Derin Beyin Stimülasyon İmplantları için Burr Delik Halkası Yapımında 3D Baskı Uygulaması

Özet

Burada, derin beyin stimülasyon implantları yapımında 3D baskı göstermek için bir protokol sıyoruz.

Özet

1980'li yıllardan bu yana tıp alanında, özellikle ameliyat öncesi simülasyon, anatomik öğrenme ve cerrahi eğitim gibi cerrahi alanlarda 3Boyutlu baskı yaygın olarak uygulanmaktadır. Bu bir nöroşirürjik implant inşa etmek için 3D baskı kullanma olasılığını yükseltir. Daha önceki çalışmalarımız çapak delik halkasının yapımını örnek almış, fiziksel ürünler oluşturmak için bilgisayar destekli tasarım (CAD), Pro/Engineer (Pro/E) ve 3D yazıcı gibi yazılımları kullanma sürecini tanımlamıştır. Yani, üç adım, 2D görüntü çizim, çapak delik halkası 3D görüntü inşaat ve çapak delik halkafiziksel modeli yazdırmak için bir 3D yazıcı kullanarak toplam gereklidir. Bu protokol, karbon fiberden yapılmış çapak deliği halkasının 3D baskı ile hızlı ve doğru bir şekilde şekillendirilebilen bir yapıya sahip olduğunu göstermektedir. Hem CAD hem de Pro/E yazılımlarının, klinik görüntüleme verileriyle entegre edilerek çapak deliği halkasını oluşturmak için kullanılabileceğini ve bireysel sarf malzemelerini oluşturmak için 3D baskı uygulanabileceğini belirtti.

Giriş

1980'li yıllardan itibaren tıp alanında 3D baskı, özellikle ameliyat öncesi simülasyon, anatomik öğrenme ve cerrahi^eğitimiçin cerrahi 1 uygulanmaktadır. Örneğin serebrovasküler operasyonlarda preoperatif simülasyon 3Boyutlu baskılı vasküler modeller²kullanılarak yapılabilir. 3D baskı nın gelişmesiyle, serebral kan damarlarının dokusu, sıcaklığı, yapısı ve ağırlığı klinik senaryoların en büyüğüne benzetilebilir. Kursiyerler bu tür modelleri kesme ve bağlama gibi cerrahi operasyonlar gerçekleştirebilirler. Bu eğitim cerrahlar için çok önemlidir^3,4,5. Şu anda, 3D baskı ile oluşan titanyum yamalar da yavaş yavaş uygulanmıştır⁶, görüntüleme ve rekonstrüksiyon sonra 3D baskı tarafından geliştirilen kafatası protezleri son derece conformal beri. Ancak, nöroşirürjide 3D baskının geliştirilmesi ve uygulanması hala sınırlıdır.

Çapak delik halkası, kurşun fiksasyon cihazının bir parçası olarak, yaygın derin beyin stimülasyonu (DBS)^7,8,9,10kullanılmıştır. Ancak, mevcut çapak delik halkaları tıbbi cihaz üreticileri tarafından birleşik özellikleri ve boyutlarına göre yapılır. Bu standart çapak delik halkası her zaman kafatası malformasyonu ve kafa derisi atrofisi gibi tüm koşullar için uygun değildir. Bu operasyon belirsizlikleri artırabilir ve acurracy azaltabilir. 3D baskının ortaya çıkması, klinik senaryolarda hastalar için kişiye özel çapak deliği halkaları geliştirmeyi mümkün kılar^5. Aynı zamanda, elde etmek kolay değildir çapak delik halkası, kapsamlı preoperatif gösteri ve cerrahi eğitim için elverişli değildir¹.

Yukarıda belirtilen sorunları gidermek için, 3D baskı ile bir çapak delik halkası inşa etmeyi önerdi. Bizim laboratuvarda bir önceki çalışmada DBS¹¹için yenilikçi bir çapak delik halkası açıklanmıştır. Bu çalışmada, bu yenilikçi çapak delik halkası ayrıntılı üretim sürecini sergilemek için mükemmel bir örnek olarak kabul edilecektir. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı bir modelleme süreci ve 3D baskı kullanarak sağlam bir çapak delik halka bina ayrıntılı bir teknik süreç sağlamaktır.

