Article de méthode

Application de l'impression 3D dans la construction de Burr Hole Ring pour les implants de stimulation cérébrale profonde

DOI :

10.3791/59560

⸱

7 septembre 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurosurgery, Nanfang Hospital, Southern Medical University, 2Department of Neurosurgery, Zhujiang Hospital, Southern Medical University, 3Faculty of Brain Sciences, University of College London

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ici, nous présentons un protocole pour démontrer l'impression 3D dans la construction d'implants de stimulation cérébrale profonde.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'impression 3D a été largement appliquée dans le domaine médical depuis les années 1980, en particulier en chirurgie, comme la simulation préopératoire, l'apprentissage anatomique et la formation chirurgicale. Cela soulève la possibilité d'utiliser l'impression 3D pour construire un implant neurochirurgical. Nos travaux précédents ont pris la construction de l'anneau de trou de bavure comme exemple, décrit le processus d'utilisation de logiciels comme la conception assistée par ordinateur (CAD), Pro/Engineer (Pro/E) et l'imprimante 3D pour construire des produits physiques. C'est-à-dire, un total de trois étapes sont nécessaires, le dessin de l'image 2D, la construction de l'image 3D de l'anneau de trou de bavure, et à l'aide d'une imprimante 3D pour imprimer le modèle physique de l'anneau de trou de bavure. Ce protocole montre que l'anneau de trou de bavure fait de fibre de carbone peut être rapidement et avec précision moulé par l'impression 3D. Il a indiqué que les logiciels CAO et Pro/E peuvent être utilisés pour construire l'anneau de trou de bavure en s'intégrant aux données d'imagerie clinique et en appliquant davantage l'impression 3D pour fabriquer les consommables individuels.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'impression 3D a été appliquée dans le domaine médical depuis les années 1980, en particulier en chirurgie pour la simulation préopératoire, l'apprentissage anatomique et la formation chirurgicale1. Par exemple, dans les opérations cérébrovasculaires, la simulation préopératoire peut être effectuée à l'aide de modèles vasculaires imprimés en 3D2. Avec le développement de l'impression 3D, la texture, la température, la structure et le poids des vaisseaux sanguins cérébraux peuvent être simulés dans la plus grande mesure des scénarios cliniques. Les stagiaires peuvent effectuer des opérations chirurgicales telles que la coupe et le serrage de ces modèles. Cette formation est très importante pour les chirurgiens3,4,5. Actuellement, les patchs de titane formés par l'impression 3D ont également été progressivement appliqués6, puisque les prothèses de crâne développées par l'impression 3D après l'imagerie et la reconstruction sont très conformal. Cependant, le développement et l'application de l'impression 3D en neurochirurgie est encore limité.

L'anneau de trou de bavure, en tant qu'élément du dispositif de fixation de fil, a été employé couramment dans la stimulation profonde de cerveau (DBS)7,8,9,10. Cependant, les anneaux actuels de trou de burr sont faits par des fabricants de dispositifs médicaux selon les spécifications et les dimensions unifiées. Cet anneau standard de trou de bavure n'est pas toujours approprié pour toutes les conditions, telles que la malformation de crâne et l'atrophie de cuir chevelu. Il peut augmenter les incertitudes de fonctionnement et de réduire l'acurracy. L'émergence de l'impression 3D permet de développer des anneaux de trou de bavureindividualisé pour les patients dans les scénarios cliniques5. Dans le même temps, l'anneau de trou de bavure, qui n'est pas facile à obtenir, n'est pas propice à la démonstration préopératoire étendue et à la formation chirurgicale1.

Pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, nous avons proposé de construire un anneau de trou de bavure avec impression 3D. Une étude précédente dans notre laboratoire a décrit un anneau innovateur de trou de bavure pour DBS11. Dans cette étude, cet anneau innovant de trou de bavure sera considéré comme un excellent exemple pour montrer le processus détaillé de production. Par conséquent, le but de cette étude est de fournir un processus de modélisation et un processus technique détaillé de la construction d'un anneau de trou de bavure solide en utilisant l'impression 3D.

