تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد في بناء حلقة ثقب لدغ لزرع تحفيز الدماغ العميق

* These authors contributed equally
Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

هنا، نقدم بروتوكول اثبات الطباعة ثلاثية الأبعاد في بناء غرسات تحفيز الدماغ العميق.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Chen, J., Chen, X., Lv, S., Zhang, Y., Long, H., Yang, K., Qi, S., Zhang, W., Wang, J. Application of 3D Printing in the Construction of Burr Hole Ring for Deep Brain Stimulation Implants. J. Vis. Exp. (151), e59560, doi:10.3791/59560 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

وقد تم تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في المجال الطبي منذ الثمانينات، وخاصة في الجراحة، مثل المحاكاة قبل الجراحة، والتعلم التشريحي والتدريب الجراحي. وهذا يثير إمكانية استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء زرع جراحة الأعصاب. استغرق أعمالنا السابقة بناء حلقة حفرة لدغ كمثال، ووصف عملية استخدام برامج مثل تصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD)، برو / مهندس (برو / E) وطابعة 3D لبناء المنتجات المادية. وهذا هو، مطلوب ما مجموعه ثلاث خطوات، ورسم صورة 2D، وبناء صورة 3D من حلقة حفرة لدغ، واستخدام طابعة 3D لطباعة النموذج المادي من حلقة حفرة لدغ. هذا البروتوكول يبين أن حلقة حفرة لدغ مصنوعة من ألياف الكربون يمكن أن تكون مصبوب بسرعة وبدقة عن طريق الطباعة 3D. وأشارت إلى أنه يمكن استخدام كل من برامج CAD وPro/E لبناء حلقة حفرة الحفر ة من خلال التكامل مع بيانات التصوير السريري ومواصلة تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد لجعل المواد الاستهلاكية الفردية.

Introduction

وقد تم تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي منذ الثمانينات، وخاصة في الجراحة لمحاكاة ما قبل الجراحة، والتعلم التشريحي والتدريب الجراحي1. على سبيل المثال، في العمليات الدماغية الوعائية، يمكن إجراء محاكاة ما قبل الجراحة باستخدام نماذج الأوعية الدموية المطبوعة ثلاثية الأبعاد2. مع تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن محاكاة نسيج ودرجة الحرارة والهيكل والوزن من الأوعية الدموية الدماغية إلى أقصى حد من السيناريوهات السريرية. يمكن للمتدربين إجراء العمليات الجراحية مثل القطع ولقط على هذه النماذج. هذا التدريب مهم جدا للجراحين3،4،5. حاليا، بقع التيتانيوم التي شكلتها الطباعة 3D أيضا تدريجيا تم تطبيق6، منذ الأطراف الاصطناعية الجمجمة التي وضعتها الطباعة 3D بعد التصوير وإعادة الإعمار هي مطابقة للغاية. ومع ذلك، فإن تطوير وتطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد في جراحة الأعصاب لا تزال محدودة.

وقد استخدمت على نطاق واسع حلقة حفرة لدغ، كجزء من جهاز تثبيت الرصاص، في تحفيز الدماغ العميق (DBS)7،8،9،10. ومع ذلك، يتم إجراء حلقات حفرة لدغ الحالية من قبل الشركات المصنعة للجهاز الطبي وفقا للمواصفات والأبعاد الموحدة. هذا الحلقة ثقب لدغ القياسية ليست دائما مناسبة لجميع الظروف، مثل تشوه الجمجمة وضمور فروة الرأس. قد يزيد من عدم اليقين في التشغيل ويقلل من اللاكوراسي. ظهور الطباعة ثلاثية الأبعاد يجعل من الممكن تطوير حلقات حفرة حفرة فردية للمرضى في السيناريوهات السريرية5. في الوقت نفسه، حلقة حفرة لدغ، والتي ليس من السهل الحصول عليها، لا يؤدي إلى مظاهرة واسعة قبل الجراحة والتدريب الجراحي1.