Protokol

1. Bir çapak deliği halkasının iki boyutlu (2D) görüntüsünü niçin çizme

1. 2B bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımını açın ve ardından bir grafik belgesi oluşturun.
2. Beraberlik'e tıklayın | Çizgi ve çizim üzerinde düz bir çizgi ile bir referans noktası çizin. Değiştir'i tıklatın | Ofsetve komut satırında belirli ofset mesafe yazın.
3. Nesneye tıklayın ve düz bir çizgi oluşturmak için sol fare düğmesine basın. Değiştir'i tıklatın | Kırpma, kırpılacak alanı seçin ve ekstra satıra tıklayın.
4. Örneğin iç çapak delik halkasını ele alalım, CAD yazılımında önceden belirlenmiş boyuta göre iç halkanın üç farklı görünümü çizin. İlk olarak, ön görünümü çizin ve grafiği beklenen yapıyla eşleşene kadar dikkatlice değiştirin (Şekil 1d).
5. Beraberlik 'e tıklayarak üst görünümü çizin | Önce başvuru noktasını oluşturmak ve sonra Beraberlik'e tıklayın | Daire | Merkez, Çapve komut penceresinde daire veya çapı belirli yarıçapı nicel değeri girdi. Bir daire oluşturmak için başvuru noktasının ortasına tıklayın (Şekil 1f).
6. İç çapak deliği halkasının sol görünümünü ön görünümle aynı yaklaşımla çizin (Şekil 1e).
7. Boyut 'a tıklayın | Çapı, ve sonra dairenin çapını işaretlemek için çevresi tıklayın (Şekil 1f).
8. Boyut 'a tıklayın | Doğrusal ve ilişkili tüm yapıların uzunluk ve kalınlığını işaretleyin(Şekil 1d,e). Boyut'u tıklatın | Haznenin açısını işaretlemek için yarıçap (Şekil 1d).
9. Aynı protokolü kullanarak, dış çapak delik halkasının iki boyutlu çizimlerini oluşturmak ve gerçek boyutu ve etiketlemeyi işaretleyin(Şekil 1a - c).
10. Güç, tokluk ve çatlak eksikliği de dahil olmak üzere üretim sürecinin teknik gereksinimlerini ekleyin. Ayrıca dış duvarın düzleştirilmesi gerekmektedir.
11. Çapak deliği halkasının 2B görüntüsünü kaydetmek için Kaydet'te bağlantı kurun.
    NOT: Yukarıda belirtilen yapıların tümü milimetre (mm) birimlerindedir.

