ביצוע הדפסה תלת ממדית בבניית טבעת חור בר לשתלים במוח עמוק

* 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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להדגים הדפסה תלת-ממדית בבניית שתלי גירוי מוחי עמוק.

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

הדפסה תלת ממדית הוחלה באופן נרחב בתחום הרפואי מאז שנות השמונים, בעיקר בניתוח, כגון סימולציה מראש, למידה אנטומית והכשרה כירורגית. זה מעלה את האפשרות של שימוש 3D הדפסה כדי לבנות שתל נוירוניתוחי. העבודות הקודמות שלנו לקחו את הבנייה של הטבעת חור בגולגולת כדוגמה, תיאר את התהליך של שימוש בתוכנות כמו עיצוב בעזרת מחשב (CAD), Pro/מהנדס (Pro/E) ו-3D מדפסת לבנות מוצרים פיזיים. כלומר, יש צורך בשלושה צעדים, ציור של תמונה דו-ממדית, בניית תמונת תלת-ממד של טבעת חור בגולגולת, ושימוש במדפסת תלת-ממדית להדפסת הדגם הפיזי של טבעת החור בגולגולת. פרוטוקול זה מראה כי טבעת חור בר עשוי סיבי פחמן יכול להיות יצוק במהירות ובדייקנות על ידי הדפסה 3D. זה ציין כי הן CAD ו Pro/E תוכנות ניתן להשתמש כדי לבנות את הטבעת חור בר באמצעות שילוב עם נתונים הדמיה קלינית להחיל עוד 3D הדפסה כדי להפוך את מתכלים בודדים.

Introduction

הדפסה תלת ממדית הוחלה בתחום הרפואי מאז שנות ה-80, במיוחד בניתוח להדמיה מבצעית, למידה אנטומית ואימון כירורגי1. לדוגמה, בפעולות השדרתי, סימולציה מראש ניתן לנהל באמצעות 3D מודפס כלי דם דגמי2. עם פיתוח של הדפסה תלת-ממדית, מרקם, טמפרטורה, מבנה ומשקל של כלי דם מוחין יכול להיות מדומה במידה הרבה ביותר של תרחישים קליניים. מתלמדים יכולים לבצע פעולות כירורגיות כגון חיתוך והעצמה על מודלים כאלה. ההכשרה הזאת חשובה מאוד. למנתחים3,4,5 כיום, תיקוני טיטניום שנוצרו על ידי הדפסה 3D יש גם בהדרגה הוחל6, מאז תותבות הגולגולת שפותחה על ידי הדפסה 3d לאחר הדמיה ושחזור מאוד conformal. עם זאת, פיתוח ויישום של הדפסה 3D ב נוירוכירורגיה עדיין מוגבל.

הטבעת חור בר, כחלק של התקן קיבוע העופרת, נעשה שימוש נרחב גירוי מוחי עמוק (DBS)7,8,9,10. עם זאת, טבעות חור הבור הנוכחי נעשים על ידי יצרני המכשיר הרפואי על פי מפרטים ומידות אחיד. הטבעת הסטנדרטית של בור הגולגולת אינה מתאימה תמיד לכל התנאים, כגון מומים מגולגלות וניוון קרקפת. זה עשוי להגביר את חוסר הוודאות של הפעולה ולהפחית את הספיחה. הופעתה של הדפסה 3D מאפשר לפתח אישית טבעות חור בר עבור חולים בתרחישים קליניים5. במקביל, טבעת חור בר, אשר אינו קל להשגה, אינו מסיע הפגנה נרחבת לפני הניתוח ואימון כירורגי1.

