Zastosowanie druku 3D w budowie pierścienia z otworami zadziorowymi do implantów do głębokiej stymulacji mózgu
7 września 2019
Tutaj prezentujemy protokół demonstrujący druk 3D w budowie implantów do głębokiej stymulacji mózgu.
Druk 3D umożliwia opracowanie zindywidualizowanych pierścieni otworów na zadziory dla pacjentów. Nasz protokół zawiera szczegółowe procedury korzystania z programu do tworzenia modeli 3D do budowy tych implantów. Obiekty do druku 3D charakteryzują się wysoką wydajnością produktu, niskim kosztem i można je dostosowywać.
Za pomocą druku 3D pacjenci mogą uzyskać implanty, które są bardzo dostosowane do ich indywidualnych potrzeb. Aby narysować obraz 2D pierścienia z otworem na zadziory, otwórz nowy dokument graficzny w oprogramowaniu CAD 2D. Kliknij przycisk Rysuj i linia, a następnie narysuj na rysunku punkt odniesienia z linią ciągłą.
Następnie kliknij Modyfikuj i odsuń i wpisz określoną odległość odsunięcia w wierszu polecenia. Aby zaznaczyć obszar do przycięcia, kliknij przycisk Modyfikuj i przytnij, a następnie kliknij dodatkową linię. Aby narysować widok z góry, kliknij przycisk Rysuj i linia, aby skonstruować punkt odniesienia, a następnie kliknij Daw, Okrąg i Średnica środka, aby wprowadzić wartość ilościową określonego promienia okręgu lub średnicy w oknie poleceń.
Następnie kliknij środek punktu odniesienia, aby utworzyć okrąg. Następnie narysuj lewy widok wewnętrznego pierścienia otworu zadziorów, stosując takie samo podejście, jak w przypadku widoku z przodu. Kliknij Wymiar i średnica, a następnie kliknij obwód, aby zaznaczyć średnicę koła.
Kliknij Wymiar i Liniowy, aby zaznaczyć długość i grubość wszystkich powiązanych konstrukcji. Następnie kliknij Wymiar i Promień, aby zaznaczyć kąt komory. Korzystając z tego samego protokołu, skonstruuj rysunki 2D zewnętrznego pierścienia otworu zadziorów i zaznacz rzeczywisty rozmiar i etykietę.
Następnie kliknij przycisk Zapisz, aby zapisać obraz 2D pierścienia otworu na zadziory. Aby narysować obraz 3D pierścienia otworu zadziorowego, otwórz program do rysowania 3D i wybierz płaszczyznę przednią jako płaszczyznę szkicu. Kliknij opcję Domyślne w obszarze Widok sketu i wybierz narzędzie linii kropkowanej, aby narysować górną część części w szkicu dwuwymiarowym.
Kliknij opcję Dopasuj i gotowe, a następnie kliknij ikonę płaszczyzny odniesienia. W menedżerze menu wybierz Utwórz, Bryła, Dodaj arkusz, Obróć i Gotowe. Następnie kliknij Dwustronny w menu Właściwości i kliknij Gotowe.
Aby skonstruować przekrój poprzeczny haka zewnętrznego pierścienia otworu zadzioru, kliknij Przód, Naprzód, Domyślnie, Płaszczyzna odniesienia i Linia kropkowana. Kliknij Potwierdź i gotowe i wprowadź 50 pod kątem i wskazanym kierunkiem 45, a następnie kliknij Gotowe w występie. Następnie kliknij przycisk kolorowania.
Następnie wybierz opcję Przedefiniuj w elemencie części i kliknij strukturę liniową haka. Wybierz Przekrój, Zdefiniuj i Naszkicuj. Kliknij ikonę linii przerywanej.
Utwórz dwa kwadratowe płaskorzeźby w sekcji haka, kliknij OK, Gotowe i Kolorowanie. Kliknij ikonę dostępu do bazy pomiarowej, a następnie kliknij opcję Wstaw odniesienie i krzyżyk. Kliknij oś środkową struktury linii.
