Aplicación de la impresión 3D en la construcción del anillo de agujero de rebaba para implantes de estimulación cerebral profunda
7 de septiembre de 2019
Aquí, presentamos un protocolo para demostrar la impresión 3D en la construcción de implantes de estimulación cerebral profunda.
La impresión 3D permite desarrollar anillos de agujero de rebaba individualizados para los pacientes. Nuestro protocolo proporciona los procedimientos detallados para el uso del programa modelo 3D para construir estos implantes. Los objetos de impresión 3D tienen una alta eficiencia del producto, un bajo costo y son personalizables.
Con la ayuda de la impresión 3D, los pacientes pueden obtener implantes que son muy específicos para sus necesidades individuales. Para dibujar una imagen 2D de un anillo de agujero de rebaba, abra un nuevo documento gráfico en el programa de software CAD 2D. Haga clic en Dibujar y línea y dibuje un punto de referencia con una línea sólida en el dibujo.
A continuación, haga clic en Modificar y desfase y escriba la distancia de desfase específica en la línea de comando. Para seleccionar el área que se va a recortar, haga clic en Modificar y recortar y haga clic en la línea adicional. Para dibujar la vista superior, haga clic en Dibujar y línea para construir el punto de referencia y haga clic en Daw, Círculo y Diámetro central para introducir el valor cuantitativo del radio específico del círculo o diámetro en la ventana de comandos.
A continuación, haga clic en el centro del punto de referencia para formar un círculo. A continuación, dibuje la vista izquierda del anillo de agujero de rebaba interna utilizando el mismo enfoque que el de la vista frontal. Haga clic en Cota y diámetro y haga clic en la circunferencia para marcar el diámetro del círculo.
Haga clic en Cota y Lineal para marcar la longitud y el grosor de todas las estructuras asociadas. A continuación, haga clic en Cota y Radio para marcar el ángulo de la cámara. Usando el mismo protocolo, construya dibujos 2D del anillo de agujero de la rebaba externa y marque el tamaño real y el etiquetado.
A continuación, haga clic en Guardar para guardar la imagen 2D del anillo de agujero de rebaba. Para dibujar una imagen 3D del anillo de taladro de rebabas, abra el programa de software de dibujo 3D y seleccione el plano frontal como plano de croquis. Haga clic en Predeterminado en Vista de selección y seleccione la herramienta de línea de puntos para dibujar la sección superior de la pieza en el croquis bidimensional.
Haga clic en Conformar y listo y haga clic en el icono del plano de referencia. En el administrador de menús, seleccione Crear, Sólido, Agregar hoja, Rotar y Listo. A continuación, haga clic en Bilateral en el menú Propiedades y haga clic en Listo.
Para construir la sección transversal del gancho del anillo de taladro de rebaba exterior, haga clic en Frente, Adelante, Predeterminado, Plano de referencia y Línea de puntos. Haga clic en Confirmar y listo e introduzca 50 en ángulo y dirección indicada 45 y haga clic en Listo en la protuberancia. A continuación, haga clic en el botón para colorear.
A continuación, seleccione Redefinir en la operación de pieza y haga clic en la estructura de líneas del gancho. Seleccione Sección, Definir y Croquis. Haga clic en el icono de línea de puntos.
Cree dos relieves cuadrados en la sección de gancho, haga clic en Aceptar, Listo y Colorear. Haga clic en el icono de acceso de referencia y haga clic en Insertar una referencia y una cruz. Haga clic en el eje central de la estructura de líneas.
Haga clic en el ángulo en el plano de referencia y haga clic en el plano frontal en la vista de estructura de línea. A continuación, haga clic en Valor de entrada en el menú Desplazamiento e introduzca menos 45 en ángulo y dirección indicada 45. Haga clic en Operaciones, Copiar y Reflejar.
Haga clic en el gancho como objeto y haga clic en Listo seleccionar y Listo. Haga clic en el plano de referencia para completar la copia y copiar los dos ganchos restantes de la misma manera. A continuación, haga clic en Crear círculo concéntrico para construir un círculo con un radio de 7,23 milímetros y haga clic en el icono de segmentación de primitivas en los puntos seleccionados para eliminar las líneas innecesarias del círculo.
Para crear una sección completa del muro exterior, haga clic en el botón de línea sólida y haga clic en Aceptar y Listo. Introduzca cuatro como profundidad de entrada y haga clic en Colorear. Haga clic en Reflejar y Listo.