כדי לטפל בבעיות שהוזכרו לעיל, הצעתי לבנות טבעת חור בר עם הדפסה תלת-ממדית. מחקר קודם במעבדה שלנו תיאר טבעת חור חדשני בגולגולת עבור DBS11. במחקר זה, טבעת זו חור חדשני ייחשב דוגמה מצוינת להפגין את תהליך הייצור המפורט. לכן, מטרת מחקר זה היא לספק תהליך מידול ותהליך טכני מפורט של בניית טבעת בור מוצק בגולגולת באמצעות הדפסה תלת-ממדית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ציור דו מימדי (2D)-תמונה של טבעת חור בגולגולת

  1. פתח את תוכנת העיצוב בעזרת מחשב דו-ממדי (CAD) ולאחר מכן צור מסמך גרפי.
  2. לחץ על צייר | שורה וציור של נקודת התייחסות בקו אחיד בציור. לחץ על שינוי | היסטוהקלד את מרחק ההיסט הספציפי בשורת הפקודה.
  3. לחץ על האובייקט ולחץ על ידי לחצן העכבר השמאלי כדי ליצור קו אחיד. לחץ על שינוי | קיטום, בחר את האזור שייחתך ולחץ על הקו הנוסף.
  4. קחו את טבעת הבור הפנימית לדוגמה, ציירו שלוש תצוגות שונות של הטבעת הפנימית המבוססת על הגודל הנקבע מראש בתוכנת ה-CAD. תחילה, ציירו את התצוגה הקדמית ושנה את הגרף בזהירות עד שיתאים למבנה המצופה (איור 1d).
  5. צייר את התצוגה העליונה על-ידי לחיצה על צייר | קו לבניית נקודת ההתייחסות תחילה ולאחר מכן לחץ על צייר | מעגל | מרכוז, קוטרוקלט את הערך הכמותי של רדיוס ספציפי של מעגל או קוטר בחלון הפקודה. לחץ על מרכז נקודת ההתייחסות כדי ליצור עיגול (איור 1f).
  6. צייר את התצוגה השמאלית של טבעת חור הגולגולת הפנימית עם אותה גישה כמו זו של המבט הקדמי (איור 1e).
  7. לחץ על ממד | קוטר, ולאחר מכן לחץ על ההיקף כדי לסמן את קוטר המעגל (איור 1f).
  8. לחץ על ממד | ליניארי ולסמן את אורך ועובי של כל המבנים המשויכים (איור 1d, e). לחץ על ממד | רדיוס כדי לסמן את זווית התא (איור 1ד).
  9. באמצעות אותו פרוטוקול, לבנות ציורים דו-ממדית של הטבעת חור הגולגולת החיצונית, ולסמן את הגודל בפועל ואת התיוג (איור 1א-ג).
  10. הוסיפו את הדרישות הטכניות של תהליך הייצור, כולל חוזק, קשיחות וחוסר סדקים. כמו-כן, יש צורך בהחלקת הקיר החיצוני.
  11. קלינק על שמור כדי לשמור את התמונה 2d של הטבעת חור בגולגולת.
    הערה: כל המבנים שהוזכרו לעיל נמצאים ביחידות של מילימטרים (mm).

