Toepassing van 3D-printen in de bouw van Burr hole ring voor diepe hersenstimulatie implantaten
Summary
Hier presenteren we een protocol om 3D-printen te demonstreren bij de bouw van diepe hersenstimulatie implantaten.
Abstract
3D-printen is op grote schaal toegepast in de medische praktijk sinds de jaren 1980, vooral in chirurgie, zoals preoperatieve simulatie, anatomische leren en chirurgische training. Dit verhoogt de mogelijkheid om 3D-printen te gebruiken om een neurochirurgisch implantaat te bouwen. Onze vorige werken namen de bouw van de Burr hole ring als voorbeeld, beschreef het proces van het gebruik van softwares zoals computer aided design (CAD), Pro/Engineer (Pro/E) en 3D-printer om fysieke producten te construeren. Dat wil doen, een totaal van drie stappen zijn vereist, de tekening van 2D-beeld, de bouw van 3D-beeld van Burr hole ring, en het gebruik van een 3D-printer om het fysieke model van Burr hole ring af te drukken. Dit protocol laat zien dat de Burr hole ring gemaakt van koolstofvezel snel en nauwkeurig kan worden gevormd door 3D printen. Het gaf aan dat zowel CAD-als Pro/E-software kan worden gebruikt om de Burr-gatring te construeren via integratie met de klinische beeldvormings gegevens en verder toegepaste 3D-afdrukken om de individuele verbruiksartikelen te maken.
Introduction
3D-printen is toegepast in de medische praktijk sinds de jaren 1980, vooral in chirurgie voor preoperatieve simulatie, anatomische leren en chirurgische training1. Bijvoorbeeld, in cerebrovasculaire operaties, preoperatieve simulatie kan worden uitgevoerd met behulp van 3D gedrukte vasculaire modellen2. Met de ontwikkeling van 3D-printen kunnen de textuur, temperatuur, structuur en het gewicht van cerebrale bloedvaten worden gesimuleerd in de grootste mate van klinische scenario’s. Stagiairs kunnen chirurgische ingrepen uitvoeren, zoals snijden en klemmen op dergelijke modellen. Deze training is erg belangrijk voor de chirurgen3,4,5. Momenteel, Titanium patches gevormd door 3D-printen zijn ook geleidelijk toegepast6, aangezien de schedel protheses ontwikkeld door 3D Printing na beeldvorming en reconstructie zijn zeer conformaal. De ontwikkeling en toepassing van 3D-printen in Neurochirurgie is echter nog steeds beperkt.
De Burr hole ring, als onderdeel van de lead fixatie apparaat, is op grote schaal gebruikt in diepe hersenstimulatie (DBS)7,8,9,10. Echter, de huidige Burr hole ringen worden gemaakt door fabrikanten van medische apparatuur volgens de uniforme specificaties en afmetingen. Deze standaard Burr hole ring is niet altijd geschikt voor alle omstandigheden, zoals schedel malformatie en hoofdhuid atrofie. Het kan de onzekerheid van de werking vergroten en de acurratie verminderen. De opkomst van 3D-printen maakt het mogelijk geïndividualiseerde Burr-gatringen te ontwikkelen voor patiënten in klinische scenario’s5. Tegelijkertijd is de Burr hole ring, die niet gemakkelijk te verkrijgen is, niet bevorderlijk voor uitgebreide preoperatieve demonstratie en chirurgische training1.
Om de bovengenoemde problemen aan te pakken, hebben we voorgesteld om een Burr hole ring te bouwen met 3D Printing. Een eerdere studie in ons laboratorium beschreef een innovatieve Burr hole ring voor DBS11. In deze studie wordt deze innovatieve Burr hole ring beschouwd als een uitstekend voorbeeld om het gedetailleerde productieproces te vertonen. Daarom is het doel van deze studie om een modelleringsproces te bieden en een gedetailleerd technisch proces van het bouwen van een solide Burr hole ring met behulp van 3D-printen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze resultaten toonden aan dat de gebruikte software haalbaar was om 3D-modellen van Burr hole Rings te bouwen (Figuur 1 en Figuur 2), en 3D-printen kan worden gebruikt om solide modellen met aangewezen materialen te bouwen (Figuur 4). In termen van de grootte van het vaste model was er een absolute fout van 0 tot 0,59 mm, bepaald door de meting door de Vernier remklauwen (Figuur 6). Tot op zekere hoog…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt ondersteund door subsidies uit het Fonds voor Natuurwetenschappen van de provincie Guangdong (No. 2017A030313597) en Southern Medical University (No. LX2016N006, nee. 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).
