Artigo de método

Aplicação da impressão 3D na construção do anel de furo de Burr para implantes profundos da estimulação do cérebro

DOI:

10.3791/59560

⸱

7 de setembro de 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

Neste artigo

Resumo

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

Aqui, apresentamos um protocolo para demonstrar a impressão 3D na construção de implantes de estimulação cerebral profunda.

Resumo

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

a impressão 3D tem sido amplamente aplicada no campo médico desde a década de 1980, especialmente na cirurgia, como simulação pré-operatória, aprendizado anatômico e treinamento cirúrgico. Isto levanta a possibilidade de usar a impressão 3D para construir um implante Neurosurgical. Nossos trabalhos anteriores levaram a construção do anel de furo de rebarba como exemplo, descreveu o processo de utilização de softwares como design assistido por computador (CAD), Pro/Engineer (pro/E) e impressora 3D para a construção de produtos físicos. Ou seja, um total de três passos são necessários, o desenho de 2D-imagem, a construção de 3D-imagem do anel de Burr buraco, e usando uma impressora 3D para imprimir o modelo físico do anel de Burr buraco. Este protocolo mostra que o anel do furo da rebarba feito da fibra do carbono pode ràpida e exatamente ser moldado pela impressão 3D. Indicou que os softwares CAD e pro/E podem ser usados para construir o anel do furo de rebarba através da integração com os dados clínicos da imagem latente e da impressão 3D aplicada mais adicional para fazer os consumíveis individuais.

Introdução

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

a impressão 3D tem sido aplicada no campo médico desde a década de 1980, especialmente na cirurgia para simulação pré-operatória, aprendizado anatômico e treinamento cirúrgico1. Por exemplo, em operações cerebrovasculares, a simulação pré-operatória pode ser conduzida usando modelos vasculares impressos em 3D2. Com o desenvolvimento da impressão 3D, a textura, a temperatura, a estrutura e o peso dos vasos sanguíneos cerebrais podem ser simulados na maior extensão dos cenários clínicos. Os estagiários podem executar operações cirúrgicas tais como o corte e o aperto em tais modelos. Este treinamento é muito importante para os cirurgiões3,4,5. Atualmente, os remendos Titanium dados forma pela impressão 3D foram aplicados igualmente gradualmente6, desde que as próteses do crânio desenvolvidas pela impressão 3D após a imagem latente e a reconstrução são altamente conformal. No entanto, o desenvolvimento e aplicação de impressão 3D em neurocirurgia ainda é limitado.

O anel do furo da rebarba, como uma parte do dispositivo da fixação da ligação, foi amplamente utilizado na estimulação profunda do cérebro (DBS)7,8,9,10. Entretanto, os anéis de furo atuais do Burr são feitos por fabricantes do dispositivo médico de acordo com as especificações e as dimensões unificadas. Este anel de furo padrão do Burr não é sempre apropriado para todas as circunstâncias, tais como a malformação do crânio e a atrofia do escalpe. Pode aumentar as incertezas da operação e reduzir a acurracia. O surgimento da impressão 3D possibilita o desenvolvimento de anéis de furo de rebarba individualizados para pacientes em cenários clínicos5. Ao mesmo tempo, o anel do furo da rebarba, que não é fácil de obter, não é propício à demonstração pré-operativa extensiva e ao treinamento cirúrgico1.

Para abordar os problemas mencionados acima, propusemos a construção de um anel de Burr Hole com impressão 3D. Um estudo anterior em nosso laboratório descreveu um anel de furo inovativo da rebarba para DBS11. Neste estudo, este inovador anel de furo de rebarba será considerado um excelente exemplo para expor o processo de produção detalhado. Portanto, o objetivo deste estudo é fornecer um processo de modelagem e um processo técnico detalhado de construção de um anel de furo de rebarba sólido usando impressão 3D.