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Protocole

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1. Dessin d'une image bidimensionnelle (2D)-d'un anneau de trou de bavure

  1. Ouvrez le logiciel de conception assistée par ordinateur 2D (CAD) puis créez un document graphique.
  2. Cliquez sur Dessiner Ligne et tracer un point de référence avec une ligne solide sur le dessin. Cliquez sur Modifier Décalage, et tapez la distance de décalage spécifique dans la ligne de commande.
  3. Cliquez sur l'objet et appuyez sur le bouton de la souris gauche pour créer une ligne solide. Cliquez sur Modifier Couper,sélectionner la zone à couper et cliquez sur la ligne supplémentaire.
  4. Prenez l'anneau intérieur de trou de bavure par exemple, dessinez trois vues différentes de l'anneau intérieur basé sur la taille prédéterminée dans le logiciel de CAO. Tout d'abord, dessiner la vue avant et modifier le graphique avec soin jusqu'à ce qu'il corresponde à la structure prévue (Figure 1d).
  5. Dessinez la vue du haut en cliquant sur Dessiner Ligne pour construire le point de référence d'abord, puis cliquez sur Dessiner Cercle ( Centre, Diamètre, et entrer la valeur quantitative de rayon spécifique de cercle ou de diamètre dans la fenêtre de commande. Cliquez sur le centre du point de référence pour former un cercle (Figure 1f).
  6. Dessiner la vue de gauche de l'anneau intérieur de trou de bavure avec la même approche que celle de la vue avant (figure 1e).
  7. Cliquer sur Dimension (fr) Diamètre, puis cliquez sur la circonférence pour marquer le diamètre du cercle (Figure 1f).
  8. Cliquer sur Dimension (fr) Linéaire et marque la longueur et l'épaisseur de toutes les structures associées (Figure 1d,e). Cliquer sur Dimension (fr) Rayon pour marquer l'angle de la chambre (Figure 1d).
  9. En utilisant le même protocole, construire des dessins bidimensionnels de l'anneau de trou de bavure externe, et marquer la taille réelle et l'étiquetage (Figure 1a - c).
  10. Ajoutez les exigences techniques du processus de production, y compris la résistance, la résistance et l'absence de fissures. En outre, le lissage de la paroi extérieure est nécessaire.
  11. Clink sur Enregistrer pour enregistrer l'image 2D de l'anneau de trou de bavure.
    REMARQUE : Toutes ces structures mentionnées ci-dessus se trouvent dans les unités de millimètres (mm).