2. בניית תמונה תלת-ממדית של טבעת חור הגולגולת

  1. הפעל את תוכנת הציור התלת-ממדית (עיין בטבלת החומרים). בחר חדש | חלק | מוצק ובטל שימוש בתבנית ברירת המחדל. בחר part_solid באפשרויות קובץ חדשות ולחץ על אישור כדי ליצור ממשק חדש להגדרת מודל חלק פיזי.
  2. לחץ על התכונה חלק במנהל התפריט מימין ובחר ליצור | מוצק | הוסף גיליון. בתפריט הנפתח מוצק , בחר סובב | . בסדר גמור לחץ על העקבות של הסקיצה הראשונית. בחר את המישור "הקדמי" כמישור השרטוט, ולאחר מכן לחץ על ברירת מחדל תחת תצוגת sket.
  3. בחר את הקו המנוקד בסרגל הכלים הימני של החלון וצייר את החלק העליון של המקטע בשרטוט דו-ממדי. הגודל הספציפי יהיה כפוף לציור דו מימדי. לאחר מכן לחצו על ' ציות' ובחרו באפשרות ' חלון בליטה ' בליטה . לחץ על סמל המישור של הנתון .
  4. במנהל התפריט, בחר באפשרות צור | מוצק | הוסף גיליון וסובב | . בסדר גמור לחץ על דו-צדדי בתפריט מאפיינים ולחץ על Done.
  5. לחץ על החזית | קדימה | ברירת מחדל ומישור של נתון | קו מנוקד כדי לבנות את חתך הרוחב של הגומה של טבעת חור הגולגולת החיצונית. לאחר מכן לחץ על ציות לאחר סיום במנהל התפריט. קלט "50" בזווית בכיוון המצוין [45.0000], ולאחר מכן לחץ על נעשה בחלון בליטה ולבסוף, לחץ על כפתור צביעה .
    הערה: יחידת הזווית היא מידה (°).
  6. בחרו ' הגדר מחדש ' בתכונה ' חלק ' ולחצו על מבנה הקו של הקרס. הקלט את מקטע הפקודה | הגדר | . כן, סקיצה
  7. לחץ על סמל הקו המנוקד , צור שתי תבליטי מרובע במקטע הקרס, ואז פקודת הקלט OK | בוצע | . בסדר, צביעה
  8. לחץ על סמל ציר הנתון , ואז הקלט את הפקודה להוסיף נתון | צלב, לחץ על הציר המרכזי של מבנה הקו, לחץ על זווית במישור הנתון ולאחר מכן לחץ על המישור "הקדמי" בתצוגת מבנה הקו. לחץ על ערך הקלט בתפריט היסט . קלט "-45"בזווית בכיוון מצוין [45.0000].
    הערה: יחידת הזווית היא מידה (°).
  9. לחץ על תכונות | העתק | . זה מראה לחץ על הוו כאשר האובייקט והפקודה קלט נעשה לבחור | . בסדר גמור לחץ על המישור הנתון כדי להשלים את העותק. באופן דומה, שני הקרסים הנותרים מועתקים בדרך זו. לחץ על צור מעגל קונצנטריים כדי לבנות עיגול עם רדיוס של 7.23 מ"מ, לחץ על פילוח של פרימיטיביים בסמל נקודות נבחרות כדי להסיר את הקווים המיותרים של המעגל.
  10. לחצו על לחצן קו מלא בסרגל הכלים הימני כדי ליצור מקטע הקיר החיצוני המלא. לאחר מכן הקלט את הפקודה OK | . בסדר גמור
    הערה: יחידת הרדיוס היא מילימטר (mm).
  11. קלט "4" ב הזן עומק, ולאחר מכן לחץ על צביעה. הקלט את שיקוף הפקודה | . בסדר גמור לאחר מכן לחץ על האובייקט ולחץ בוצע. לחץ על המישור הנתון כדי להשלים את העותק.
  12. הקלט את עותק הפקודה | ראי | בוצע, ובחר שני קירות חיצוניים בכיוונים שונים, לחץ על Done כדי להתאים. לחץ על המישור הנתון כדי להשלים את העותק.
  13. הקלט את תצוגת הפקודה | הגדרות מודל | צבע ומראה | . הוסףאת זה כוונן את מחוון הצבע RGB וכוונן את הצבע לחום כדי להציג את הפרטים הגרפיים באופן חזותי יותר. לאחר מכן הקלט את הפקודה סגור | הגדרות | . אנימבין.
  14. לחץ על לחצן ביטול קווים מוסתרים, לחץ על מעגל קונצנטריים, להמשיך ליצור קצה חיצוני על הקיר החיצוני, לחץ על פילוח של פרימיטיביים בלחצן נקודות נבחרות כדי להסיר קווים עודפים, ולחץ על ה לחצן קו אחיד כדי לחבר את הקצה החיצוני החדש שנוספו למקטע שלם. לחץ על אישור.
  15. קלט "0.8" בעומק האינטר. לחץ על אישור בחלון הבליטה . במנהל התפריט, הקלט את עותק הפקודה | ראי | . בסדר גמור לחץ על האובייקט ולחץ על done. הקלט את הפקודה ליצור בחינת ביצועים | היסט.
    הערה: יחידת העומק היא מילימטר (mm).
  16. לחץ על ערך הקלט בהיסט והזן את "0.4" כאיזומטרי של הכיוון שצויןולאחר מכן לחץ על בוצע.
    הערה: יחידת ההיסט היא מילימטר (mm).
  17. הקלט את עותק הפקודה | ראי | בוצע, לחץ על הקיר החיצוני. הקלט את הפקודה שנעשתה בחירה | . בסדר גמור לחץ על בצע בחירה ולחץ על done. לחץ על הנתון של התמונה כדי להשלים את העותק. בדרך זו, פעולת השיקוף של הקיר החיצוני וההבלטה המרובעת מסתיימת בהתאמה.
  18. הקלט את קובץ הפקודה | העתק, בחר שמור בפורמט stl (* STL) בתפריט הנפתח סוג חלק, הזן מספר חלק ולחץ על אישור.
  19. בתיבת הדו הפלט STL , להתאים את גובה אקורד 0.006 ואת השליטה זווית ל 0.00001. הקלט את הפקודה החל | . אנימבין.
  20. השתמש באותן שיטות שלעיל כדי לבנות את תמונת התלת-ממד של הטבעת הפנימית.