2. Çapak deliği halkasının 3Boyutlu görüntüsünün yapımı

1. 3B çizim yazılımını başlatın (Bkz. Malzemeler Tablosu). Yeni Seç | Bölüm | Varsayılan şablonu kullanarakkatı ve uncheck . Yeni dosya seçeneklerinde part_solid'i seçin ve fiziksel bir parça modeli ayarlamak için yeni bir arabirim oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
2. Sağdaki menü yöneticisinde Bölüm özelliğine tıklayın ve Oluştur' u seçin | Katı | Sayfa ekle. SOLID açılır menüde Döndür ' i | Bitti. Ön çizimin izini tıklatın. Çizim düzlemi olarak "ön" düzlemi seçin ve ardından SKET VIEW'ınaltında varsayılan ı tıklatın.
3. Pencerenin sağ araç çubuğundaki noktalı çizgiyi seçin ve iki boyutlu çizimde parçanın üst kısmını çizin. Belirli boyutu iki boyutlu çizim tabi olacaktır. Ardından Uygun'utıklatın ve çıkıntının Çıkıntı penceresinde Bitti'yi seçin. Datum düzlem simgesine tıklayın.
4. Menü yöneticisinde Oluştur | Katı | Sayfa Ekleve Döndür | Bitti. Özellikler menüsünde İkili'yi tıklatın ve Bitti'yitıklatın.
5. Ön Tıklayın | İleri | Varsayılan ve sonra Datum düzlemi | Dış çapak delik halkakanca kesiti oluşturmak için Noktalı Çizgi. Ardından Menü yöneticisinde Bitti'yi takip eden Uygun'u tıklatın. Belirtilen yönde Angle'a "50" girin[45.0000]ve ardından Protrusion penceresinde Bitti'yi tıklatın ve son olarak Boyama düğmesine tıklayın.
   NOT: Açının birimi derece (°) dir.
6. Parça özelliğinde Yeniden Tanımla'yı seçin ve kancanın çizgi yapısını tıklatın. Giriş komut bölümü | Tanımla | Çizim.
7. Noktalı çizgi simgesine tıklayın, kanca bölümünde iki kare kabartma oluşturun, ardından giriş komutu Tamam | Bitti | Boyama.
8. Datum eksen simgesini tıklatın, sonra bir datum ekle komutu giriş | Çapraz, çizgi yapısının orta eksenini tıklatın, datum düzleminde Açı'yı tıklatın ve ardından çizgi yapısı görünümünde "ön" düzlemini tıklatın. Ofset menüsünde giriş değerini tıklatın. "-45" girişi "Belirtilen yönde ki açı[45.0000].
   NOT: Açının birimi derece (°) dir.
9. Özellikler | Kopyala | Ayna. Nesne olarak kancaya tıklayın ve Select Yapılan giriş komutu | Bitti. Kopyayı tamamlamak için datum düzlemini tıklatın. Benzer şekilde, kalan iki kanca bu şekilde kopyalanır. 7,23 mm yarıçapı olan bir daire oluşturmak için eşmerkezli daire oluştur'a tıklayın, dairenin gereksiz çizgilerini kaldırmak için seçili noktalar simgesindeki ilkellerin Segmentasyonunu tıklatın.
10. Tam bir dış duvar bölümü oluşturmak için sağ araç çubuğundaki Katı çizgi düğmesini tıklatın. Sonra tamam komutunu girdin | Bitti.
    NOT: Yarıçapın birimi milimetre (mm) 'dir.
11. Enter "4" derinliği,sonra Boyamatıklayın . Giriş komutu Ayna | Bitti. Sonra nesneye tıklayın ve Bitti'yitıklatın. Kopyayı tamamlamak için datum düzlemini tıklatın.
12. Giriş komutu Kopya | Ayna | Bittive farklı yönlerde iki dış duvar seçin, uymak için Bitti'yi tıklatın. Kopyayı tamamlamak için datum düzlemini tıklatın.
13. Giriş komutu Görünüm | Model Ayarları | Renk ve görünüm | Ekle. Grafik ayrıntılarını görsel olarak daha fazla göstermek için RGB renk kaydırıcısını ve rengi kahverengiye ayarlayın. Sonra kapat komutunu girdin | Ayarlar | Tamam.
14. Gizli çizgileri Ortadan Kaldırdüğmesini tıklatın , eşmerkezli daire oluştur'utıklatın, dış duvarda bir dış kenar oluşturmaya devam edin, fazla çizgileri kaldırmak için seçili noktalarda ilkellerin Segmentasyonunu tıklatın ve Yeni eklenen dış kenarı tam bir bölüme bağlamak için düz çizgi düğmesi. Tamam'ıtıklatın.
15. Inter derinliğinde"0,8" girişi. Çıkıntı penceresinde Tamam'ı tıklatın. Menü yöneticisinde, Kopyala komutunu giriş yapın | Ayna | Bitti. Nesneyi tıklatın ve bitti'yitıklatın. Giriş komutu Kıyaslama ölçüt | Ofset.
    NOT: Derinliğin birimi milimetre (mm) 'dir.
16. Ofset'teki Giriş değerini tıklatın ve belirtilen yönün Izometrikolarak "0,4" girin, sonra Bitti'yitıklatın.
    NOT: Ofsetin birimi milimetre (mm) 'dir.
17. Giriş komutu Kopya | Ayna | Bitti, dış duvara tıklayın. Giriş Yap komutu Seç | Bitti. Bitti'yi tıklatın ve Bitti'yitıklatın. Kopyayı tamamlamak için resmin datum'una tıklayın. Bu şekilde dış duvarın ve kare kabartmanın ayna çalışması sırasıyla tamamlanır.
18. Komut Dosyası na giriş | Kopyala,parça türü açılır menüde STL (*stl) olarak kaydet biçimini seçin, parça numarasını girin ve Tamam'ıtıklatın.
19. Çıktı STL iletişim kutusunda akor yüksekliğini 0,006'ya, açı denetimini 0,00001'e ayarlayın. Giriş komutu Uygula | Tamam.
20. İç halkanın 3B görüntüsünü oluşturmak için yukarıdaki yle aynı yöntemleri kullanın.