لمعالجة المشاكل المذكورة أعلاه، اقترحنا لبناء حلقة حفرة حفرة مع الطباعة 3D. وصفت دراسة سابقة في مختبرنا حلقة حفرة حفرة مبتكرة لDBS11. في هذه الدراسة، سيتم اعتبار هذا الحلقة حفرة حفرة مبتكرة كمثال ممتاز لعرض عملية الإنتاج التفصيلية. ولذلك، فإن الغرض من هذه الدراسة هو توفير عملية النمذجة وعملية تقنية مفصلة لبناء حلقة حفرة حفرة صلبة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. رسم ثنائي الأبعاد (2D) صورة حلقة حفرة لدغ

  1. افتح برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر 2D (CAD) ثم قم بإنشاء مستند رسومي.
  2. انقر على رسم | خط ورسم نقطة مرجعية مع خط صلب على الرسم. انقر على تعديل | إزاحة، واكتب مسافة الإزاحة المحددة في سطر الأوامر.
  3. انقر على الكائن واضغط بواسطة زر الماوس الأيسر لإنشاء خط صلب. انقر على تعديل | تقليم، حدد المنطقة المراد اقتطاعها وانقر على خط إضافي.
  4. خذ حلقة ثقب لدغ الداخلية على سبيل المثال، رسم ثلاثة وجهات نظر مختلفة من الحلقة الداخلية على أساس حجم محدد مسبقا في برنامج CAD. أولا، رسم العرض الأمامي وتعديل الرسم البياني بعناية حتى يطابق الهيكل المتوقع(الشكل 1د).
  5. رسم العرض العلوي بالنقر على رسم | خط لبناء نقطة مرجعية أولا ثم انقر على رسم | دائرة | مركز، قطر،وإدخال القيمة الكمية لنصف قطر معين من دائرة أو قطر في إطار الأوامر. انقر على وسط النقطة المرجعية لتشكيل دائرة(الشكل 1و).
  6. رسم وجهة النظر اليسرى من حلقة ثقب لدغ الداخلية مع نفس النهج كما أن من وجهة النظر الأمامية(الشكل 1ه).
  7. انقر على البعد | القطر، ثم انقر على محيط لوضع علامة على قطر الدائرة(الشكل 1و).
  8. انقر على البعد | الخطية ووضع علامة على طول وسمك جميع الهياكل المرتبطة بها(الشكل 1د، ه). انقر فوق البعد | دائرة نصف قطرها لوضع علامة على زاوية الغرفة(الشكل 1د).
  9. باستخدام نفس البروتوكول، قم بإنشاء رسومات ثنائية الأبعاد لحلقة ثقب اللدغ الخارجي، ووضع علامة على الحجم الفعلي ووضع العلامات(الشكل 1أ - ج).
  10. إضافة المتطلبات التقنية لعملية الإنتاج، بما في ذلك القوة والمتانة وعدم وجود الشقوق. وعلاوة على ذلك، هناك حاجة إلى تنعيم الجدار الخارجي.
  11. Clink على حفظ لحفظ صورة 2D من حلقة حفرة لدغ.
    ملاحظة: كل هذه الهياكل المذكورة أعلاه في وحدات ملليمتر (مم).