Kliknij kąt w płaszczyźnie odniesienia i kliknij płaszczyznę czołową w widoku struktury linii. Następnie kliknij Wprowadź wartość w menu Przesunięcie i wprowadź minus 45 w kącie i wskazanym kierunku 45. Kliknij Funkcje, Kopiuj i Dubluj.
Kliknij punkt zaczepienia jako obiekt, a następnie kliknij przycisk Gotowe, Zaznacz i Gotowe. Kliknij płaszczyznę odniesienia, aby zakończyć kopiowanie i skopiować pozostałe dwa punkty zaczepienia w ten sam sposób. Następnie kliknij Utwórz koncentryczny okrąg, aby skonstruować okrąg o promieniu 7,23 milimetra i kliknij ikonę segmentacji prymitywów w wybranych punktach, aby usunąć zbędne linie okręgu.
Aby utworzyć kompletny przekrój ściany zewnętrznej, kliknij przycisk linii ciągłej, a następnie kliknij przycisk OK i Gotowe. Wprowadź cztery jako głębokość wprowadzania i kliknij Kolorowanie. Kliknij Odbicie lustrzane i gotowe.
Kliknij obiekt i Gotowe. Następnie kliknij płaszczyznę odniesienia, aby zakończyć kopiowanie. Aby potwierdzić, kliknij Kopiuj, Lustro i Gotowe i wybierz dwie ściany zewnętrzne w różnych kierunkach.
Następnie kliknij przycisk Gotowe i kliknij płaszczyznę odniesienia, aby zakończyć kopiowanie. Aby poprawić szczegóły grafiki, kliknij Widok, Ustawienia modelu, Kolor i wygląd, Dodaj i dostosuj suwak koloru RGB do brązowego. Następnie kliknij Zamknij, Ustawienia i OK. Kliknij przycisk Eliminowanie ukrytych linii, a następnie kliknij przycisk Utwórz koncentryczny okrąg.
Kontynuuj tworzenie zewnętrznej krawędzi na ścianie zewnętrznej i kliknij przycisk Segmentacja prymitywów w wybranych punktach, aby usunąć nadmiarowe linie. Kliknij przycisk Linia ciągła, aby połączyć nowo dodaną krawędź zewnętrzną w pełny przekrój, a następnie kliknij przycisk OK. Wprowadź 0,8 jako głębokość wejściową i kliknij OK w oknie występu. W menedżerze menu kliknij Kopiuj, Lustro, Gotowe, kliknij obiekt i kliknij Gotowe.
Kliknij opcję Generuj test porównawczy i odsunięcie, a następnie kliknij wartość wejściową w polu Przesunięcie. Następnie wprowadź 0,4 jako izometrię określonego kierunku i kliknij przycisk Gotowe. Kliknij opcję Kopiuj, Lustro i Gotowe, a następnie kliknij ścianę zewnętrzną.
Aby zakończyć operację odbicia lustrzanego ściany zewnętrznej i płaskorzeźby kwadratowej, kliknij przycisk Gotowe Zaznacz i Gotowe, a następnie kliknij odniesienie obrazu, aby zakończyć kopiowanie. Wybierz Plik i Kopiuj i zapisz plik w formacie stl. Wprowadź numer części i kliknij przycisk OK. Następnie w oknie dialogowym wyjściowym STL ustaw wysokość przewodu na 006 i regulator kąta na 0,00001, kliknij Zastosuj i OK.To wydrukuj pierścienie, otwórz plik projektu w oprogramowaniu do wykrywania modelu.
Upewnij się, że pierścień zewnętrzny jest kompletny i kliknij Część, Eksportuj część jako STL i Zapisz. Po wykryciu modelu otwórz oprogramowanie do krojenia i kliknij Plik i Załaduj plik modelu i otwórz jeden plik stl. Kliknij lewym przyciskiem myszy, aby wybrać ruchomą ścieżkę części i dostosować położenie części.