Haga clic en el objeto y en Listo. A continuación, haga clic en el plano de referencia para completar la copia. Para confirmar, haga clic en Copiar, Reflejar y Listo y seleccione dos muros exteriores en direcciones diferentes.
A continuación, haga clic en Listo y haga clic en el plano de referencia para completar la copia. Para mejorar los detalles gráficos, haga clic en Ver, Configuración del modelo, Color y apariencia, Agregar y ajustar el control deslizante de color RGB a marrón. A continuación, haga clic en Cerrar, Configuración y Aceptar. Haga clic en el botón Eliminar líneas ocultas y haga clic en Crear círculo concéntrico.
Continúe creando un borde exterior en el muro exterior y haga clic en el botón Segmentación de primitivas en puntos seleccionados para eliminar el exceso de líneas. Haga clic en el botón Línea sólida para conectar el borde exterior recién agregado a una sección completa y haga clic en Aceptar. Escriba 0.8 como la profundidad de entrada y haga clic en Aceptar en la ventana de protuberancia. En el administrador de menús, haga clic en Copiar, Reflejar, Listo, haga clic en el objeto y haga clic en Listo.
Haga clic en Generar punto de referencia y desfase y haga clic en el valor de entrada en Desfase. A continuación, escriba 0,4 como la isométrica de la dirección especificada y haga clic en Listo. Haga clic en Copiar, Espejo y Listo y haga clic en el muro exterior.
Para completar la operación de simetría del muro exterior y el relieve cuadrado, haga clic en Listo seleccionar y listo y haga clic en la referencia de la imagen para completar la copia. Introduzca el número de pieza y haga clic en Aceptar. A continuación, en el cuadro de diálogo STL de salida, ajuste la altura del cable a 006 y el control de ángulo a 0.00001, haga clic en Aplicar y Aceptar. Para imprimir los anillos, abra los archivos de proyecto en el software de detección de modelos.
Confirme que el anillo exterior está completo y haga clic en Pieza, Exportar pieza como STL y Guardar. Después de la detección del modelo, abra el software de corte y haga clic en Archivo y cargar archivo de modelo y abra un archivo de stl. Haga clic con el botón izquierdo del ratón para seleccionar la pista móvil de la pieza y ajustar la posición de las piezas.
Ajuste la velocidad de impresión a 30 milímetros por segundo, la temperatura de impresión a 210 grados centígrados y la temperatura de la cama a 80 grados centígrados. A continuación, haga clic en Ruta de la herramienta a SD para guardar el archivo en formato de código G y para generar la ruta impresa. Cuando la temperatura suba al valor preestablecido, haga clic en Imprimir y seleccione el archivo de destino y Confirme para iniciar la impresión.
Después de que se haya construido la rejilla de soporte inferior, la boquilla de impresión comenzará a construir el anillo exterior verticalmente, capa por capa. Después de que se forme el anillo exterior, la boquilla de la impresora imprimirá el anillo interior en el lado derecho. Después de que ambos anillos se hayan enfriado, retire los modelos de la plataforma.
Aquí, el intervalo de errores y errores absolutos se calculó para cinco grupos de piezas que se produjeron como se ha demostrado. Los resultados indican que en el anillo exterior, el error absoluto máximo y el error absoluto mínimo se encontraron en el diámetro exterior de la cintura y en el grosor de la parte superior respectivamente. En el anillo interior, el error absoluto máximo y el error absoluto mínimo se encontraron en el diámetro interior y en el espesor de la parte superior respectivamente.
El rango de error total fue 0.00, 0.59.3D y los datos de MR tienen un potencial que se utilizará para construir la imagen real de los anillos de agujero de rebaba si el espesor se puede extraer de imágenes. Nuestro protocolo proporciona un método rápido y preciso para construir implantes de estimulación cerebral profunda a través de la integración de datos de imágenes clínicas e impresión 3D.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para utilizar la tecnología de impresión 3D en la creación de implantes de estimulación cerebral profunda. El método permite el desarrollo de anillos de trepanación personalizados adaptados a las necesidades individuales de cada paciente.
Componentes Clave del Estudio
Área de la Ciencia
- Neurociencia
- Ingeniería biomédica
- Tecnología de impresión 3D
Antecedentes
- La impresión 3D permite la producción de dispositivos médicos individualizados.
- La estimulación cerebral profunda es un tratamiento para diversos trastornos neurológicos.
- La personalización de implantes puede mejorar los resultados en pacientes.