2. بناء صورة 3D من حلقة حفرة لدغ

  1. بدء تشغيل برنامج الرسم ثلاثي الد(انظر جدول المواد). اختر جديد | جزء | صلب وقم بإلغاء تحديد باستخدام القالب الافتراضي. حدد part_solid في خيارات الملفات الجديدة وانقر على موافق لإنشاء واجهة جديدة لإعداد نموذج جزء فعلي.
  2. انقر على ميزة جزء في مدير القائمة على اليمين وحدد إنشاء | صلب | إضافة ورقة. في القائمة المنسدلة SOLID، حدد تدوير | تم ذلك. انقر على أثر الرسم الأولي. حدد المستوى "الأمامي" كمستوى رسم، ثم انقر فوق الافتراضي ضمن SKET VIEW.
  3. حدد الخط المنقط على شريط الأدوات الأيمن من الإطار وارسم القسم العلوي من الجزء في الرسم ثنائي الأبعاد. ويخضع الحجم المحدد للرسم ثنائي الأبعاد. ثم انقر فوق مطابقة، وحدد تم في نافذة بروز نتوء. انقر على أيقونة طائرة داتوم.
  4. في مدير القائمة، حدد إنشاء | صلب | إضافة ورقة، وتدوير | تم ذلك. انقر فوق ثنائي في قائمة الخصائص ثم انقر فوق تم.
  5. اضغط على الجبهة | إلى الأمام | الافتراضي ومن ثم طائرة Datum | خط منقط لبناء المقطع العرضي من هوك من حلقة ثقب لدغ الخارجي. ثم انقر فوق مطابقة متبوعاً تم في إدارة القائمة. إدخال "50" في زاوية في اتجاه المشار إليه [45.0000]، ثم انقر فوق القيام به في نافذة بروز وأخيرا، انقر على زر التلوين.
    ملاحظة: وحدة الزاوية هي درجة (°).
  6. حدد إعادة تعريف في ميزة الجزء وانقر فوق بنية خط الخطاف. إدخال قسم الأوامر | تعريف | رسم تخطيطي.
  7. انقر فوق رمز الخط المنقط، قم بإنشاء نقشين مربعين على قسم الخطاف، ثم إدخال الأمر موافق | تم ذلك | تلوين.
  8. انقر فوق رمز محور داتوم، ثم أدخل الأمر إدراج datum | عبر، انقر فوق المحور الأوسط لبنية الخط ، انقر فوق زاوية في مستوى datum ، ثم انقر فوق المستوى "الأمامي" في طريقة عرض بنية الخط. انقر فوق قيمة الإدخال في القائمة إزاحة. إدخال "-45" في"زاوية في اتجاه المشار إليه[45.0000].
    ملاحظة: وحدة الزاوية هي درجة (°).
  9. انقر على الميزات | نسخ | مرآة. انقر على هوك ككائن والأمر الإدخال القيام به حدد | تم ذلك. انقر فوق مستوى datum لإكمال النسخة. وبالمثل، يتم نسخ السنانير المتبقية اثنين بهذه الطريقة. انقر على إنشاء دائرة متحدة المركز لإنشاء دائرة نصف قطرها 7.23 مم، انقر فوق تجزئة البدائيين في رمز نقاط محددة لإزالة الخطوط غير الضرورية من الدائرة.
  10. انقر فوق الزر خط صلب في شريط الأدوات الأيمن لإنشاء مقطع جدار خارجي كامل. ثم إدخال الأمر موافق | تم ذلك.
    ملاحظة: وحدة نصف القطر هي ملليمتر (مم).
  11. إدخال "4" في عمق أدخل، ثم انقر على التلوين. إدخال مرآة الأمر | تم ذلك. ثم انقر على الكائن وانقر فوق تم. انقر فوق مستوى datum لإكمال النسخة.
  12. إدخال نسخة الأمر | مرآة | تم ذلك، وحدد جدارين خارجيين في اتجاهات مختلفة، انقر فوق تم لتتوافق. انقر فوق مستوى datum لإكمال النسخة.
  13. إدخال طريقة عرض الأمر | إعدادات الطراز | اللون والمظهر | إضافة. اضبط شريط تمرير ألوان RGB واضبط اللون باللون البني لإظهار تفاصيل الرسم بشكل أكثر تصويرًا. ثم إدخال الأمر إغلاق | الإعدادات | حسناً ، حسناً، حسناً
  14. انقر فوق الزر إزالة الخطوط المخفية، انقر فوق إنشاء دائرة متحدة المركز، استمر في إنشاء حافة خارجية على الجدار الخارجي ، انقر فوق تجزئة البدائيين في زر نقاط محددة لإزالة الخطوط الزائدة ، وانقر فوق الزر زر خط صلب لتوصيل الحافة الخارجية المضافة حديثا في مقطع كامل. انقر فوق موافق.
  15. إدخال "0.8" في عمق Inter. انقر فوق موافق في إطار نتوء. في إدارة القائمة، أدخل نسخة الأمر | مرآة | تم ذلك. انقر فوق الكائن وانقر فوق تم. إدخال الأمر إنشاء المعيار | إزاحة.
    ملاحظة: وحدة العمق هي ملليمتر (مم).
  16. انقر فوق قيمة الإدخال في الإزاحة وأدخل "0.4" كمقياس للاتجاه المحدد، ثم انقر فوق تم.
    ملاحظة: وحدة الإزاحة هي ملليمتر (مم).
  17. إدخال نسخة الأمر | مرآة | تم ذلك، انقر فوق الجدار الخارجي. إدخال الأمر تم حدد | تم ذلك. انقر فوق تم حدد وانقر فوق تم. انقر فوق datum من الصورة لإكمال النسخة. وبهذه الطريقة، يتم الانتهاء من تشغيل مرآة الجدار الخارجي والنقش مربع على التوالي.
  18. إدخال ملف الأمر | انسخ، وحدد حفظ التنسيق كـ STL (*stl) في القائمة المنسدلة نوع الجزء، وأدخل رقم الجزء وانقر فوق موافق.
  19. في مربع الحوار إخراج STL ضبط ارتفاع الوتر إلى 0.006 وعنصر تحكم الزاوية إلى 0.00001. إدخال الأمر تطبيق | حسناً ، حسناً، حسناً
  20. استخدم نفس الطرق المذكورة أعلاه لبناء صورة ثلاثية الأبعاد للحلقة الداخلية.