2. Construction d'une image 3D de l'anneau de trou de bavure

  1. Démarrer le logiciel de dessin 3D (voir le Tableau des Matériaux). Sélectionnez Nouveau Partie de l'année. Solide et décoche à l'aide du modèle par défaut. Sélectionnez partie solide dans les nouvelles options de fichiers et cliquez sur Ok pour créer une nouvelle interface pour la configuration d'un modèle de pièce physique.
  2. Cliquez sur la fonction Partie dans le gestionnaire de menu sur la droite et sélectionnez Créer Solide et solide Ajouter la feuille. Dans le menu DÉroulant SOLID, sélectionnez Rotation Fait. Cliquez sur la trace de l'esquisse préliminaire. Sélectionnez l'avion "avant" comme plan de croquis, puis cliquez par défaut sous SKET VIEW.
  3. Sélectionnez la ligne pointillée sur la barre d'outils droite de la fenêtre et dessinez la partie supérieure de la pièce dans l'esquisse en deux dimensions. La taille spécifique doit être soumise au dessin bidimensionnel. Cliquez ensuite sur Conform, et sélectionnez Fait dans la fenêtre de saillie de la saillie. Cliquez sur l'icône d'avion Datum.
  4. Dans le gestionnaire de menu, sélectionnez Créer Solide et solide Ajouter la feuille, et tourner Fait. Cliquez bilatéralement dans le menu des propriétés et cliquez sur Fait.
  5. Cliquer sur le front En avant Par défaut, puis datum avion Ligne pointillée pour construire la section transversale du crochet de l'anneau extérieur de trou de bavure. Cliquez ensuite sur Conform suivi de Done in menu manager. Entrée "50" dans Angle dans la direction indiquée[45.0000], puis cliquez sur Fait dans la fenêtre de saillie et enfin, cliquez sur le bouton Coloriage.
    REMARQUE : L'unité de l'angle est degré (mD).
  6. Sélectionnez Redéfinir dans la fonction de pièce et cliquez sur la structure de ligne du crochet. Entrée de la section de commande Décrivez '' ' ' ' Croquis.
  7. Cliquez sur l'icône de ligne pointillée, créez deux gaufrations carrées sur la section de crochet, puis entrez la commande OK. Fait (en anglais) Coloriage.
  8. Cliquez sur l'icône de l'axe Datum, puis entrez la commande Insérez un datum. Croix, cliquez sur l'axe central de la structure de la ligne, cliquez sur Angle dans le plan datum, puis cliquez sur le plan "avant" dans la vue de la structure de la ligne. Cliquez sur la valeur d'entrée dans le menu offset. Entrée "-45" dans"Angle dans la direction indiquée[45.0000].
    REMARQUE : L'unité de l'angle est degré (mD).
  9. Cliquez sur Caractéristiques (fr) Copie ( Miroir. Cliquez sur le crochet au fur et à mesure que l'objet et la commande d'entrée sélectionnent Fait. Cliquez sur le plan datum pour compléter la copie. De même, les deux crochets restants sont copiés de cette façon. Cliquez sur Créer un cercle concentrique pour construire un cercle avec un rayon de 7,23 mm, cliquez sur la segmentation des primitifs à l'icône de points sélectionnés pour supprimer les lignes inutiles du cercle.
  10. Cliquez sur le bouton ligne solide dans la barre d'outils droite pour créer une section murale extérieure complète. Puis entrez la commande OK Fait.
    REMARQUE : L'unité du rayon est millimétrique (mm).
  11. Entrée "4" dans Entrer la profondeur, puis cliquez sur Coloriage. Entrée du miroir de commande Fait. Ensuite, cliquez sur l'objet et cliquez sur Fait. Cliquez sur le plan datum pour compléter la copie.
  12. Entrée de la copie de commande Miroir (fr) Fait, et sélectionnez deux murs extérieurs dans des directions différentes, cliquez sur Fait pour se conformer. Cliquez sur le plan datum pour compléter la copie.
  13. Entrée de la commande Afficher Paramètres du modèle Couleur et apparence Ajouter. Ajustez le curseur de couleur RGB et ajustez la couleur au brun pour montrer les détails graphiques plus visuellement. Puis entrez la commande Fermer Paramètres (en anglais) OK.
  14. Cliquez sur le bouton Éliminer les lignes cachées, cliquez sur le cercle concentrique Créer, continuer à créer un bord extérieur sur le mur extérieur, cliquez sur la segmentation des primitifs au bouton de points sélectionnés pour supprimer les lignes excédentaires, et cliquez sur le Bouton de ligne solide pour connecter le bord extérieur nouvellement ajouté dans une section complète. Cliquez sur Ok.
  15. Entrée "0.8" en profondeur Inter. Cliquez sur Ok dans la fenêtre Detrusion. Dans le gestionnaire de menu, entrez la copie de commande Miroir (fr) Fait. Cliquez sur l'objet et cliquez sur fait. Entrée de la commande Générer de référence Décalage.
    REMARQUE : L'unité de profondeur est millimétrique (mm).
  16. Cliquez sur la valeur d'entrée dans le décalage et entrez "0.4" comme l'Isométrique de la direction spécifiée, puis cliquez sur Fait.
    REMARQUE : L'unité du décalage est millimétrique (mm).
  17. Entrée de la copie de commande Miroir (fr) Terminé,cliquez sur le mur extérieur. Entrée de la commande Done sélectionnez Fait. Cliquez sur Faire sélectionnez et cliquez sur Fait. Cliquez sur le datum de l'image pour compléter la copie. De cette façon, le fonctionnement du miroir du mur extérieur et du gaufrage carré est terminé respectivement.
  18. Entrée du fichier de commande Copiez, sélectionnez le format d'enregistrement comme STL (stl) dans le menu déroulant de type partie, entrez le numéro de pièce et cliquez sur Ok.
  19. Dans la boîte de dialogue Output STL, ajustez la hauteur d'accord à 0,006 et le contrôle de l'angle à 0,00001. Entrée de la commande Appliquer OK.
  20. Utilisez les mêmes méthodes que ci-dessus pour construire l'image 3D de l'anneau intérieur.