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Protocolo

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1. desenhando uma imagem bidimensional (2D) de um anel de Burr Hole

  1. Abra o software de design assistido por computador 2D (CAD) e, em seguida, crie um documento gráfico.
  2. Clique em desenhar | Alinhe e desenhe um ponto de referência com uma linha sólida no desenho. Clique em Modificar | Offsete digite a distância de deslocamento específico na linha de comando.
  3. Clique no objeto e pressione o botão esquerdo do mouse para criar uma linha sólida. Clique em Modificar | Trim, selecione a área a ser cortada e clique na linha extra.
  4. Tome o anel de furo interno da rebarba por exemplo, desenhe três pontos de vista diferentes do anel interno com base no tamanho predeterminado no software CAD. Primeiro, desenhe a vista frontal e modifique o gráfico cuidadosamente até que corresponda à estrutura esperada (Figura 1d).
  5. Desenhe a vista superior clicando em desenhar | Linha para construir primeiro o ponto de referência e, em seguida, clique em desenhar | Círculo de | Centro, diâmetro, e entrada o valor quantitativo do raio específico do círculo ou do diâmetro na janela de comando. Clique no centro do ponto de referência para formar um círculo (Figura 1f).
  6. Desenhe a vista esquerda do anel de furo de rebarba interna com a mesma abordagem que a da vista frontal (Figura 1e).
  7. Clique em Dimension | Diâmetroe, em seguida, clique na circunferência para marcar o diâmetro do círculo (Figura 1f).
  8. Clique em Dimension | Linear e marcar o comprimento e a espessura de todas as estruturas associadas (Figura 1d, e). Clique em Dimension | Raio para marcar o ângulo da câmara (Figura 1d).
  9. Usando o mesmo protocolo, construa desenhos bidimensionais do anel de furo de rebarba exterior e marque o tamanho real e a rotulagem (Figura 1a-c).
  10. Adicione as exigências técnicas do processo de produção, incluindo a força, a dureza e a falta das rachaduras. Além disso, a suavização da parede externa é necessária.
  11. Clink em salvar para salvar a imagem 2D do anel Burr buraco.
    Nota: todas estas estruturas mencionadas acima estão nas unidades de milímetros (mm).