- La fabricación eficiente y rentable es fundamental en aplicaciones médicas.
Objetivo del estudio
- Demostrar la aplicación de la impresión 3D en la creación de implantes para la estimulación cerebral profunda.
- Proporcionar un protocolo detallado para la construcción de anillos de trepanación.
- Destacar los beneficios de la personalización en los implantes médicos.
Métodos Utilizados
- Uso de software de modelado 3D para el diseño.
- Procedimientos paso a paso para la creación de anillos para orificio de trépano.
- Evaluación de la eficiencia del producto y su rentabilidad.
- Personalización según la anatomía individual del paciente.
Resultados principales
- Demostración exitosa de anillos de agujero trépano impresos en 3D.
- Alta eficiencia del producto y bajos costos de fabricación.
- La personalización conduce a implantes que se ajustan mejor a los pacientes.
- Potencial de mejora en los resultados para los pacientes con implantes individualizados.
Conclusiones
- La impresión 3D es un método viable para crear dispositivos médicos personalizados.
- El protocolo puede adaptarse para diversas aplicaciones en neurociencia.
- Se necesita más investigación para explorar el potencial completo de los implantes impresos en 3D.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La impresión 3D permite la fabricación rápida de implantes neuroquirúrgicos personalizados para cada paciente, reduciendo la dependencia de componentes estandarizados y apoyando estrategias de tratamiento individualizadas en neuromodulación. Este enfoque mejora la confianza predictiva respecto al ajuste del implante y la planificación quirúrgica al integrar datos de imágenes clínicas con fabricación aditiva. El método facilita la reducción temprana de riesgos en el diseño de la interfaz dispositivo-tejido mediante prototipos reproductibles y de bajo costo.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la prueba iterativa de la geometría del implante frente a objetivos anatómicos para perfeccionar las hipótesis sobre la interacción entre el dispositivo y el tejido.
- Valor operativo: Facilita la prototipación rápida de anillos para orificios de trépano mediante software CAD y datos de imágenes clínicas para la validación del diseño.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Produce modelos físicos estandarizados para evaluar la compatibilidad de instrumentos quirúrgicos y la mecánica de implantación.
- Valor operativo: Facilita la validación tipo ensayo de las dimensiones del implante mediante impresión 3D repetible con tolerancias de error medibles.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor científico: Permite evaluar la precisión en la colocación de implantes en modelos preclínicos utilizando datos anatómicos derivados de pacientes.
- Valor operativo: Permite la producción escalable de implantes individualizados para estudios de estimulación crónica en flujos de trabajo traslacionales.
Integración de la Línea de Proceso y Flujo de Trabajo
El método conecta el diseño basado en imágenes con la prototipación física, integrándose en la continuidad que va desde el descubrimiento hasta la fase preclínica en el desarrollo de dispositivos para neuromodulación.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la generación de hipótesis sobre la geometría óptima del implante para la activación del objetivo neural.
- Selección: Permite la validación dimensional de prototipos de implantes mediante impresión y metrología estandarizadas.
- Análisis: Proporciona métricas cuantitativas de error (error absoluto, rango de error) para evaluar la fidelidad de fabricación.
- Investigación Traducional: Conecta la iteración del diseño con la validación preclínica mediante la fabricación de implantes específicos para cada paciente.
- Reutilización Empresarial: Establece un flujo de trabajo reutilizable para la producción de implantes personalizados en diversos programas de neuromodulación.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Mejora la confianza predictiva en el diseño de la interfaz implante-tejido mediante fidelidad anatómica.
- Valor operativo: Ofrece alta eficiencia del producto, bajo costo y personalización mediante impresión 3D.
- Valor estratégico: Reduce el riesgo de fallo del dispositivo en etapas tardías al permitir la validación del ajuste previa a la implantación.
- Impacto en la cartera: Apoya el avance ajustado al riesgo de dispositivos de neuromodulación mediante prototipado individualizado.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en software de CAD (por ejemplo, Pro/E, CAD 2D) y en flujos de trabajo de impresión 3D.
- Depende del acceso a datos de imágenes clínicas para la modelización anatómica precisa.
- Necesita la estandarización de formatos de archivo (STL) y parámetros de rebanado para obtener resultados reproducibles.
- Implica la calibración de la velocidad de impresión, la temperatura y la adhesión de la cama para una deposición de capas constante.
- Limitado por las propiedades de los materiales de los sustratos imprimibles (por ejemplo, compuestos de fibra de carbono) para la implantación crónica.