3. باستخدام طابعة 3D لطباعة النموذج المادي من حلقة حفرة لدغ

  1. فتح نموذج الكشف عن البرمجيات، وإدخال مشروع الأمر | افتح، واختر ملف STL واحد في مربع الحوار فتح ملف منبثق، ثم انقر فوق فتح. في هذا البرنامج، سيظهر تحذير إذا تم الكشف عن عيوب في هذا النموذج (الشكل 3). إذا تم العثور على، قم بإصلاح الطراز قبل الطباعة. إذا لم تكن هناك عيوب، انقر فوق إخراج.
  2. بعد التأكد من اكتمال الحلقة الخارجية، أدخل جزء الأمر | جزء التصدير | كـ STL | حفظ. استخدم الإرشادات المذكورة أعلاه للكشف عن عيوب الحلقة الداخلية.
  3. بعد الكشف عن الطراز، يجب تصميم المسار المطبوع. افتح برنامج التقطيع، انقر فوق ملف | تحميل ملف الطراز، انقر فوق ملف واحد STL وانقر فوق فتح للاستيراد.
  4. انقر فوق زر الماوس الأيسر لاختيار المسار المتحرك للجزء، وضبط موقف الأجزاء. على الجانب الأيسر من الشاشة، تعيين سرعة الطباعة إلى 30 مم / ث، ودرجة حرارة الطباعة إلى 210 درجة مئوية ودرجة حرارة السرير إلى 80 درجة مئوية(الشكل 4).
  5. انقر فوق Toolpath إلى SD لحفظ الملف بتنسيق Gcode لإنشاء مسار مطبوع (الشكل 3).
  6. بدء الطابعات 3D، انقر فوق زر التسخين على الواجهة الرئيسية، تعيين درجة حرارة الحرارة المسبقة للسرير إلى 80 درجة مئوية ودرجة حرارة فوهة إلى 210 درجة مئوية. انقر فوق طباعة عند ارتفاع درجة الحرارة إلى قيمة الإعداد المسبق، وحدد الملف الهدف وانقر فوق تأكيد لبدء الطباعة.
  7. سيتم طباعة الحلقة الخارجية أولاً(الشكل 5أ). بعد بناء الشبكة الداعمة للقاع، تبدأ فوهة الطباعة في بناء الحلقة الخارجية عمودياً طبقة بطبقة(الشكل 5ب - د). تستغرق هذه العملية حوالي 13 دقيقة.
  8. بعد تشكيل الحلقة الخارجية، تستمر فوهة الطابعة في جعل الحلقة الداخلية على الجانب الأيمن(الشكل 5ج، د)،والتي تستغرق حوالي 8 دقائق.
  9. إزالة كلا الجزأين من المنصة بعد التبريد ويجري تشكيلها(الشكل 5ه، و).

4. قياس الخطأ المطلق

  1. لقياس الخطأ المطلق، حدد خمسة أجزاء مطبوعة بشكل عشوائي. قياس وتسجيل المعلمات من كل جزء مع الفرجار فيرنييه. اختر دقة القياس عند 0.02 مم.
  2. حساب متوسط الخطأ لكل جزء ونطاق الخطأ للخطأ المطلق (الشكل 6أ،ب).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم بناء ثلاث مشاهدات من الصور 2D من خلال البرمجيات التجارية CAD (انظر جدول المواد). وفي هذه الصور، أضيف أيضا الحجم العملي والمتطلبات التقنية(الشكل 1). وعلاوة على ذلك، تم إنشاء بيانات ثلاثية الأبعاد في (الشكل 2)وحفظها في شكل المحكمة الخاصة بلبنان(الشكل 3). كما هو معروض في الشكل 4، تم بناء أجزاء صلبة على منصة الطابعة. اختيار خمس مجموعات من هذه الأجزاء، تم حساب الخطأ المطلق ونطاق الخطأ(الشكل 6أ،ب). وأظهرت النتيجة أنه، في الحلقة الخارجية، تم العثور على أقصى خطأ مطلق والحد الأدنى من الخطأ المطلق في القطر الخارجي للخصر وفي سمك الجزء العلوي على التوالي. في الحلقة الداخلية، تم العثور على أقصى خطأ مطلق والحد الأدنى من الخطأ المطلق في القطر الداخلي وسمك الجزء العلوي على التوالي. وكان النطاق الإجمالي للخطأ [0.00, 0.59](الشكل 6أ,ب).

