تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد في بناء حلقة ثقب لدغ لزرع تحفيز الدماغ العميق
Summary
هنا، نقدم بروتوكول اثبات الطباعة ثلاثية الأبعاد في بناء غرسات تحفيز الدماغ العميق.
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.
Protocol
Representative Results
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 القي…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويدعم هذا العمل من خلال منح من صندوق العلوم الطبيعية في مقاطعة قوانغدونغ (رقم 2017A030313597) والجامعة الطبية الجنوبية (رقم. LX2016N006, No. 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).
