Aplicação da impressão 3D na construção do anel de furo de Burr para implantes profundos da estimulação do cérebro
7 de setembro de 2019
Aqui, apresentamos um protocolo para demonstrar a impressão 3D na construção de implantes de estimulação cerebral profunda.
A impressão 3D possibilita o desenvolvimento de anéis de orifícios de rebarba individualizados para os pacientes. Nosso protocolo fornece os procedimentos detalhados para o uso do programa modelo 3D para construir esses implantes. Os objetos de impressão 3D têm uma alta eficiência do produto, um baixo custo e são personalizáveis.
Com a ajuda da impressão 3D, os pacientes podem obter implantes altamente específicos para suas necessidades individuais. Para desenhar uma imagem 2D de um anel de orifício de rebarba, abra um novo documento gráfico no programa de software CAD 2D. Clique em Desenhar e Linha e desenhe um ponto de referência com uma linha sólida no desenho.
Em seguida, clique em Modificar e Deslocamento e digite a distância de deslocamento específica na linha de comando. Para selecionar a área a ser aparada, clique em Modificar e Aparar e clique na linha extra. Para desenhar a vista superior, clique em Desenhar e Linha para construir o ponto de referência e clique em Daw, Circle e Center Diameter para inserir o valor quantitativo do raio específico do círculo ou diâmetro na janela de comando.
Em seguida, clique no centro do ponto de referência para formar um círculo. Em seguida, desenhe a visão esquerda do anel interno do orifício de rebarba usando a mesma abordagem da vista frontal. Clique em Dimensão e Diâmetro e clique na circunferência para marcar o diâmetro do círculo.
Clique em Dimensão e Linear para marcar o comprimento e espessura de todas as estruturas associadas. Em seguida, clique em Dimensão e Raio para marcar o ângulo da câmara. Usando o mesmo protocolo, construa desenhos 2D do anel externo do orifício da rebarba e marque o tamanho real e a rotulagem.
Em seguida, clique em Salvar para salvar a imagem 2D do anel de orifício de rebarba. Para desenhar uma imagem 3D do anel do orifício de rebarba, abra o programa de software de desenho 3D e selecione o plano frontal como o plano de esboço. Clique em Padrão na exibição Sket e selecione a ferramenta de linha pontilhada para desenhar a seção superior da peça no esboço bidimensional.
Clique em Conform and Done e clique no ícone do plano datum. No gerenciador de menus, selecione Criar, Sólido, Adicionar Folha, Girar e Feito. Em seguida, clique em Bilateral no menu Propriedades e clique em Fazer.
Para construir a seção transversal do gancho do anel de orifício de rebarba exterior, clique em Frente, Para Frente, Para a Frente, Padrão, Plano Datum e Linha Pontilhada. Clique em Confirmar e Feito e digite 50 no ângulo e indiquei a direção 45 e clique em Feito na saliência. Em seguida, clique no botão de coloração.
Selecione Seguinte Redefinir no recurso de peça e clicar na estrutura de linha do gancho. Selecione Seção, Definir e Esboçar. Clique no ícone de linha pontilhada.
Crie duas relevos quadrados na seção gancho, clique em OK, Feito e Colorindo. Clique no ícone de acesso datum e clique em Inserir um Datum e Cross. Clique no eixo central da estrutura da linha.
Clique no ângulo no plano datum e clique no plano frontal na visão da estrutura da linha. Em seguida, clique em Valor de Entrada no menu Offset e digite menos 45 no ângulo e indicado direção 45. Clique em Recursos, Cópia e Espelho.
Clique no gancho como o objeto e clique em "Selecionar e Feito". Clique no plano datum para completar a cópia e copie os dois ganchos restantes da mesma maneira. Em seguida, clique em Criar círculo concêntrico para construir um círculo com um raio de 7,23 milímetros e clique na segmentação de primitivos no ícone de pontos selecionados para remover as linhas desnecessárias do círculo.
Para criar uma seção de parede externa completa, clique no botão de linha sólida e clique em OK e Concluído. Digite quatro como a profundidade de digitar e clique em Coloração. Clique em Espelho e Feito.
Clique no objeto e pronto. Em seguida, clique no plano datum para completar a cópia. Para confirmar, clique em Copiar, Espelhar e Feito e selecione duas paredes externas em direções diferentes.
