Application de l'impression 3D dans la construction de Burr Hole Ring pour les implants de stimulation cérébrale profonde
7 septembre 2019
Ici, nous présentons un protocole pour démontrer l'impression 3D dans la construction d'implants de stimulation cérébrale profonde.
L’impression 3D permet de développer des anneaux de trou de bavures individualisés pour les patients. Notre protocole fournit les procédures détaillées pour l’utilisation du programme de modèle 3D pour construire ces implants. Les objets d’impression 3D ont une grande efficacité du produit, un faible coût et sont personnalisables.
Avec l’aide de l’impression 3D, les patients peuvent obtenir des implants qui sont très spécifiques à leurs besoins individuels. Pour dessiner une image 2D d’un anneau de trou de bavure, ouvrez un nouveau document graphique dans le logiciel 2D CAD. Cliquez sur Dessiner et ligne et tracer un point de référence avec une ligne solide sur le dessin.
Cliquez ensuite modifier et compenser et tapez la distance offset spécifique dans la ligne de commande. Pour sélectionner la zone à couper, cliquez sur Modifier et couper et cliquez sur la ligne supplémentaire. Pour dessiner la vue supérieure, cliquez sur Dessiner et ligner pour construire le point de référence et cliquez sur Daw, Circle et Center Diameter pour entrer la valeur quantitative du rayon spécifique du cercle ou du diamètre dans la fenêtre de commande.
Cliquez ensuite sur le centre du point de référence pour former un cercle. Ensuite, dessinez la vue de gauche de l’anneau intérieur trou de bavure en utilisant la même approche que celle pour la vue avant. Cliquez sur Dimension et Diamètre et cliquez sur la circonférence pour marquer le diamètre du cercle.
Cliquez sur Dimension et Linéaire pour marquer la longueur et l’épaisseur de toutes les structures associées. Cliquez ensuite sur Dimension et Radius pour marquer l’angle de la chambre. En utilisant le même protocole, construisez des dessins 2D de l’anneau extérieur de trou de bavure et marquez la taille réelle et l’étiquetage.
Cliquez ensuite enregistrer pour enregistrer l’image 2D de l’anneau de trou de bavure. Pour dessiner une image 3D de l’anneau de trou de bavure, ouvrez le logiciel de dessin 3D et sélectionnez le plan avant comme plan de croquis. Cliquez par défaut sous la vue Sket et sélectionnez l’outil de ligne pointillée pour dessiner la partie supérieure de la pièce dans l’esquisse bidimensionnelle.
Cliquez sur Conforme et Fait et cliquez sur l’icône plan datum. Dans le gestionnaire de menu, sélectionnez Créer, Solide, Ajouter feuille, Tourner et terminé. Cliquez ensuite sur Bilatéral dans le menu Propriétés et cliquez sur Done.
Pour construire la section transversale du crochet de l’anneau extérieur de trou de bavure, cliquez sur avant, avant, par défaut, plan de Datum et ligne pointillée. Cliquez confirmer et faire et entrez 50 dans l’angle et indiqué la direction 45 et cliquez sur Fait dans la saillie. Cliquez ensuite sur le bouton de coloriage.
Sélectionnez ensuite Redéfinir dans la fonction de pièce et cliquez sur la structure de la ligne du crochet. Sélectionnez Section, Définir et esquisser. Cliquez sur l’icône de la ligne pointillée.
Créez deux gaufrages carrés sur la section crochet, cliquez sur OK, Done et Coloriage. Cliquez sur l’icône d’accès datum et cliquez sur Insérer un Datum et croix. Cliquez sur l’axe central de la structure de la ligne.
Cliquez sur l’angle dans le plan datum et cliquez sur le plan avant dans la vue de la structure de ligne. Cliquez ensuite sur Valeur d’entrée dans le menu Offset et entrez moins 45 en angle et indiquez la direction 45. Cliquez sur Fonctionnalités, Copie et Miroir.
Cliquez sur le crochet comme l’objet et cliquez sur Done Select and Done. Cliquez sur le plan datum pour compléter la copie et copier les deux crochets restants de la même manière. Cliquez ensuite créer un cercle concentrique pour construire un cercle d’un rayon de 7,23 millimètres et cliquez sur la segmentation des primitives à l’icône de points sélectionnés pour supprimer les lignes inutiles du cercle.
Pour créer une section complète du mur extérieur, cliquez sur le bouton de ligne solide et cliquez sur OK et Done. Entrez quatre comme la profondeur d’entrée et cliquez sur Coloriage. Cliquez sur Miroir et Terminé.