3. שימוש במדפסת תלת-ממדית להדפסת הדגם הפיזי של טבעת חור בר

  1. פתח את תוכנת זיהוי המודל, הקלט את פרוייקט הפקודה | פתח, בחר קובץ STL אחד בתיבת הדו פתיחת קובץ נפתח ולאחר מכן לחץ על פתח. בתוכנה זו תופיע אזהרה אם הפגמים יזוהו במודל זה (איור 3). אם נמצא, תקן את המודל לפני ההדפסה. אם אין פגמים, לחץ על פלט.
  2. לאחר שתאשר שהטבעת החיצונית תושלם, הקלט את חלק הפקודה | חלק ייצוא | כמו STL | . בסדר, שמור השתמש בהוראות הנ ל כדי לזהות את הפגמים של הטבעת הפנימית.
  3. לאחר זיהוי מודל, יש לעצב את הנתיב המודפס. פתח את תוכנת הפריסה, לחץ על קובץ | טען קובץ מודל, לחץ על קובץ STL אחד ולחץ על פתח לייבוא.
  4. לחץ על לחצן העכבר השמאלי כדי לבחור את המסלול הנעים של החלק, להתאים את המיקום של חלקים. בצד שמאל של המסך, לקבוע את מהירות ההדפסה ל 30 מ"מ/s, הדפסה טמפרטורה 210 ° c וטמפרטורת המיטה כדי 80 ° צ' (איור 4).
  5. לחץ על נתיב כלים ל-SD כדי לשמור את הקובץ בתבנית gcode כדי ליצור נתיב מודפס (איור 3).
  6. הפעל את המדפסות התלת-ממדית, לחץ על לחצן החימום מראש בממשק הראשי, הגדר את טמפרטורת המיטה עד 80 ° c וטמפרטורת החרירים ל-210 ° c. לחצו על ' הדפס ' כשהטמפרטורה עולה לערך הקבוע מראש, בחרו בקובץ היעד ולחצו על ' אשר ' להתחלת ההדפסה.
  7. הטבעת החיצונית תודפס תחילה (איור 5א). לאחר שרשת התמיכה התחתונה נבנתה, זרבובית ההדפסה מתחילה לבנות את הטבעת החיצונית אנכית שכבה על ידי שכבה (איור 5ב-d). תהליך זה אורך כ -13 דקות.
  8. לאחר שהטבעת החיצונית נוצרת, זרבובית המדפסת ממשיכה להפוך את הטבעת הפנימית בצד ימין (איור 5ג, ד), שאורכת כ-8 דקות.
  9. להסיר את שני החלקים מן הפלטפורמה לאחר קירור להיווצר (איור 5e, f).

