，点击“修改”和“修剪”，然后点击多余的线条。要绘制俯视图，点击“绘图”和“直线”以构建参考点，再点击“绘图”、“圆”和“中心-直径”，在命令窗口中输入圆的特定半径或直径的定量数值。然后单击参考点的中心以形成一个圆。接下来，采用与前视图相同的方法绘制内钻孔环的左视图。单击“尺寸”和“直径”，然后单击圆周以标注圆的直径。单击“尺寸”和“线性”以标注所有相关结构的长度和厚度。然后单击“尺寸”和“半径”以标注腔室的角度。按照相同的步骤，绘制外层钻孔环的二维图，并标注实际尺寸和标签。然后点击“保存”以保存颅骨钻孔环的二维图像。要绘制颅骨钻孔环的三维图像，请打开三维绘图软件程序，并选择前视平面作为草图平面。在草图视图下点击“默认”，然后选择虚线工具，在二维草图中绘制该部件的顶部截面。单击“确认”和“完成”，然后单击基准平面图标。在菜单管理器中，选择“创建”、“实体”、“添加曲面”、“旋转”，然后单击“完成”。接着在属性菜单中单击“双向”，然后单击“完成”。要构建外侧钻孔环钩状结构的横截面，请依次点击“Front”、“Forward”、“Default”、“Datum Plane”和“Dotted Line”。点击“Confirm”和“Done”，在角度中输入50，指定方向为45，然后在凸台中点击“Done”。接着点击着色按钮。接下来，在零件特征中选择“重新定义”，然后单击钩子的线结构。选择“截面”、“定义”和“草图”。单击虚线图标。在钩状部分创建两个方形凸起，单击“确定”、“完成”和“着色”。单击基准访问图标，然后单击“插入基准”和“十字”。单击线结构的中心轴。在基准平面中单击角度，然后在线框结构视图中单击前视平面。接着在偏移菜单中单击输入值，输入角度为负45，指定方向为45。单击特征，选择复制和镜像。单击钩状物体作为对象，然后单击“选择”和“完成”。单击基准平面以完成复制，并以相同方式复制其余两个钩状物。接着单击“创建同心圆”以构建半径为 7.23 毫米的圆，再单击“在选定位置分割图元”图标，以删除圆上不必要的线条。要创建完整的外墙部分，请单击实线按钮，然后单击“确定”和“完成”。输入深度为四，然后单击着色。再单击镜像，然后单击完成。单击对象，然后单击“完成”。接着单击基准平面以完成复制。为确认操作，单击“复制”、“镜像”和“完成”，并选择两个不同方向的外壁。然后单击“完成”，再单击基准平面以完成复制。为增强图形细节，单击“视图”、“模型设置”、“颜色与外观”，单击“添加”并调整 RGB 颜色滑块至棕色。然后单击“关闭”、“设置”和“确定”。单击“消除隐藏线”按钮，再单击“创建同心圆”。继续在外壁上创建外边缘，然后单击“在选定点分割基元”按钮以删除多余的线条。单击“实线”按钮，将新添加的外边缘连接成一个完整的截面，然后单击“确定”。在凸台窗口中输入深度为 0.8，然后单击“确定”。在菜单管理器中依次单击“复制”、“镜像”、“完成”，选择对象后再次单击“完成”。单击“生成基准和偏移”，然后单击“偏移”中的输入值。接着在指定方向输入0.4作为等距值，然后单击“完成”。单击“复制”、“镜像”和“完成”，然后单击外壁。要完成外壁和方形凸纹的镜像操作，请单击“完成选择”和“完成”，然后单击图像的基准以完成复制。选择“文件”和“复制”，并将文件保存为 stl 格式。输入零件编号，然后单击“确定”。随后在输出 STL 对话框中，将弦高调整为 006，角度控制调整为 0.00001，单击“应用”和“确定”。要打印环状结构，请在模型检测软件中打开项目文件。确认外环已完成，然后单击“部件”，选择“将部件导出为STL”并保存。完成模型检测后，打开切片软件，单击“文件”和“加载模型文件”，打开一个stl文件。单击鼠标左键以选择部件的移动轨迹，并调整部件的位置。将打印速度设置为30毫米每秒，打印温度设置为210摄氏度，热床温度设置为80摄氏度。然后点击“Tool Path to SD”以G代码格式保存文件并生成打印路径。当温度升至预设值后，点击“Print”，选择目标文件并确认以开始打印。在构建完底部支撑网格后，打印喷嘴将开始逐层垂直构建外环。外环成型后，打印机喷嘴将在右侧打印内环。待两个环完全冷却后，从平台取下模型。此处针对按所示方法生产的五组零件计算了绝对误差和误差范围。结果表明，在外环中，最大绝对误差出现在腰部的外径，最小绝对误差出现在顶部的厚度；在内环中，最大绝对误差出现在内径，最小绝对误差出现在顶部的厚度。总误差范围为 0.00、0.59。如果能够从图像中提取厚度信息，则 3D 和 MR 数据有望用于构建实际的颅骨钻孔环成像。本方案通过整合临床影像数据与 3D 打印技术，提供了一种快速且准确的方法，用于构建深部脑刺激植入体。