Cliquez sur l’objet et fait. Cliquez ensuite sur le plan datum pour compléter la copie. Pour confirmer, cliquez sur Copie, Miroir et Fait et sélectionnez deux murs extérieurs dans des directions différentes.
Cliquez ensuite sur Done et cliquez sur le plan datum pour compléter la copie. Pour améliorer les détails graphiques, cliquez sur Afficher, Paramètres du modèle, Couleur et apparence, Ajouter et ajuster le curseur de couleur RVB pour le brun. Cliquez ensuite Fermer, Paramètres et OK. Cliquez sur le bouton Éliminer les lignes cachées et cliquez sur le cercle concentrique Créer.
Continuez à créer un bord extérieur sur le mur extérieur et cliquez sur la segmentation des primitifs au bouton Points sélectionnés pour supprimer les lignes excédentaires. Cliquez sur le bouton Solid Line pour connecter le bord extérieur nouvellement ajouté dans une section complète et cliquez sur OK. Entrez 0,8 comme profondeur d’entrée et cliquez sur OK dans la fenêtre de saillie. Dans le gestionnaire de menu, cliquez sur Copie, Miroir, Fait, cliquez sur l’objet et cliquez sur Done.
Cliquez sur Générer benchmark et offset et cliquez sur la valeur d’entrée dans Offset. Ensuite, entrez 0,4 comme l’isométrique de la direction spécifiée et cliquez sur Done. Cliquez sur Copie, Miroir et Fait et cliquez sur le mur extérieur.
Pour compléter le fonctionnement miroir du mur extérieur et de l’embossage carré, cliquez sur Sélectionnez et Terminé et cliquez sur le datum de l’image pour compléter la copie. Sélectionnez Fichier et Copie et enregistrez le fichier en format stl. Entrez le numéro de pièce et cliquez sur OK. Ensuite, dans la boîte de dialogue STL de sortie, réglez la hauteur du cordon à 006 et le contrôle de l’angle à 0,00001, cliquez sur Appliquer et OK. Pour imprimer les anneaux, ouvrez les fichiers de projet dans le logiciel de détection de modèle.
Confirmez que l’anneau externe est complet et cliquez sur Partie, Partie d’exportation comme STL et Enregistrer. Après la détection du modèle, ouvrez le logiciel de tranchage et cliquez sur Fichier et Charge Modèle fichier et ouvrez un fichier stl. Cliquez sur le bouton de la souris gauche pour sélectionner la piste mobile de la pièce et ajuster la position des pièces.
Réglez la vitesse d’impression à 30 millimètres par seconde, la température d’impression à 210 degrés Celsius et la température du lit à 80 degrés Celsius. Cliquez ensuite sur Tool Path to SD pour enregistrer le fichier en format G-code et pour générer le chemin imprimé. Lorsque la température atteint la valeur prédéfinie, cliquez sur Imprimer et sélectionnez le fichier cible et confirmez pour commencer l’impression.
Une fois la grille de soutien inférieure construite, la buse d’impression commencera à construire l’anneau extérieur verticalement, couche par couche. Une fois l’anneau extérieur formé, la buse de l’imprimante imprimera l’anneau intérieur sur le côté droit. Une fois les deux anneaux refroidis, retirez les modèles de la plate-forme.
En l’espèce, la plage absolue d’erreurs et d’erreurs a été calculée pour cinq groupes de pièces qui ont été produites comme démontré. Les résultats indiquent que dans l’anneau extérieur, l’erreur absolue maximale et l’erreur absolue minimale ont été trouvées dans le diamètre extérieur de la taille et dans l’épaisseur du dessus respectivement. Dans l’anneau intérieur, l’erreur absolue maximale et l’erreur absolue minimale ont été trouvées dans le diamètre intérieur et dans l’épaisseur du dessus respectivement.
La plage d’erreur totale était de 0,00, 0,59.3D et les données MR peuvent être utilisées pour construire l’imagerie réelle des anneaux du trou de bavure si l’épaisseur peut être extraite d’images. Notre protocole fournit une méthode rapide et précise pour la construction d’implants de stimulation cérébrale profonde grâce à l’intégration de données d’imagerie clinique et d’impression 3D.
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Aperçu
Cet article présente un protocole utilisant la technologie d'impression 3D pour la création d'implants de stimulation cérébrale profonde. La méthode permet de développer des bagues de trépanation personnalisées adaptées aux besoins individuels de chaque patient.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Ingénierie biomédicale
- Technologie d'impression 3D
Contexte
- La fabrication additive permet la production de dispositifs médicaux individualisés.
- La stimulation cérébrale profonde est un traitement pour divers troubles neurologiques.
- La personnalisation des implants peut améliorer les résultats pour les patients.