4. מדידה של שגיאה אבסולוטית

  1. כדי למדוד את השגיאה המוחלטת, בחר חמישה חלקים מודפסים באופן אקראי. למדוד ולתעד את הפרמטרים של כל אחד מהחלקים באמצעות מחוגות ורנייר. בחר את דיוק המדידה ב 0.02 מ"מ.
  2. חישוב שגיאת הממוצע של כל חלק וטווח השגיאה של השגיאה המוחלטת (איור 6א, ב).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

שלוש תצוגות של תמונות דו-ממדיות נבנו באמצעות תוכנת CAD מסחרית (עיין בטבלת החומרים). בתמונות אלה, גודל מעשי ודרישות טכניות נוספו גם (איור 1). עוד, נתונים תלת-ממדיים נבנו (איור 2) ונשמרו בפורמט STL (איור 3). כפי שהוצג באיור 4, נבנו חלקים מוצקים על מצע המדפסת. בחירת חמש קבוצות של חלקים אלה, שגיאה אבסולוטית וטווח שגיאות חושבו (איור 6א, ב). התוצאה הראתה כי, בזירה החיצונית, השגיאה המוחלטת המקסימלית והשגיאה המוחלטת המינימלית נמצאו בקוטר החיצוני של המותניים ובעובי העליון בהתאמה. בטבעת הפנימית, השגיאה המוחלטת המרבית והשגיאה המוחלטת המינימלית נמצאו בקוטר הפנימי ובעובי העליון בהתאמה. טווח השגיאה הכולל היה [0.00, 0.59] (איור 6א, ב).

קובץ STL הוא המרה נוספת לקובץ Gcode ב-solfware חותך. לאחר מכן, הקובץ Gcode מועבר לתוך מדפסת תלת-ממד באמצעות כרטיס SD. במדפסת 3D, סיבי פחמן הוזן באמצעות יציאת ההזנה. יחידת בקרת טמפרטורה שימש כדי לשלוט על המסת סיבי הפחמן ואת הזרבובית שימש כדי לשלוט על שחרורו של חומר הדפסה ולבנות את המודל מוצק.

Figure 1
איור 1: תמונה דו-ממדית של טבעת חור בר. (a-c) תצוגת 2d (תצוגה קדמית, תצוגה שמאלית ותצוגה עליונה, בהתאמה) של הטבעת החיצונית. (d-f) תצוגת 2d (תצוגה קדמית, תצוגה שמאלית ועליונה, תצוגה בהתאמה) של הטבעת הפנימית. יחידה: mm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תמונה תלת-ממדית של טבעת חור הגולגולת. (a-c) תצוגות תלת-ממד (מבט חזיתי, תצוגה שמאלית ותצוגה עליונה, בהתאמה) של הטבעת החיצונית. (d-f) תצוגות תלת-ממד (מבט חזיתי, תצוגה שמאלית ותצוגה עליונה, בהתאמה) של הטבעת הפנימית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: תרשים הזרימה לבניית טבעת חור בר באמצעות הדפסה תלת-ממדית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: התהליך של חיתוך הטבעת חור הגולגולת על ידי חיתוך solfware. ב החיתוך solfware, מודל STL נחתכה לתוך 0.1 מ"מ שכבות עבות (החצים מוצק שחור). פרמטרים כגון מהירות וטמפרטורה נקבעו (תיבה אדומה) כדלקמן: מהירות ההדפסה ב 30 מ"מ/s, הדפסה טמפרטורה ב 210 ° c וטמפרטורת המיטה ב 80 ° c. לבסוף, הלמנו את שמירת נתיב הכלים, וקובץ STL הוסב לקבצי gcode עבור הדפסה תלת-ממדית ישירות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: הדוגמה לבניית טבעת חור בר באמצעות הדפסה תלת-ממדית. (א) החץ המוצק שמשמאל הצביע על הזרבובית והחץ המוצק בצד ימין הראו את הלוח הנוגע למגע, ששימש לארח את הדגם המוצק. (ב) הטבעת החיצונית (החץ המוצק) נבנתה על לוחית המגע הנוגעת ללב. (ג) הטבעת הפנימית נבנתה על הלוחית הנוגעת ללב (החץ המוצק). (ד) הטבעת הפנימית נבנתה בצד ימין של המיטה (החץ המוצק). (e-f) דוגמה של הטבעת הפנימית והטבעת החיצונית (החץ המוצק) לאחר ליטוש. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: מדידה של שגיאה אבסולוטית. (א) שגיאה מוחלטת וטווח שגיאות של טבעות חיצוניות (AE = | MV-SV |; המבנים העיקריים: (1) הקוטר החיצוני של החלק העליון; (2) הקוטר החיצוני של המותניים; (3) עובי הגוף העיקרי; (4) עובי של החלק העליון; (5) רוחב הקרס; (6) הקוטר הפנימי של החלק העליון). (ב) שגיאה מוחלטת וטווח שגיאות של טבעות פנימיות (AE = | MV-SV |; מבנים עיקריים: (1) מתחת לקוטר העליון; (2) הקוטר החיצוני של החלק התחתון; (3) קוטר פנימי; (4) גובה כולל; (5) עובי החלק התחתון; (6) עובי של החלק העליון. P = part, MV = מנמדד ערכים, SV = ערכים סטנדרטיים, AE = שגיאה מוחלטת, ER = טווח שגיאות. דיוק = 0.02 מ"מ; יחידה = mm. נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