Ustaw prędkość drukowania na 30 milimetrów na sekundę, temperaturę druku na 210 stopni Celsjusza, a temperaturę stołu na 80 stopni Celsjusza. Następnie kliknij Tool Path to SD (Ścieżka narzędzia do SD), aby zapisać plik w formacie G-code i wygenerować wydrukowaną ścieżkę. Gdy temperatura wzrośnie do ustawionej wartości, kliknij przycisk Drukuj i wybierz plik docelowy, a następnie potwierdź, aby rozpocząć drukowanie.
Po skonstruowaniu dolnej siatki nośnej dysza drukarska zacznie konstruować zewnętrzny pierścień pionowo, warstwa po warstwie. Po uformowaniu pierścienia zewnętrznego dysza drukarki wydrukuje pierścień wewnętrzny po prawej stronie. Po ostygnięciu obu pierścieni zdejmij modele z platformy.
W tym przypadku obliczono błąd bezwzględny i zakres błędów dla pięciu grup części, które zostały wyprodukowane zgodnie z demonstracją. Wyniki wskazują, że w pierścieniu zewnętrznym maksymalny błąd bezwzględny i minimalny błąd bezwzględny stwierdzono odpowiednio w zewnętrznej średnicy talii i w grubości wierzchu. W pierścieniu wewnętrznym maksymalny błąd bezwzględny i minimalny błąd bezwzględny stwierdzono odpowiednio w średnicy wewnętrznej i grubości wierzchołka.
Całkowity zakres błędu wynosił 0,00, 0.59.3D a dane MR mogą być wykorzystane do budowy rzeczywistego obrazowania pierścieni otworów zadziorów, jeśli grubość można wyodrębnić z obrazów. Nasz protokół zapewnia szybką i dokładną metodę konstruowania implantów głębokiej stymulacji mózgu poprzez integrację danych obrazowania klinicznego i drukowania 3D.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół wykorzystania technologii druku 3D do tworzenia implantów do głębokiej stymulacji mózgu. Metoda ta umożliwia opracowanie spersonalizowanych pierścieni do otworów trepanacyjnych, dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjenta.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Inżynieria biomedyczna
- Technologia druku 3D
Wstęp
- Druk 3D umożliwia produkcję zindywidualizowanych wyrobów medycznych.
- Głęboka stymulacja mózgu jest metodą leczenia różnych zaburzeń neurologicznych.
- Personalizacja implantów może poprawić wyniki leczenia pacjentów.
- Wydajna i kosztowo efektywna produkcja jest kluczowa w zastosowaniach medycznych.
Cel badania
- W celu zademonstrowania zastosowania druku 3D w tworzeniu implantów do głębokiej stymulacji mózgu.
- W celu przedstawienia szczegółowego protokołu konstruowania pierścieni do otworów trepanacyjnych.
- W celu podkreślenia zalet personalizacji implantów medycznych.
Zastosowane metody
- Wykorzystanie oprogramowania do modelowania 3D w celu zaprojektowania projektu.
- Procedury krok po kroku dotyczące tworzenia pierścieni do otworów trepanacyjnych.
- Ocena wydajności i opłacalności produktu.
- Personalizacja w oparciu o indywidualną anatomię pacjenta.
Główne wyniki
- Skuteczna demonstracja pierścieni do otworów trepanacyjnych wydrukowanych w technologii 3D.
- Wysoka wydajność produktu i niskie koszty produkcji.
- Personalizacja pozwala na lepsze dopasowanie implantów do pacjentów.
- Potencjał poprawy wyników leczenia pacjentów dzięki indywidualnie dopasowanym implantom.
Wnioski
- Druk 3D jest skuteczną metodą tworzenia spersonalizowanych wyrobów medycznych.
- Protokół ten można dostosować do różnych zastosowań w neuronauce.
- Dalsze badania są niezbędne, aby w pełni zgłębić potencjał implantów drukowanych w technologii 3D.