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3D打印在深脑刺激植入物毛孔环结构中的应用

在本视频中，我们介绍了一种外科手术方法，用于将颅骨环装置植入暴露的颅骨表面，并进一步固定小鼠头部，以实现长时间、高分辨率的脑部成像。...

小鼠颅骨环组件安装：在小鼠颅骨上植入可视化窗口组件以实现高分辨率颅骨骨髓成像的外科手术方法

理解行为的神经基础需要对脑回路集合进行记录。由于小鼠具有良好的遗传可操作性，因此可作为研究脑回路解析和模拟疾病的模型。本文介绍一种设计和制备微型探针的方法，适用于小鼠深部脑结构的靶向研究。...

超轻量、可调节多电极探针的设计与制备用于小鼠电生理记录

本方案描述了一种利用定制的3D打印塑料模具制备不同尺寸自组装组织环的平台。将PDMS倒入3D打印模具中固化形成阴模，然后将琼脂糖注入固化的PDMS阴模中成型。将细胞接种至所得的琼脂糖孔中，细胞在其中聚集形成组织环。...

使用3D打印模具制备定制琼脂糖孔用于细胞接种和组织环自组装

本项目的目标是开发一个交互式、针对患者个体的建模流程，以近实时地模拟深部脑刺激的效果，并提供有意义的反馈，说明这些设备如何影响大脑中的神经活动。...

利用交互式患者特异性模型为深部脑刺激疗法定位神经纤维束

本方案描述了用于手术模拟的患者特异性解剖颅骨模型全彩三维打印件的制备过程。详细说明了结合不同成像方式、图像分割、三维模型提取以及打印件制作等关键步骤。...

神经外科中复杂颅内肿瘤的多色3D打印

本方案描述了使用三维规划和打印技术修复骨缺损的方法。我们利用分割工具创建三维模型，随后使用三维设计软件为消融手术同期或二期修复手术设计患者特异性植入物。...

用于骨缺损重建的患者特异性植入物的三维规划与打印

本文概述了基于磁共振成像（MRI）扫描的非人灵长类动物神经外科手术规划的自动化流程。这些技术利用编程和设计平台中的操作步骤，支持为非人灵长类动物（NHP）定制化设计植入物。随后可通过三维（3D）打印的等比例解剖模型验证各个组件的有效性。...

非人灵长类神经植入物设计工具箱

本文介绍了一种轻量化、低成本的探针植入系统，适用于啮齿类动物的慢性电生理实验，该系统在设计上优化了易用性、探针回收性、实验灵活性以及与行为学实验的兼容性。...

DREAM 植入体：一种用于固定头部及自由活动小鼠慢性电生理记录的轻量化、模块化且经济高效的植入系统

我们已获专利的个性化3D打印头戴设备，可快速、可靠地用于诊所内及远程多电极经颅电刺激（ME-tES）治疗。...

个性化3D打印头戴装置用于多电极经颅电刺激

microRNA 在脑结构和功能中具有重要作用。本文介绍一种通过立体定位注射表达 microRNA 的慢病毒载体以实现海马区 microRNA 过表达的方法。该方法可作为相对快速评估 microRNA 功能的手段 体内...

向小鼠海马CA1区立体定位注射表达microRNA的慢病毒及其行为学结果评估

了解利用3D打印技术制作深脑刺激植入物颅骨环结构的详细方法。该方案通过三维建模软件实现个性化定制，具有高效率、低成本的优势，可根据患者个体解剖结构精准匹配，为神经外科治疗提供可靠的定制化医疗器械解决方案。

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