Em seguida, clique em Concluído e clique no plano datum para completar a cópia. Para melhorar os detalhes gráficos, clique em Exibir, Modelar Configurações, Cor e Aparência, Adicionar e ajustar o controle deslizante de cor RGB para marrom. Em seguida, clique em Fechar, Configurações e OK. Clique no botão Eliminando linhas ocultas e clique no Círculo De Criar Concentric.
Continue a criar uma borda externa na parede externa e clique na Segmentação de Primitivos no botão Pontos Selecionados para remover linhas em excesso. Clique no botão Linha Sólida para conectar a borda externa recém-adicionada em uma seção completa e clique em OK. Digite 0.8 como a profundidade de digite e clique em OK na janela de saliência. No gerenciador de menus, clique em Copiar, Espelhar, Feito, clique no objeto e clique em Fazer.
Clique em Gerar Benchmark e Offset e clique no valor de entrada em Offset. Em seguida, digite 0.4 como o isométrico da direção especificada e clique em Feito. Clique em Copiar, Espelhar e Feito e clique na parede externa.
Para completar o funcionamento do espelho da parede externa e da relevo quadrada, clique em "Feito Selecionar e Feito" e clique no datum da imagem para concluir a cópia. Selecione Arquivo e Copie e salve o arquivo no formato stl. Digite o número da peça e clique em OK. Em seguida, na caixa de diálogo STL de saída, ajuste a altura do cabo para 006 e o controle de ângulo para 0,00001, clique em Aplicar e OK. Para imprimir os anéis, abra os arquivos do projeto no software de detecção de modelos.
Confirme se o anel externo está completo e clique em Peça, Peça de Exportação como STL e Salvar. Após a detecção do modelo, abra o software de fatiamento e clique em Arquivo e Arquivo modelo de carga e abra um arquivo stl. Clique no botão esquerdo do mouse para selecionar a faixa móvel da peça e ajustar a posição das peças.
Defina a velocidade de impressão para 30 milímetros por segundo, a temperatura de impressão para 210 graus Celsius e a temperatura do leito para 80 graus Celsius. Em seguida, clique em Caminho da Ferramenta para SD para salvar o arquivo no formato G-code e para gerar o caminho impresso. Quando a temperatura subir para o valor predefinido, clique em Imprimir e selecione o arquivo de destino e confirme para iniciar a impressão.
Depois que a grade de suporte inferior for construída, o bocal de impressão começará a construir o anel externo verticalmente, camada por camada. Depois que o anel externo for formado, o bocal da impressora imprimirá o anel interno no lado direito. Depois que ambos os anéis tiverem esfriado, remova os modelos da plataforma.
Aqui, o erro absoluto e a faixa de erro foram calculados para cinco grupos de peças que foram produzidas como demonstrado. Os resultados indicam que no anel externo, o erro absoluto máximo e o erro absoluto mínimo foram encontrados no diâmetro externo da cintura e na espessura da parte superior, respectivamente. No anel interno, o erro absoluto máximo e o erro absoluto mínimo foram encontrados no diâmetro interno e na espessura da parte superior, respectivamente.
A faixa total de erro foi de 0,00, 0,59.3D e os dados de MR têm potencial para serem usados para construir a imagem real dos anéis de orifício de rebarba se o grosso puder ser extraído de imagens. Nosso protocolo fornece um método rápido e preciso para a construção de implantes de estimulação cerebral profunda através da integração de dados de imagem clínica e impressão 3D.
Veja a transcrição completa e aceda a milhares de vídeos científicos
Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para utilizar a tecnologia de impressão 3D na criação de implantes para estimulação cerebral profunda. O método permite o desenvolvimento de anéis de trepanação personalizados adaptados às necessidades individuais de cada paciente.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Engenharia Biomédica
- Tecnologia de Impressão 3D
Contexto
- A impressão 3D permite a produção de dispositivos médicos individualizados.
- A estimulação cerebral profunda é um tratamento para diversas doenças neurológicas.
- A personalização de implantes pode melhorar os resultados para o paciente.
- A fabricação eficiente e economicamente viável é essencial em aplicações médicas.
Objetivo do Estudo
- Demonstrar a aplicação da impressão 3D na criação de implantes para estimulação cerebral profunda.
