Applicazione della stampa 3D nella costruzione dell'anello di foro di Burr per impianti di stimolazione cerebrale profonda
Summary
Qui presentiamo un protocollo per dimostrare la stampa 3D nella costruzione di impianti di stimolazione cerebrale profonda.
Abstract
La stampa 3D è stata ampiamente applicata in campo medico fin dagli anni ’80, in particolare nella chirurgia, come la simulazione preoperatoria, l’apprendimento anatomico e la formazione chirurgica. Questo aumenta la possibilità di utilizzare la stampa 3D per costruire un impianto neurochirurgico. I nostri lavori precedenti hanno preso come esempio la costruzione dell’anello del foro di bava, descritto il processo di utilizzo di software come computer aided design (CAD), Pro/Engineer (Pro/E) e stampante 3D per la costruzione di prodotti fisici. Cioè, un totale di tre passaggi sono necessari, il disegno di immagine 2D, la costruzione di immagine 3D di anello foro burr, e utilizzando una stampante 3D per stampare il modello fisico di anello foro burr. Questo protocollo mostra che l’anello di burr foro in fibra di carbonio può essere stampato rapidamente e con precisione dalla stampa 3D. Ha indicato che sia i software CAD che Pro/E possono essere utilizzati per costruire l’anello del foro di bava mediante l’integrazione con i dati di imaging clinico e la stampa 3D applicata ulteriormente per rendere i singoli materiali di consumo.
Introduction
La stampa 3D è stata applicata in campo medico fin dagli anni ’80, in particolare in chirurgia per simulazione preoperatoria, apprendimento anatomico e formazione chirurgica1. Ad esempio, nelle operazioni cerebrovascolari, la simulazione preoperatoria può essere condotta utilizzando modelli vascolari stampati in 3D2. Con lo sviluppo della stampa 3D, la consistenza, la temperatura, la struttura e il peso dei vasi sanguigni cerebrali possono essere simulati nella massima misura degli scenari clinici. I tirocinanti possono eseguire operazioni chirurgiche come il taglio e la serraggio su tali modelli. Questa formazione è molto importante per i chirurghi3,4,5. Attualmente, i cerotti in titanio formati dalla stampa 3D sono stati gradualmente applicatianche 6, poiché le protesi del cranio sviluppate dalla stampa 3D dopo l’imaging e la ricostruzione sono altamente conformi. Tuttavia, lo sviluppo e l’applicazione della stampa 3D in neurochirurgia è ancora limitata.
L’anello del foro della bava, come parte del dispositivo di fissaggio del piombo, è stato ampiamente utilizzato nella stimolazione cerebrale profonda (DBS)7,8,9,10. Tuttavia, gli anelli del foro di bava attuali sono realizzati da produttori di dispositivi medici in base alle specifiche e alle dimensioni unificate. Questo anello foro bava standard non è sempre adatto a tutte le condizioni, come malformazione del cranio e atrofia del cuoio capelluto. Può aumentare le incertezze di funzionamento e ridurre la acurracia. L’emergere della stampa 3D permette di sviluppare anelli di foro personalizzate per i pazienti in scenari clinici5. Allo stesso tempo, l’anello di burr foro, che non è facile da ottenere, non è favorevole a un’estesa dimostrazione preoperatoria e formazione chirurgica1.
Per affrontare i problemi di cui sopra, abbiamo proposto di costruire un anello foro bava con stampa 3D. Uno studio precedente nel nostro laboratorio ha descritto un innovativo anello di foro di bava per DBS11. In questo studio, questo innovativo anello di foro di bava sarà considerato un ottimo esempio per mostrare il processo di produzione dettagliato. Pertanto, lo scopo di questo studio è quello di fornire un processo di modellazione e un processo tecnico dettagliato di costruzione di un anello foro solido utilizzando la stampa 3D.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questi risultati hanno mostrato che il software utilizzato era praticabile per costruire modelli 3D di anelli di foro di bava (Figura 1 e Figura 2), e la stampa 3D può essere utilizzata per costruire modelli solidi con materiali designati ( Figura4). In termini di dimensioni del modello solido, si è verificato un errore assoluto da 0 a 0,59 mm determinato attraverso la misurazione effettuata dalle pinze Vernier (<strong class="xfi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è supportato da sovvenzioni dal Fondo di Scienza Naturale della Provincia del Guangdong (N. 2017A030313597) e dalla Southern Medical University (N. . 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).