2. construção de uma imagem 3D do anel de Burr Hole

  1. Inicie o software de desenho 3D (consulte a tabela de materiais). Selecione novo | Parte | Solid e desmarque usando o modelo padrão. Selecione part_solid em novas opções de arquivo e clique em OK para criar uma nova interface para configurar um modelo de peça física.
  2. Clique no recurso de peça no Gerenciador de menus à direita e selecione Create | Solid | Adicionar folha. No menu suspenso sólido , selecione girar | Está feito. Clique no traço do esboço preliminar. Selecione o plano "frontal" como plano de esboço e clique em padrão em SKET View.
  3. Selecione a linha pontilhada na barra de ferramentas à direita da janela e desenhe a seção superior da peça no esboço bidimensional. O tamanho específico deve estar sujeito ao desenho bidimensional. Em seguida, clique em conformidade, e selecione feito na janela de protrusão de protrusão. Clique no ícone de plano de Datum .
  4. No Gerenciador de menus, selecione Create | Solid | Adicionar folhae girar | Está feito. Clique em bilateral no menu Propriedades e clique em concluído.
  5. Clique em frente | Encaminhar | Padrão e, em seguida, plano Datum | Linha pontilhada para construir a seção transversal do gancho do anel de furo exterior da rebarba. Em seguida, clique em conformidade seguido por feito no Gerenciador de menus. Entrada "50" em ângulo na direção indicada [45.0000]e, em seguida, clique em feito na janela de saliência e, finalmente, clique no botão para colorir .
    Nota: a unidade do ângulo é grau (°).
  6. Selecione Redefinir no recurso de peça e clique na estrutura de linha do gancho. Insira a seção de comando | Definir | O esboço.
  7. Clique no ícone de linha pontilhada , crie dois relevos quadrados na seção de gancho e, em seguida, comando de entrada OK | Feito | A colorir.
  8. Clique no ícone do eixo Datum e insira o comando INSERT a Datum | Cruz, clique no eixo central da estrutura da linha, clique em ângulo no plano de referência e, em seguida, clique no plano "frontal" na vista de estrutura de linha. Clique em valor de entrada no menu deslocamento . Entrada "-45" em "ângulo na direção indicada [45.0000].
    Nota: a unidade do ângulo é grau (°).
  9. Clique em recursos | Cópia | O espelho. Clique no gancho como o objeto e comando de entrada feito selecione | Está feito. Clique no plano de referência para concluir a cópia. Da mesma forma, os dois ganchos restantes são copiados desta forma. Clique em criar círculo concêntrico para construir um círculo com um raio de 7,23 mm, clique na segmentação de primitivos no ícone de pontos selecionados para remover as linhas desnecessárias do círculo.
  10. Clique no botão linha sólida na barra de ferramentas à direita para criar uma seção de parede externa completa. Em seguida, insira o comando OK | Está feito.
    Nota: a unidade do raio é milímetro (milímetro).
  11. Entrada "4" em profundidade Enter, em seguida, clique em coloração. Insira o comando Mirror | Está feito. Em seguida, clique no objeto e clique em concluído. Clique no plano de referência para concluir a cópia.
  12. Insira o comando Copy | Espelho | Feito, e selecione duas paredes exteriores em sentidos diferentes, clique feito para conformar-se. Clique no plano de referência para concluir a cópia.
  13. Insira o comando View | Configurações do modelo | Cor e aparência | Add (adicionar). Ajuste o controle deslizante de cor RGB e ajuste a cor para marrom para mostrar os detalhes gráficos mais visualmente. Em seguida, insira o comando Close | Configurações | Está bem.
  14. Clique no botão eliminando linhas ocultas, clique em criar círculo concêntrico, continue a criar uma aresta externa na parede externa, clique na segmentação de primitivos no botão de pontos selecionados para remover as linhas em excesso e clique no Botão de linha sólida para conectar a borda externa recém-adicionada em uma seção completa. Clique em OK.
  15. Entrada "0,8" em profundidade inter. Clique em OK na janela protrusão . No Gerenciador de menus, insira o comando Copy | Espelho | Está feito. Clique no objeto e clique em concluído. Input o comando gerar benchmark | O deslocamento.
    Nota: a unidade da profundidade é milímetro (milímetro).
  16. Clique no valor de entrada no deslocamento e digite "0,4" como a isométrica da direção especificadae, em seguida, clique em concluído.
    Nota: a unidade do offset é milímetro (milímetro).
  17. Insira o comando Copy | Espelho | Feito, clique na parede externa. Insira o comando Done Select | Está feito. Clique em concluído selecione e clique em concluído. Clique na referência da imagem para concluir a cópia. Desta maneira, a operação do espelho da parede exterior e da gravação quadrada é terminada respectivamente.
  18. Insira o arquivo de comando | Copie, selecione salvar formato como STL (* STL) no menu suspenso tipo de peça, insira o número da peça e clique em OK.
  19. Na caixa de diálogo STL de saída , ajuste a altura de acorde para 0, 6 e o controle de ângulo para 0, 1. Insira o comando Apply | Está bem.
  20. Use os mesmos métodos acima para construir a imagem 3D do anel interno.