يتم تحويل ملف STL كذلك إلى ملف Gcode في solfware التقطيع. بعد ذلك، يتم إرسال ملف Gcode إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام بطاقة SD. في الطابعة ثلاثية الأبعاد، تم تغذية ألياف الكربون من خلال منفذ التغذية. واستخدمت وحدة التحكم في درجة الحرارة للسيطرة على ذوبان ألياف الكربون واستخدمت فوهة للسيطرة على إطلاق مواد الطباعة وبناء النموذج الصلب.

Figure 1
الشكل 1: صورة 2D من حلقة حفرة لدغ.-ج)2D وجهات النظر (الرؤية الأمامية، وجهة النظر اليسرى وعرض أعلى، على التوالي) من الحلقة الخارجية. (د-و)وجهات النظر 2D (الرؤية الأمامية، وجهة النظر اليسرى وأعلى، وعرض على التوالي) من الحلقة الداخلية. الوحدة: يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: صورة ثلاثية الأبعاد لحلقة ثقب اللدغ.-ج)وجهات النظر 3D (الرؤية الأمامية، وجهة النظر اليسرى وعرض أعلى، على التوالي) من الحلقة الخارجية. (د-و)وجهات النظر 3D (الرؤية الأمامية، وجهة النظر اليسرى وعرض أعلى، على التوالي) من الحلقة الداخلية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: المخطط الانسيابي لبناء حلقة ثقب حفرة عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: عملية تقطيع حلقة حفرة لدغ عن طريق تقطيع solfware. في solfware تشريح، تم تقسيم نموذج المحكمة الخاصة بلبنان إلى طبقات سميكة 0.1 مم (الأسهم الصلبة السوداء). تم تعيين المعلمات مثل السرعة ودرجة الحرارة (مربع أحمر) على النحو التالي: سرعة الطباعة في 30 ملم / ث، ودرجة حرارة الطباعة في 210 درجة مئوية ودرجة حرارة السرير في 80 درجة مئوية. وأخيرا، ضغطنا على حفظ toolpath، وتم تحويل ملف STL إلى ملفات Gcode للطباعة ثلاثية الأبعاد مباشرة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: مثال على بناء حلقة حفرة حفرة عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد. (أ) وأشار السهم الصلب على اليسار فوهة والسهم الصلبة على الجانب الأيمن أظهرت لوحة البناء لمس، الذي كان يستخدم لاستضافة النموذج الصلب. (ب)تم بناء الحلقة الخارجية (السهم الصلب) على لوحة البناء لمس. (ج)بنيت الحلقة الداخلية على builplate لمس (السهم الصلب). (د)بنيت الحلقة الداخلية على الجانب الأيمن من السرير (السهم الصلب). (هـ-و) مثال على الحلقة الداخلية والحلقة الخارجية (السهم الصلب) بعد التلميع. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: قياس الخطأ المطلق. (أ)نطاق الخطأ والخطأ المطلق للحلقات الخارجية (AE = | MV - SV |; الهياكل الرئيسية: (1) القطر الخارجي للأعلى؛ (2) القطر الخارجي للوسط؛ (3) سمك الجسم الرئيسي؛ (4) سمك الجزء العلوي؛ (5) عرض هوك؛ (6) القطر الداخلي للأعلى). (ب)نطاق الخطأ والخطأ المطلق للحلقات الداخلية (AE = | MV - SV |; الهياكل الرئيسية: (1) خارج قطر الجزء العلوي؛ (2) القطر الخارجي للقاع؛ (3) القطر الداخلي؛ (4) الارتفاع الكلي؛ (5) سمك القاع؛ (6) سمك من أعلى. P = جزء، MV = القيم المقاسة، SV = القيم القياسية، AE = خطأ مطلق، ER = نطاق الخطأ. الدقة = 0.02 مم؛ وحدة = مم.

