Aplicación de la impresión 3D en la construcción del anillo de agujero de rebaba para implantes de estimulación cerebral profunda
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para demostrar la impresión 3D en la construcción de implantes de estimulación cerebral profunda.
Abstract
La impresión 3D se ha aplicado ampliamente en el campo médico desde la década de 1980, especialmente en cirugía, como la simulación preoperatoria, el aprendizaje anatómico y el entrenamiento quirúrgico. Esto aumenta la posibilidad de utilizar la impresión 3D para construir un implante neuroquirúrgico. Nuestros trabajos anteriores tomaron la construcción del anillo de agujero de rebaba como un ejemplo, describió el proceso de uso de softwares como diseño asistido por computadora (CAD), Pro/Engineer (Pro/E) e impresora 3D para construir productos físicos. Es decir, se requieren un total de tres pasos, el dibujo de la imagen 2D, la construcción de la imagen 3D del anillo de agujero de rebaba, y el uso de una impresora 3D para imprimir el modelo físico del anillo de agujero de rebaba. Este protocolo muestra que el anillo de orificio de rebaba hecho de fibra de carbono se puede moldear rápida y precisamente mediante impresión 3D. Indicó que los softwares CAD y Pro/E se pueden utilizar para construir el anillo de orificio de rebaba mediante la integración con los datos de imágenes clínicas y la impresión 3D aplicada para fabricar los consumibles individuales.
Introduction
La impresión 3D se ha aplicado en el campo médico desde la década de 1980, especialmente en cirugía para simulación preoperatoria, aprendizaje anatómico y formación quirúrgica1. Por ejemplo, en operaciones cerebrovasculares, la simulación preoperatoria se puede llevar a cabo utilizando modelos vasculares impresos en 3D2. Con el desarrollo de la impresión 3D, la textura, temperatura, estructura y peso de los vasos sanguíneos cerebrales se pueden simular en la mayor medida de los escenarios clínicos. Los aprendices pueden realizar operaciones quirúrgicas como cortar y sujetar estos modelos. Este entrenamiento es muy importante para los cirujanos3,4,5. Actualmente, los parches de titanio formados por la impresión 3D también se han aplicado gradualmente6,ya que las prótesis de cráneo desarrolladas por la impresión 3D después de la toma de imágenes y la reconstrucción son altamente conformes. Sin embargo, el desarrollo y la aplicación de la impresión 3D en neurocirugía sigue siendo limitado.
El anillo de orificio de rebaba, como parte del dispositivo de fijación de plomo, ha sido ampliamente utilizado en la estimulación cerebral profunda (DBS)7,8,9,10. Sin embargo, los anillos de agujeros de rebaba actuales son fabricados por fabricantes de dispositivos médicos de acuerdo con las especificaciones y dimensiones unificadas. Este anillo de agujero de rebaba estándar no siempre es adecuado para todas las condiciones, como la malformación del cráneo y la atrofia del cuero cabelludo. Puede aumentar las incertidumbres de funcionamiento y reducir la acurración. La aparición de la impresión 3D permite desarrollar anillos de agujero de rebaba individualizados para pacientes en escenarios clínicos5. Al mismo tiempo, el anillo de agujero de rebaba, que no es fácil de obtener, no es propicio para una extensa demostración preoperatoria y entrenamiento quirúrgico1.
Para abordar los problemas mencionados anteriormente, propusimos construir un anillo de agujero de rebaba con impresión 3D. Un estudio anterior en nuestro laboratorio describió un innovador anillo de agujero de rebaba para DBS11. En este estudio, este innovador anillo de agujero de rebaba será considerado como un excelente ejemplo para exhibir el proceso de producción detallado. Por lo tanto, el propósito de este estudio es proporcionar un proceso de modelado y un proceso técnico detallado de construcción de un anillo de agujero de rebaba sólida utilizando impresión 3D.
Protocol
Representative Results
Discussion
Estos resultados mostraron que el software utilizado era factible para construir modelos 3D de anillos de agujeros de rebaba(Figura 1 y Figura 2),y la impresión 3D se puede utilizar para construir modelos sólidos con materiales designados(Figura 4). En cuanto al tamaño del modelo sólido, hubo un error absoluto de 0 a 0,59 mm determinado a través de la medición realizada por las pinzas Vernier(Figura 6</str…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo está respaldado por subvenciones del Fondo de CienciaS Naturales de la Provincia de Guangdong (No 2017A030313597) y la Universidad Médica del Sur (No. 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).