Najczęściej Zadawane Pytania
Znaczenie dla przemysłu
Druk 3D umożliwia szybką produkcję implantów neurochirurgicznych dostosowanych do konkretnego pacjenta, co zmniejsza zależność od standaryzowanych komponentów i wspiera zindywidualizowane strategie leczenia w neuromodulacji. Podejście to zwiększa pewność predykcyjną w zakresie dopasowania implantu oraz planowania chirurgicznego poprzez integrację danych obrazowania klinicznego z wytwarzaniem przyrostowym. Metoda ta wspiera wczesne ograniczanie ryzyka w projektowaniu interfejsu urządzenie-tkanka dzięki powtarzalnemu i niskokosztowemu prototypowaniu.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia iteracyjne testowanie geometrii implantu względem celów anatomicznych w celu doprecyzowania hipotez dotyczących oddziaływania urządzenia z tkanką.
- Wartość operacyjna: Wspiera szybkie prototypowanie pierścieni do otworów trepanacyjnych przy użyciu oprogramowania CAD i danych z obrazowania klinicznego w celu walidacji projektu.
Przesiewy i opracowanie testów
- Wartość naukowa: Umożliwia tworzenie standaryzowanych modeli fizycznych do oceny kompatybilności narzędzi chirurgicznych oraz mechaniki implantacji.
- Wartość operacyjna: Ułatwia walidację wymiarów implantów w sposób analogiczny do testów analitycznych dzięki powtarzalnemu drukowi 3D z mierzalnymi tolerancjami błędów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Pozwala na ocenę dokładności pozycjonowania implantów w modelach przedklinicznych z wykorzystaniem danych anatomicznych pochodzących od pacjenta.
- Wartość operacyjna: Umożliwia skalowalną produkcję zindywidualizowanych implantów do badań nad stymulacją przewlekłą w procesach translacyjnych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta łączy projektowanie oparte na obrazowaniu z prototypowaniem fizycznym, wpisując się w kontinuum od etapu odkrycia do badań przedklinicznych w rozwoju urządzeń do neuromodulacji.
- Biologia odkrywcza: Wspiera formułowanie hipotez dotyczących optymalnej geometrii implantu dla skutecznego oddziaływania na cel neuronalny.
- Przesiewanie: Umożliwia walidację wymiarową prototypów implantów poprzez zestandaryzowany druk i metrologię.
- Analityka: Dostarcza ilościowych wskaźników błędów (błąd bezwzględny, zakres błędu) w celu oceny wierności wykonania.
- Badania translacyjne: Łączy iteracje projektowe z walidacją przedkliniczną poprzez wytwarzanie implantów specyficznych dla pacjenta.
- Ponowne wykorzystanie w organizacji: Ustanawia powtarzalny schemat produkcji implantów specyficznych dla pacjenta w ramach programów neuromodulacji.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Poprawa pewności prognostycznej w projektowaniu interfejsu implant-tkanka dzięki wierności anatomicznej.
- Wartość operacyjna: Wysoka efektywność produktu, niskie koszty oraz możliwość personalizacji za pomocą druku 3D.
- Wartość strategiczna: Zmniejszenie ryzyka awarii urządzenia na późniejszym etapie dzięki umożliwieniu walidacji dopasowania przed implantacją.
- Wpływ na portfolio: Wsparcie rozwoju urządzeń do neuromodulacji z uwzględnieniem korekty ryzyka poprzez zindywidualizowane prototypowanie.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga biegłości w obsłudze oprogramowania CAD (np. Pro/E, 2D CAD) oraz znajomości procesów druku 3D.
- Zależne od dostępu do danych obrazowania klinicznego w celu dokładnego modelowania anatomicznego.
- Wymaga standaryzacji formatów plików (STL) i parametrów slice'owania w celu uzyskania powtarzalnych wyników.
- Wiąże się z kalibracją prędkości druku, temperatury i adhezji do stołu dla zapewnienia spójnego nakładania warstw.
- Ograniczone przez właściwości materiałowe substratów nadających się do druku (np. kompozytów z włókna węglowego) w przypadku implantacji przewlekłej.