- Fornecer um protocolo detalhado para a construção de anéis de trepanação.
- Destacar os benefícios da personalização em implantes médicos.
Métodos Utilizados
- Utilização de software de modelagem 3D para o design.
- Procedimentos passo a passo para a criação de anéis de trepanação.
- Avaliação da eficiência do produto e relação custo-benefício.
- Personalização com base na anatomia individual do paciente.
Resultados Principais
- Demonstração bem-sucedida de anéis de furo de trepanação impressos em 3D.
- Alta eficiência do produto e baixos custos de fabricação.
- A personalização leva a implantes com melhor ajuste para os pacientes.
- Potencial de melhoria nos resultados dos pacientes com implantes individualizados.
Conclusões
- A impressão 3D é um método viável para criar dispositivos médicos personalizados.
- O protocolo pode ser adaptado para diversas aplicações em neurociência.
- São necessárias mais pesquisas para explorar o potencial completo dos implantes impressos em 3D.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A impressão 3D permite a fabricação rápida de implantes neurocirúrgicos personalizados para cada paciente, reduzindo a dependência de componentes padronizados e apoiando estratégias de tratamento individualizadas em neuromodulação. Essa abordagem aumenta a confiança preditiva no ajuste do implante e no planejamento cirúrgico ao integrar dados de imagem clínica com manufatura aditiva. O método possibilita a redução precoce de riscos no design da interface dispositivo-tecido por meio de prototipagem reprodutível e de baixo custo.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite testes iterativos da geometria do implante em relação a alvos anatômicos para aprimorar hipóteses sobre a interação dispositivo-tecido.
- Valor Operacional: Apoia a prototipagem rápida de anéis de furo de trepanação utilizando software CAD e dados de imagem clínica para validação do projeto.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Produz modelos físicos padronizados para avaliar a compatibilidade de instrumentos cirúrgicos e a mecânica de implantação.
- Valor Operacional: Facilita a validação semelhante a ensaios das dimensões do implante por meio de impressão 3D repetível com tolerâncias de erro mensuráveis.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Permite a avaliação da precisão no posicionamento de implantes em modelos pré-clínicos utilizando dados anatômicos derivados de pacientes.
- Valor Operacional: Permite a produção escalável de implantes individualizados para estudos de estimulação crônica em fluxos de trabalho translacionais.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método integra o design baseado em imagens e a prototipagem física, inserindo-se na continuidade entre descoberta e pré-clínico para o desenvolvimento de dispositivos de neuromodulação.
- Biologia da Descoberta: Apoia a geração de hipóteses sobre a geometria ideal do implante para o engajamento de alvos neurais.
- Triagem: Permite a validação dimensional de protótipos de implantes por meio de impressão e metrologia padronizadas.
- Análise: Fornece métricas quantitativas de erro (erro absoluto, amplitude de erro) para avaliar a fidelidade da fabricação.
- Pesquisa Translacional: Conecta a iteração de projeto à validação pré-clínica por meio da fabricação de implantes personalizados para o paciente.
- Reutilização Institucional: Estabelece um fluxo de trabalho reutilizável para a produção de implantes personalizados em diferentes programas de neuromodulação.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Melhora a confiança preditiva no projeto da interface implante-tecido por meio de fidelidade anatômica.
- Valor Operacional: Oferece alta eficiência do produto, baixo custo e personalização por meio da impressão 3D.
- Valor Estratégico: Reduz o risco de falha tardia do dispositivo ao permitir a validação do encaixe antes da implantação.
- Impacto no Portfólio: Apoia o avanço ajustado ao risco de dispositivos de neuromodulação por meio de prototipagem individualizada.
Considerações de Implementação
- Exige experiência em software de CAD (por exemplo, Pro/E, CAD 2D) e fluxos de trabalho de impressão 3D.
- Depende do acesso a dados de imagens clínicas para modelagem anatômica precisa.
- Necessita padronização de formatos de arquivo (STL) e parâmetros de fatiamento para saída reprodutível.
- Envolve calibração da velocidade de impressão, temperatura e adesão da plataforma para deposição consistente das camadas.
- Limitado pelas propriedades dos materiais dos substratos impressos (por exemplo, compósitos de fibra de carbono) para implantação crônica.