משלים קובץ 1: טבעת חור בגולגולת חיצונית. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה. (לחץ לחיצה ימנית להורדה).

קובץ משלים 2: טבעת חור פנימי בגולגולת. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה. (לחץ לחיצה ימנית להורדה).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

תוצאות אלה הראו כי התוכנה בשימוש היו מעשית מעשית לבנות דגמי תלת-ממד של טבעות חור בר (איור 1 ואיור 2), והדפסה 3d ניתן להשתמש כדי לבנות דגמים מוצקים עם חומרים ייעודיים (איור 4). במונחים של גודל המודל המוצק, אירעה שגיאה מוחלטת בין 0 ל-0.59 מ"מ שנקבעה באמצעות המדידה שנעשתה על-ידי מדידת נייר ורנייר (איור 6). במידה מסוימת, השגיאה היא בלתי נמנעת מאחר ששגיאה מוחלטת כזו נובעת מגורמים רבים, כגון איכות מכשיר ההדפסה. מדפסות תעשייתיות יכולות להיות בעלי דיוק טוב יותר. בנוסף, בעת בניית חלקים קטנים ומדויקים יותר, השגיאה המוחלטת היא ברורה יותר. באופן כללי, כפי שמוצג באיור 3, התהליך שבנה את המודל והוא הקים את המודל המוצק על ידי הדפסת תלת-ממד יעילה ומעשית. למרות שקיימת שגיאה מוחלטת, ניתן לצמצם את השגיאה על-ידי שיפור איכות המדפסות וכוונון מדויק של פרמטרי ההדפסה.

טבעת של בור חדשני בגולגולת עבור DBS התפרסם בעבר11. במחקר זה, אותו מודל הוחל כדוגמה כדי להדגים עוד את תהליך סיסטמטי של עשיית השתלים הקשורים. כיום, ביישום קליני מוגבל של הדפסה 3D, מודל בניין בדרך כלל מאמצת שתי שיטות: ראשית, מידול CAD נעשה שימוש כדי ליצור דגמי תלת-ממד עבור פעולות נוספות הדפסה תלת-ממד12. שנית, נתוני הדמיה (כמו בפורמט של DICOM) השתמשו כדי לשחזר את מבנה העצמות של חולים במודלים תלת מימדיים על פי נתוני CT ו-MRI. לאחר הרינדור, הנתונים יכולים להיות המרה נוספת לתוך קבצים STL ניתן לעריכה, ולאחר מכן מבנה אנטומי מאוד מדומה יכול להיות מיוצר על ידי הדפסה 3d12,13,14. כמו כן, תיקון או השתלת חומרים מתאימים מאוד למבנה ניתן לעיצוב לפי המבנה האנטומי של שחזור תלת מימדי15,16,17. שיטה זו הוחלה בניתוחי הגולגולת. מחקר קודם הראה טלאים הגולגולת טיטניום שנבנה על ידי טכנולוגיית הדפסה 3D6. למרות שימוש בטכנולוגיית הדפסה תלת ממדית לבניית טבעות חור בר באמצעות הדמיית זרימה אמינה במחקר זה אפשרי, זו שיטת דוגמנות יש מגבלות מסוימות בפועל.