3. Utilisation de l'imprimante 3D pour imprimer le modèle physique de l'anneau de trou de bavure

  1. Ouvrez le logiciel de détection du modèle, entrez le projet de commande. Ouvrez,choisissez un fichier STL dans la boîte de dialogue pop-up de fichier ouvert, puis cliquez sur Open. Dans ce logiciel, un avertissement apparaîtra si des défauts sont détectés dans ce modèle (Figure 3). S'il est trouvé, réparez le modèle avant l'impression. S'il n'y a pas de défauts, cliquez sur Sortie.
  2. Après avoir confirmé que l'anneau extérieur est terminé, entrez la partie de commande Partie export ( comme STL Enregistrer. Utilisez les instructions ci-dessus pour détecter les défauts de l'anneau intérieur.
  3. Après la détection du modèle, le chemin imprimé doit être conçu. Ouvrez le logiciel de tranchage, cliquez sur Fichier Charger le fichier modèle, cliquez sur un fichier STL et cliquez sur Ouvrir pour importer.
  4. Cliquez sur le bouton de la souris gauche pour choisir la piste mobile de la pièce, ajuster la position des pièces. Sur le côté gauche de l'écran, fixez la vitesse d'impression à 30 mm/s, la température d'impression à 210 oC et la température du lit à 80 oC(figure 4).
  5. Cliquez sur Toolpath à SD pour enregistrer le fichier en format Gcode pour générer le chemin imprimé (Figure 3).
  6. Démarrer les imprimantes 3D, cliquer sur le bouton de préchauffage sur l'interface principale, définir la température de préchauffage du lit à 80 oC et la température de la buse à 210 oC. Cliquez sur Imprimer lorsque la température monte à la valeur préfixée, sélectionnez le fichier cible et cliquez sur Confirmer pour commencer l'impression.
  7. L'anneau extérieur sera imprimé en premier (Figure 5a). Une fois la grille de support inférieure construite, la buse d'impression commence à construire l'anneau extérieur verticalement couche par couche (Figure 5b- d). Ce processus prend environ 13 min.
  8. Après la formation de l'anneau extérieur, la buse de l'imprimante continue de faire l'anneau intérieur sur le côté droit (Figure 5c,d), qui prend environ 8 min.
  9. Retirez les deux parties de la plate-forme après refroidissement et formation (Figure 5e,f).

4. Mesure de l'erreur absolue

  1. Pour mesurer l'erreur absolue, sélectionnez cinq parties imprimées au hasard. Mesurer et enregistrer les paramètres de chaque partie avec des étriers Vernier. Choisissez la précision de mesure à 0,02 mm.
  2. Calculer l'erreur moyenne de chaque pièce et la plage d'erreur de l'erreur absolue (Figure 6a,b).

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Résultats

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Trois vues d'images 2D ont été construites à l'intermédiaire d'un logiciel CAO commercial (voir le Tableau des matériaux). Dans ces images, la taille pratique et les exigences techniques ont également été ajoutées (figure 1). De plus, des données tridimensionnelles ont été construites en (figure 2) et enregistrées au format TSL (figure 3). Comme présenté dans la ...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ces résultats ont montré que le logiciel utilisé était réalisable pour construire des modèles 3D d'anneaux de trou de bavures(figure 1 et figure 2), et l'impression 3D peut être utilisée pour construire des modèles solides avec des matériaux désignés (Figure 4). En ce qui concerne la taille du modèle solide, il y a eu une erreur absolue de 0 à 0,59 mm déterminée par la mesure faite par les étriers Vernier (Figur...

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Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n'ont rien à révéler.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ces travaux sont soutenus par des subventions du Fonds des sciences naturelles de la province du Guangdong (No. 2017A030313597) et de l'Université de médecine du Sud (No. LX2016N006, No. KJ20161102).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Adobe Photoshop Version 14.0Système Adobe ? US_Uniquementdisponible avec un abonnement payant.
Imprimante 3D Allcct Allccttechnology co., LTD, WuHan, Chine201807A794124CN
Allcct_YinKe_V1.1Allcct technology co., LTD, WuHan, ChineLe logiciel est fourni par le fabricant de l’imprimante 3D et il n’y a pas de numéro de catalogue associé
AutoCAD 2004Autodesk co., LTD ? US666-12345678Logiciel pour modèles 2D
Carbon FibreAllcct technology co., LTD, WuHan, ChinePLA175Ø ; 5181Ø ; 3Ø ; BLe matériel est fourni par le fabricant d’imprimantes 3D
Netfabb Studio Basic 4.9Autodesk co., LTD ? États-Unis-Lelogiciel est fourni par un fabricant d’imprimantes 3D et est ouvert à l’accès Pro
/E 2001Parametric Technology Corporation, PTC, US_Software for 3D models ; Disponible uniquement avec un abonnement payant.
Étrier vernier  ;  ; Beijing Blue Light Machinery Electricity Instrument Co,. LTD, ChineGB/T&ensp ; 1214.1-1996&fr ;

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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Mots-clés

Impression 3DConception assist e par ordinateurPro EngineerConstruction de mod les 3DG n ration de fichiers STLLogiciel de tranchageParam tres de vitesse d impressionImpression couche par couche

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