- Une fabrication efficace et rentable est essentielle dans les applications médicales.
Objectif de l'étude
- Démontrer l'application de l'impression 3D dans la création d'implants de stimulation cérébrale profonde.
- Fournir un protocole détaillé pour la construction de couronnes de trépanation.
- Mettre en évidence les avantages de la personnalisation des implants médicaux.
Méthodes utilisées
- Utilisation d'un logiciel de modélisation 3D pour la conception.
- Procédures détaillées pour la création de bagues de trépanation.
- Évaluation de l'efficacité du produit et de son rapport coût-efficacité.
- Personnalisation selon l'anatomie individuelle du patient.
Résultats principaux
- Démonstration réussie d'anneaux d'accès crânien imprimés en 3D.
- Haute efficacité du produit et faibles coûts de fabrication.
- La personnalisation permet des implants mieux adaptés aux patients.
- Potentiel d'amélioration des résultats cliniques grâce à des implants individualisés.
Conclusions
- l'impression 3D est une méthode viable pour créer des dispositifs médicaux personnalisés.
- Le protocole peut être adapté à diverses applications en neurosciences.
- Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer le potentiel complet des implants imprimés en 3D.
Questions fréquemment posées
Pertinence sectorielle pour les cadres
L'impression 3D permet une fabrication rapide d'implants neurochirurgicaux spécifiques à chaque patient, réduisant ainsi la dépendance aux composants standardisés et favorisant des stratégies de traitement individualisées en neuromodulation. Cette approche améliore la confiance prédictive concernant l'ajustement de l'implant et la planification chirurgicale en intégrant des données d'imagerie clinique avec la fabrication additive. La méthode permet une réduction précoce des risques liés à la conception de l'interface dispositif-tissu grâce à un prototypage reproductible et à faible coût.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet de tester itérativement la géométrie de l'implant par rapport à des cibles anatomiques afin d'affiner les hypothèses sur les interactions dispositif-tissu.
- Valeur opérationnelle : Facilite la conception rapide de bagues de trépanation à l'aide de logiciels de CAO et de données d'imagerie clinique pour la validation des conceptions.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Produit des modèles physiques normalisés pour évaluer la compatibilité des instruments chirurgicaux et les mécanismes d'implantation.
- Valeur opérationnelle : Permet une validation de type test des dimensions des implants grâce à une impression 3D reproductible associée à des tolérances d'erreur mesurables.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Permet d'évaluer la précision du positionnement des implants dans des modèles précliniques à l'aide de données anatomiques issues de patients.
- Valeur opérationnelle : Permet une production à grande échelle d'implants individualisés pour des études de stimulation chronique dans des protocoles translationnels.
Intégration du pipeline et du flux de travail
La méthode fait le lien entre la conception basée sur l'imagerie et le prototypage physique, s'intégrant ainsi dans la continuité découverte-préclinique pour le développement de dispositifs de neuromodulation.
- Biologie de la découverte : Soutient la formulation d'hypothèses concernant la géométrie optimale de l'implant pour l'engagement des cibles neuronales.
- Évaluation : Permet la validation dimensionnelle de prototypes d'implants grâce à une impression et une métrologie standardisées.
- Analyse : Fournit des métriques quantitatives d'erreur (erreur absolue, intervalle d'erreur) pour évaluer la fidélité de fabrication.
- Recherche translationnelle : Relie l'itération de conception à la validation préclinique par la fabrication d'implants spécifiques aux patients.
- Réutilisation institutionnelle : Établit un flux de travail réutilisable pour la production d'implants sur mesure dans divers programmes de neuromodulation.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Améliore la confiance prédictive dans la conception de l'interface implant-tissu grâce à la fidélité anatomique.
- Valeur opérationnelle : Offre une haute efficacité du produit, un faible coût et une personnalisation par impression 3D.
- Valeur stratégique : Réduit le risque de défaillance tardive du dispositif en permettant une validation préalable de l'ajustement avant implantation.
- Impact sur le portefeuille : Favorise l'avancement ajusté au risque des dispositifs de neuromodulation grâce à la prototypage individualisé.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en logiciels de CAO (par exemple, Pro/E, CAO 2D) et en procédés d'impression 3D.
- Dépend de l'accès à des données d'imagerie clinique pour une modélisation anatomique précise.
- Exige une standardisation des formats de fichiers (STL) et des paramètres de tranchage pour obtenir des résultats reproductibles.
- Implique l'étalonnage de la vitesse d'impression, de la température et de l'adhérence au plateau afin d'assurer un dépôt de couches constant.
- Limité par les propriétés des matériaux utilisés comme substrats imprimables (par exemple, composites à fibres de carbone) en cas d'implantation chronique.