3. Çapak delik halkasının fiziksel modelini yazdırmak için 3D yazıcı kullanma

1. Model algılama yazılımını açın, Project komutunu girdiniz | Aç, Aç dosyası açılır iletişim kutusunda bir STL dosyası seçin ve sonra Aç'ıtıklatın. Bu yazılımda, bu modelde kusurlar algılanırsa bir uyarı görüntülenir (Şekil 3). Bulunursa, yazdırmadan önce modeli onarın. Hata yoksa Çıktı'yıtıklatın.
2. Dış halkanın tamamladığını doğruladıktan sonra Bölüm komutunu girdikten sonra | İhracat kısmı | olarak STL | Kaydet. İç halkanın kusurlarını tespit etmek için yukarıdaki yönergeleri kullanın.
3. Model algılamasını takiben, yazdırılan yolun tasarlanması gerekir. Dilimleme yazılımını açın, Dosya'yı tıklatın | Model dosyasını yükleyin, bir STL dosyasına tıklayın ve içe aktarmak için Aç'ı tıklatın.
4. Parçanın hareketli izini seçmek için sol fare düğmesini tıklatın, parçaların konumunu ayarlayın. Ekranın sol tarafında, baskı hızını 30 mm/s'ye, yazdırma sıcaklığını 210 °C'ye ve yatak sıcaklığını 80 °C'ye ayarlayın (Şekil 4).
5. Dosyayı Gcode biçiminde kaydetmek için SD'ye Araç Yolu'nu tıklattı (Şekil 3).
6. 3D yazıcıları çalıştırın, ana arabirimdeki Ön ısıtma düğmesini tıklayın, yatağın ön ısıtma sıcaklığını 80 °C'ye, meme sıcaklığını 210 °C'ye ayarlayın. Sıcaklık önceden ayarlanmış değere yükseldiğinde Yazdır'ı tıklatın, hedef dosyayı seçin ve yazdırmayı başlatmak için Onayla'yı tıklatın.
7. Dış halka ilk olarak basılacaktır (Şekil 5a). Alt destek ızgarası oluşturulduktan sonra, yazdırma başlığı dış halkayı dikey olarak katman katman oluşturmaya başlar (Şekil 5b- d). Bu işlem yaklaşık 13 dakika sürer.
8. Dış halka oluşturulduktan sonra, yazıcı başlığı yaklaşık 8 dakika süren sağ taraftaki iç halkayı(Şekil5,d)yapmaya devam eder.
9. Soğutma ve oluşturulduktan sonra her iki parçayı da platformdan çıkarın(Şekil 5e,f).

4. Mutlak hatanın ölçülmesi

1. Mutlak hatayı ölçmek için, yazdırılan beş parçayı rasgele seçin. Vernier kaliperleri ile her bir parçanın parametrelerini ölçün ve kaydedin. 0,02 mm'de ölçüm doğruluğunu seçin.
2. Her parçanın ortalama hatasını ve mutlak hatanın hata aralığını hesaplayın(Şekil 6a,b).

Sonuçlar

2B görüntülerin üç görünümü ticari CAD yazılımı aracılığıyla oluşturulmuştur (Bkz. Malzemeler Tablosu). Bu görüntülerde pratik boyut ve teknik gereksinimler de eklenmiştir (Şekil 1). Ayrıca, üç boyutlu veriler (Şekil 2) olarak oluşturuldu ve STL biçiminde kaydedildi ( Şekil3). Şekil 4'tesunulduğu gibi, yazıcıplatformu ü...

Tartışmalar

Bu sonuçlar, kullanılan yazılımın çapak delik halkalarının 3Boyutlu modellerini(Şekil 1 ve Şekil 2)oluşturmak için kullanılabildiğini ve 3D baskının belirlenmiş malzemelerle katı modeller oluşturmak için kullanılabileceğini göstermiştir(Şekil 4). Katı modelin büyüklüğü açısından, Vernier kaliperleri tarafından yapılan ölçümle belirlenen 0 ile 0,59 mm arasında mutlak bir hata saptandı

Malzemeler

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