ملف إضافي 1: الخارجي حلقة ثقب لدغ. الرجاء النقر هنا لعرض هذا الملف. (انقر بزر الماوس الأيمن للتنزيل.)

ملف إضافي 2: الداخلية حلقة ثقب لدغ. الرجاء النقر هنا لعرض هذا الملف. (انقر بزر الماوس الأيمن للتنزيل.)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وأظهرت هذه النتائج أن البرمجيات المستخدمة كانت عملية لبناء نماذج 3D من حلقات حفرة لدغ(الشكل 1 والشكل 2)،ويمكن استخدام الطباعة 3D لبناء نماذج صلبة مع مواد معينة(الشكل 4). من حيث حجم النموذج الصلب، كان هناك خطأ مطلق من 0 إلى 0.59 ملم تحدد من خلال القياس الذي أدلى به الفرجار Vernier(الشكل 6). وإلى حد ما، لا يمكن تجنب الخطأ لأن هذا الخطأ المطلق يأتي من عوامل عديدة، مثل نوعية أداة الطباعة. الطابعات الصناعية يمكن أن يكون لها دقة أفضل. وبالإضافة إلى ذلك، عند بناء أجزاء أصغر وأكثر دقة، والخطأ المطلق هو أكثر وضوحا. بشكل عام، كما هو مبين في الشكل 3،فإن العملية التي شيدت النموذج وشكلت كذلك النموذج الصلب عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد فعالة ومجدية. على الرغم من وجود خطأ مطلق، يمكن تقليل هذا الخطأ عن طريق تحسين جودة الطابعات وضبط معلمات الطباعة بدقة.

تم نشر حلقة حفرة حفرمبتكرة لDBS سابقا11. في هذه الدراسة، تم تطبيق نفس النموذج كمثال لمزيد من إظهار العملية المنهجية لصنع يزرع ذات الصلة. حاليا، في التطبيق السريري المحدود للطباعة 3D، بناء نموذج يعتمد عموما طريقتين: أولا، وقد استخدمت CAD النمذجة لتوليد نماذج 3D لمزيد من عمليات الطباعة 3D12. ثانيا، تم استخدام بيانات التصوير (كما هو الحال في شكل DICOM) لإعادة بناء الهيكل العظمي للمرضى في نماذج ثلاثية الأبعاد وفقا لبيانات التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي. بعد التقديم، يمكن تحويل البيانات إلى ملفات STL قابلة للتحرير، ومن ثم يمكن إنتاج البنية التشريحية المحاكاة للغاية عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد12و13و14. وبالمثل، يمكن تصميم تصحيح أو زرع المواد التي هي مناسبة للغاية للمورفولوجيا وفقا للبنية التشريحية لإعادة الإعمار ثلاثي الأبعاد15،16،17. وقد تم تطبيق هذه الطريقة في رأب الجمجمة. وأظهرت دراسة سابقة بقع الجمجمة التيتانيوم التي شيدتها تكنولوجيا الطباعة 3D6. على الرغم من استخدام تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء حلقات ثقب لدغ من خلال التصور تدفق موثوق بها في هذه الدراسة في الممكن، وهذا الأسلوب النمذجة لديها بعض القيود في الممارسة العملية.

كونها مختلفة عن الإنتاج التقليدي لحلقات حفرة لدغ، اقترحت هذه الدراسة لاستخدام الطباعة 3D لبناء هذه الأجزاء القابلة للزرع. في الواقع، المنتجات التقليدية هي في الغالب موحدة في الحجم، والتي لا تنطبق على بعض المرضى الذين يعانون من اختلاف شكل الجمجمة وضمور فروة الرأس. تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد من شأنه أن يوفر يزرع مخصصة لمختلف المرضى. وقد اقترحت الدراسات السابقة ونفذت تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج شظايا الجمجمة لإصلاح عيوب الجمجمة، وأظهرت تأثيرها الدائم6. وقد تم الاعتراف على نطاق واسع فعالية DBS للأمراض الجراحية العصبية الوظيفية (مثل مرض باركنسون، خلل الحركة)18،19،20، ولكن شعبية هذا العلاج محدودة، والتي قد تكون نتيجة من العبء الاقتصادي الناجم عن ارتفاع تكاليف الاستهلاك. المنتجات التي أدلى بها الطباعة 3D لديها مزايا كفاءة الإنتاج العالية، وانخفاض التكلفة والتخصيص، مما يجعل الطباعة 3D من إمكانات كبيرة في هذا المجال. تطوير وتطبيق هذه التكنولوجيا قد توفر المزيد من المرضى مع فرصة لتلقي جراحة DBS. ومع ذلك، هناك تقارير قليلة عن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج المواد الاستهلاكية لDBS في المؤلفات.