3. usando a impressora 3D para imprimir o modelo físico do anel de furo do Burr

  1. Abra o software de detecção de modelo, insira o comando Project | Abra, escolha um arquivo STL na caixa de diálogo Abrir arquivo pop-up e, em seguida, clique em abrir. Neste software, aparecerá um aviso se forem detectados defeitos neste modelo (Figura 3). Se for encontrado, repare o modelo antes de imprimir. Se não houver defeitos, clique em output.
  2. Depois de confirmar que o anel externo está completo, insira o comando Part | Parte de exportação | como STL | A salvo. Use as instruções acima para detectar os defeitos do anel interno.
  3. Após a detecção do modelo, o caminho impresso precisa ser projetado. Abra o software de fatiamento, clique em arquivo | Carregar arquivo de modelo, clique em um arquivo STL e clique em abrir para importar.
  4. Clique no botão esquerdo do mouse para escolher a faixa de movimento da peça, ajustar a posição das peças. No lado esquerdo da tela, defina a velocidade de impressão para 30 mm/s, temperatura de impressão para 210 ° c e temperatura do leito para 80 ° c (Figura 4).
  5. Clique em ToolPath para SD para salvar o arquivo no formato Gcode para gerar o caminho impresso (Figura 3).
  6. Inicie as impressoras 3D, clique no botão pré-aquecimento na interface principal, defina a temperatura pré-aqueça da cama para 80 ° c e a temperatura do bocal para 210 ° c. Clique em Imprimir quando a temperatura sobe para o valor predefinido, selecione o arquivo de destino e clique em confirmar para iniciar a impressão.
  7. O anel externo será impresso primeiro (Figura 5a). Depois que a grade de suporte inferior foi construída, o bocal de impressão começa a construir o anel externo verticalmente camada por camada (Figura 5b-d). Este processo demora cerca de 13 min.
  8. Depois que o anel externo é formado, o bocal da impressora continua a fazer o anel interno no lado direito (Figura 5c, d), que leva cerca de 8 min.
  9. Retire ambas as partes da plataforma após o resfriamento e sendo formado (Figura 5e, f).

4. medição de erro absoluto

  1. Para medir o erro absoluto, selecione cinco peças impressas aleatoriamente. Meça e registre os parâmetros de cada peça com calipers Vernier. Escolha a exatidão da medida em 0, 2 milímetros.
  2. Calcule o erro médio de cada parte e o intervalo de erro do erro absoluto (Figura 6a, b).

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Resultados

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Três visualizações de imagens 2D foram construídas através de softwares CAD comerciais (veja a tabela de materiais). Nessas imagens, também foram acrescentadas dimensões práticas e requisitos técnicos (Figura 1). Além disso, foram construídos dados tridimensionais (Figura 2) e salvos no formato STL (Figura 3). Conforme apresentado na Figura 4, as peças s...

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Discussão

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

Esses resultados mostraram que o software utilizado foi praticável para construir modelos 3D de anéis de furo de rebarba (Figura 1 e Figura 2), e a impressão 3D pode ser utilizada para construir modelos sólidos com materiais designados (Figura 4). Em termos do tamanho do modelo sólido, houve um erro absoluto de 0 a 0,59 mm determinado por meio da medida feita pelos pinças de vernier (Figura 6). Até cert...

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Divulgações

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

Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

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Este trabalho é apoiado por subvenções do fundo de ciências naturais da província de Guangdong (no. 2017A030313597) e Southern Medical University (no. LX2016N006, não. KJ20161102).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Adobe Photoshop versão 14.0Sistema Adobe? US_Disponível apenas com uma assinatura paga.
Impressora 3DAllcct Allcct technology co., LTD, WuHan, China201807A794124CN
Allcct_YinKe_V1.1Allcct technology co., LTD, WuHan, ChinaO software é fornecido pelo fabricante da impressora 3D e não há número de catálogo associado a ele
AutoCAD 2004Autodesk co., LTD? Software dos E.U. 666-12345678para 2D modela
Allcct da fibra do carbono., LTD, WuHan, ChinaPLA175Ø 5181Ø 3Ø BO material é fornecido pelo fabricante da impressora 3D
Netfabb Studio Basic 4.9Autodesk co., LTD? US-Osoftware é fornecido por um fabricante de impressoras 3D e está aberto para acesso
Pro/E 2001Parametric Technology Corporation, PTC, US_Software para modelos 3D; Disponível apenas com uma assinatura paga.
Paquímetro vernier  Instrumento Co da eletricidade da maquinaria da luz azul do Pequim. LTD, ChinaGB/T  1214.1-1996 
a tecnologia co de

Referências

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