להיות שונה מן הייצור המסורתי של טבעות חור בר, מחקר זה הציע להשתמש בהדפסת תלת-ממד כדי לבנות חלקים אלה להשתלות. למעשה, מוצרים מסורתיים הם בעיקר אחיד בגודל, אשר אינו חל על כמה חולים עם וריאציה בצורת הגולגולת ניוון הקרקפת. היישום של הדפסה 3D היה פוטנציאל לספק את השתלים מותאמים אישית עבור חולים שונים. מחקרים קודמים הציעו ויישמו את היישום של הדפסה 3D כדי לייצר שברי הגולגולת תיקון פגם בגולגולת, והראה את האפקט הקבוע שלה6. היעילות של DBS עבור מחלות נוירוכירורגית פונקציונלי כבר מוכר באופן נרחב (כגון מחלת פרקינסון, dyskinesia)18,19,20, אבל הפופולריות של הטיפול הזה הוא מוגבל, אשר עשוי להיות תוצאה של הנטל הכלכלי הנגרם כתוצאה מעלויות מתכלים גבוהות. מוצרים שנעשו על ידי הדפסה 3D יש את היתרונות של יעילות ייצור גבוהה, עלות נמוכה והתאמה אישית, מה שהופך הדפסה 3D של פוטנציאל גדול בתחום. הפיתוח והיישום של טכנולוגיה זו עשויים לספק לחולים יותר עם הזדמנות לקבל ניתוח DBS. עם זאת, ישנם דיווחים מעטים על השימוש בהדפסת תלת-ממד כדי לייצר מתכלים עבור DBS בספרות.

יתר על כן, טבעת חור בר שנבנה על ידי הדפסה 3D יכול להיות יתרונות אחרים. זה מוצר אבי טיפוס מהיר יכול לשמש להדגמה מראש, אשר ליידע את החולים ומשפחותיהם על ההליך של השתלת אלקטרודה ולשפר את התקשורת רופא-מטופל ביעילות. רופאים יכולים לבצע סימולציה preאופרטיבית הדרכה כירורגית באמצעות 3D מוצרים מודפסים כדי למקסם את הסימולציה של ניתוח DBS, אשר ביעילות לשפר את כישורי הניתוח שלהם. בטיפול כירורגי בגידולים ובניתוחי הגולגולת, מוצרים מודפסים תלת-ממדיים הוחלו על אימון כירורגי2,5.

מחקר זה משמש סיבי פחמן, אשר יש חוזק טוב קשיחות, כמו חומר ההדפסה כדי להראות את תהליך הייצור של הדפסה 3D. בפועל, יש לשקול גורמים רבים בחומר השתל. ראשית, אם השתל יש חיטוי מעולה ביצועים והוא יכול לשמור על המאפיינים שלה ללא שינוי תחת תחמוצת אתילן ואדים חם במשך זמן רב12. שנית, השתלים צריכים להיות ביותאימות טובה וניתן להניחה במשך זמן רב ללא הכחשת הגוף. שלישית, שתלים צריך כוח מכני מעולה, קשיחות ועמידות כימית.

במחקר זה, הקמת טבעת חור בגולגולת כדוגמה הוכח לתאר בשיטתיות את התהליך ממידול להדפסה 3D. זוהי דוגמה מלאה לתהליך. בעתיד, השימוש בתוכנת CAD, נתוני הדמיה (למשל, DICOM) והדפסה תלת-ממדית לבניית טבעת חור בר יש לעודד. כפי שהוזכר לעיל, 3D שחזור של נתונים DICOM שהושגו על ידי הדמיה ניתן להמיר עוד לתוך קבצים STL שניתן להשתמש בהם עבור הדפסה תלת-ממדית. זוהי גם שיטת המידול המיינסטרים בתרחישים קליניים12,13. שיטה זו לא הוחלה בניתוח DBS.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מקרן המדע הטבעי של פרובינצית גואנג-דונג (No. 2017A030313597) ו האוניברסיטה הדרום רפואי (לא. . LX2016N006, לא 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