وعلاوة على ذلك، يمكن أن يكون حلقة حفرة لدغ التي شيدتها الطباعة 3D مزايا أخرى. يمكن استخدام هذا المنتج النماذج السريعة لمظاهرة ما قبل الجراحة، والتي سوف أبلغ المرضى وأسرهم بشكل أفضل حول إجراء زرع القطب وتعزيز التواصل بين الطبيب والمريض بشكل فعال. يمكن للأطباء إجراء المحاكاة قبل الجراحة والتدريب الجراحي من خلال المنتجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد لتحقيق أقصى قدر من محاكاة جراحة DBS، والتي سوف تحسن بفعالية مهاراتهم الجراحية. في العلاج الجراحي للأورام الدماغية الوعائية ورأب الجمجمة، تم تطبيق المنتجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد على التدريب الجراحي2،5.

استخدمت هذه الدراسة ألياف الكربون، التي لديها قوة جيدة والمتانة، والمواد الطباعة لإظهار عملية الإنتاج من الطباعة 3D. في الممارسة العملية، ينبغي النظر في العديد من عوامل المواد زرع. أولا، ما إذا كان زرع لديه أداء ممتاز التطهير ويمكن أن تبقي خصائصه دون تغيير تحت أكسيد الإيثيلين والبخار الساخن لفترة طويلة12. ثانيا، يزرع تحتاج إلى التوافق البيولوجي جيدة ويمكن وضعها لفترة طويلة دون الرفض من قبل الجسم. ثالثا، يزرع تحتاج إلى أن يكون لها قوة ميكانيكية ممتازة، والمتانة والمقاومة الكيميائية.

في هذه الدراسة، تم إثبات بناء حلقة حفرة حفرة كمثال لوصف منهجي للعملية من النمذجة إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد. هذا مثال عملية كاملة. وفي المستقبل، ينبغي تشجيع استخدام برمجيات CAD وبيانات التصوير (مثل DICOM) والطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء حلقة حفرة اللدغ. وكما ذُكر أعلاه، يمكن تحويل إعادة إنشاء بيانات DICOM ثلاثية الأبعاد التي تم الحصول عليها عن طريق التصوير إلى ملفات STL التي يمكن استخدامها للطباعة ثلاثية الأبعاد. هذا هو أيضا طريقة النمذجة السائدة في السيناريوهات السريرية12،13. لم يتم تطبيق هذه الطريقة في جراحة DBS.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

ويدعم هذا العمل من خلال منح من صندوق العلوم الطبيعية في مقاطعة قوانغدونغ (رقم 2017A030313597) والجامعة الطبية الجنوبية (رقم. LX2016N006, No. KJ20161102).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Chae, M. P., et al. Emerging Applications of Bedside 3D Printing in Plastic Surgery. Frontiers in Surgery. 2, 25 (2015).
  4. 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).
  5. Kimura, T., et al. Simulation of and training for cerebral aneurysm clipping with 3-dimensional models. Neurosurgery. 65, (4), 719-725 (2009).
  6. 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).
  7. Ray, C. D. Burr-hole ring-cap and electrode anchoring device. Technical note. Journal of Neurosurgery. 55, (6), 1004-1006 (1981).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Lan, Q., et al. Development of Three-Dimensional Printed Craniocerebral Models for Simulated Neurosurgery. World Neurosurgery. 91, 434-442 (2016).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Moreau, C., et al. STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease. Neurology. 71, (2), 80-84 (2008).
  20. Oyama, G., et al. Unilateral GPi-DBS as a treatment for levodopa-induced respiratory dyskinesia in Parkinson disease. Neurologist. 17, (5), 282-285 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics