Anvendelse af 3D-print i konstruktionen af Burr Hulring for dybe hjerne stimulation implantater
Summary
Her præsenterer vi en protokol til demonstration af 3D-print i konstruktionen af dybe hjerne stimulerings implantater.
Abstract
3D-print er blevet anvendt bredt på det medicinske område siden 1980 ‘ erne, især i kirurgi, såsom præoperativ simulation, anatomisk indlæring og kirurgisk træning. Dette øger muligheden for at bruge 3D-udskrivning til at konstruere et Neurokirurgisk implantat. Vores tidligere værker tog opførelsen af Burr hullet ring som et eksempel, beskrev processen med at bruge software som computer aided design (CAD), Pro/Engineer (Pro/E) og 3D printer til at konstruere fysiske produkter. Det er, i alt tre trin er påkrævet, tegning af 2D-billede, opførelse af 3D-billede af Burr hul ring, og ved hjælp af en 3D-printer til at udskrive den fysiske model af Burr hul ring. Denne protokol viser, at Burr hullet ring lavet af kulfiber kan hurtigt og præcist støbt af 3D-print. Det indikerede, at både CAD og Pro/E software kan bruges til at konstruere Burr hul ring via integration med de kliniske billeddannelse data og yderligere anvendt 3D-udskrivning for at gøre de enkelte forbrugsstoffer.
Introduction
3D-udskrivning er blevet anvendt på det medicinske område siden 1980 ‘ erne, især i kirurgi for præoperativ simulation, anatomisk indlæring og kirurgisk træning1. For eksempel, i cerebrovaskulære operationer, præoperative simulering kan udføres ved hjælp af 3D trykte vaskulære modeller2. Med udviklingen af 3D-print, tekstur, temperatur, struktur og vægt af cerebrale blodkar kan simuleres til den største grad af kliniske scenarier. Praktikanter kan udføre kirurgiske indgreb såsom skæring og fastspænding på sådanne modeller. Denne uddannelse er meget vigtig for kirurger3,4,5. I øjeblikket er titanium patches dannet af 3D-trykning også gradvist blevet anvendt6, da kraniet proteser udviklet af 3D-udskrivning efter billeddannelse og genopbygning er meget konformel. Men, udvikling og anvendelse af 3D-udskrivning i Neurokirurgi er stadig begrænset.
Den Burr hul ring, som en del af bly fikserings anordningen, har været meget anvendt i dyb hjerne stimulation (DBS)7,8,9,10. Men, nuværende Burr hulringe er lavet af medicinsk udstyr fabrikanter i henhold til de samlede specifikationer og dimensioner. Denne standard Burr hul ring er ikke altid egnet til alle forhold, såsom kraniet misdannelse og Hovedbunds atrofi. Det kan øge usikkerheden ved drift og reducere Acurracy. Fremkomsten af 3D-print gør det muligt at udvikle individualiserede Burr hulringe til patienter i kliniske scenarier5. Samtidig er Burr hulringen, som ikke er let at opnå, ikke befordrende for omfattende præoperativ demonstration og kirurgisk træning1.
For at løse de problemer, der er nævnt ovenfor, vi foreslog at konstruere en Burr hul ring med 3D-udskrivning. En tidligere undersøgelse i vores laboratorium beskrev en innovativ Burr hulring til DBS11. I denne undersøgelse vil denne innovative Burr hulring blive betragtet som et glimrende eksempel for at udstille den detaljerede produktionsproces. Derfor er formålet med denne undersøgelse er at give en modellering proces og en detaljeret teknisk proces med at opbygge en solid Burr hulning ved hjælp af 3D-udskrivning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Disse resultater viste, at den anvendte software var praktisk anvendelig til at bygge 3D-modeller af Burr-hulringe (figur 1 og figur 2), og 3D-udskrivning kan bruges til at bygge solide modeller med udpegede materialer (figur 4). Med hensyn til størrelsen af den solide model, var der en absolut fejl fra 0 til 0,59 mm bestemt gennem målingen foretaget af Vernier kalibre (figur 6). Til en vis grad, fejl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde er støttet af tilskud fra Natural Science fund i Guangdong-provinsen (no. 2017A030313597) og Southern Medical University (no. LX2016N006, nej. KJ20161102).
Materials
| Adobe Photoshop Version 14.0 | Adobe System，US | _ | Only available with a paid subscription. |
| Allcct 3D printer | Allcct technology co., LTD, WuHan, China | 201807A794124CN | |
| Allcct_YinKe_V1.1 | Allcct technology co., LTD, WuHan, China | The software is provided by the 3D printer manufacturer and there is no Catalog number associated with it | |
| AutoCAD 2004 | Autodesk co., LTD，US | 666-12345678 | Software for 2D models |
| Carbon Fibre | Allcct technology co., LTD, WuHan, China | PLA175Ø5181Ø3ØB | The material is provided by the 3D printer manufacturer |
| Netfabb Studio Basic 4.9 | Autodesk co., LTD，US | – | The software is provided by a 3D printer manufacturer and is open to access |
| Pro/E 2001 | Parametric Technology Corporation, PTC, US | _ | Software for 3D models; Only available with a paid subscription. |
| Vernier caliper | Beijing Blue Light Machinery Electricity Instrument Co,. LTD, China | GB/T 1214.1-1996 |
References
- Pucci, J. U., Christophe, B. R., Sisti, J. A., Connolly, E. S. Three-dimensional printing: technologies, applications, and limitations in neurosurgery. Biotechnology Advances. 35 (5), 521-529 (2017).
- Mashiko, T., et al. Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost prototyping. World Neurosurgery. 83 (3), 351-361 (2015).
- Chae, M. P., et al. Emerging Applications of Bedside 3D Printing in Plastic Surgery. Frontiers in Surgery. 2, 25 (2015).
- Doyle, B. J., et al. Improved assessment and treatment of abdominal aortic aneurysms: the use of 3D reconstructions as a surgical guidance tool in endovascular repair. Irish Journal of Medical Science. 178 (3), 321-328 (2009).
- Kimura, T., et al. Simulation of and training for cerebral aneurysm clipping with 3-dimensional models. Neurosurgery. 65 (4), 719-725 (2009).
- Park, E. K., et al. Cranioplasty Enhanced by Three-Dimensional Printing: Custom-Made Three-Dimensional-Printed Titanium Implants for Skull Defects. Journal of Craniofacial Surgery. 27 (4), 943-949 (2016).
- Ray, C. D. Burr-hole ring-cap and electrode anchoring device. Technical note. Journal of Neurosurgery. 55 (6), 1004-1006 (1981).
- Yamamoto, T., Katayama, Y., Kobayashi, K., Oshima, H., Fukaya, C. Dual-floor burr hole adjusted to burr-hole ring and cap for implantation of stimulation electrodes. Technical note. Journal of Neurosurgery. 99 (4), 783-784 (2003).
- Wharen, R. E., Putzke, J. D., Uitti, R. J. Deep brain stimulation lead fixation: a comparative study of the Navigus and Medtronic burr hole fixation device. Clinical Neurology and Neurosurgery. 107 (5), 393-395 (2005).
- Patel, N. V., Barrese, J., Ditota, R. J., Hargreaves, E. L., Danish, S. F. Deep brain stimulation lead fixation after Stimloc failure. Journal of Clinical Neuroscience. 19 (12), 1715-1718 (2012).
- Chen, J., et al. 3-D printing for constructing the burr hole ring of lead fixation device in deep brain stimulation. Journal of Clinical Neuroscience. 58, 229-233 (2018).
- Hoang, D., Perrault, D., Stevanovic, M., Ghiassi, A. Surgical applications of three-dimensional printing: a review of the current literature & how to get started. Annals of Translational Medicine. 4 (23), (2016).
- Bustamante, S., Bose, S., Bishop, P., Klatte, R., Norris, F. Novel application of rapid prototyping for simulation of bronchoscopic anatomy. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 28 (4), 1122-1125 (2014).
- Lan, Q., et al. Development of Three-Dimensional Printed Craniocerebral Models for Simulated Neurosurgery. World Neurosurgery. 91, 434-442 (2016).
- Li, W. Z., Zhang, M. C., Li, S. P., Zhang, L. T., Huang, Y. Application of computer-aided three-dimensional skull model with rapid prototyping technique in repair of zygomatico-orbito-maxillary complex fracture. The International Journal of Medical Robotics. 5 (2), 158-163 (2009).
- Wang, L., Cao, T., Li, X., Huang, L. Three-dimensional printing titanium ribs for complex reconstruction after extensive posterolateral chest wall resection in lung cancer. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 152 (1), e5-e7 (2016).
- Xu, N. F., et al. Reconstruction of the Upper Cervical Spine Using a Personalized 3D-Printed Vertebral Body in an Adolescent With Ewing Sarcoma. Spine. 41 (1), E50-E54 (2016).
- Brozova, H., Barnaure, I., Alterman, R. L., Tagliati, M. STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease. Neurology. 72 (8), 770 (2009).
- Moreau, C., et al. STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease. Neurology. 71 (2), 80-84 (2008).
- Oyama, G., et al. Unilateral GPi-DBS as a treatment for levodopa-induced respiratory dyskinesia in Parkinson disease. Neurologist. 17 (5), 282-285 (2011).
