Name: application of 3d printing in the construction of burr hole ring for deep brain stimulation implants
Uploaded: 2019-09-07T13:00:00
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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).

1. Dibujar una imagen bidimensional (2D) de un anillo de agujero de rebaba
<ol><li>Abra el software de diseño asistido por ordenador (CAD) 2D y, a continuación, cree un documento gráfico.</li>
	<li>Haga clic en Dibujar (Draw) Linee y dibuje un punto de referencia con una línea sólida en el dibujo. Haga clic en Modificar (Mod. ) Desfasey escriba la distancia de desfase específica en la línea de comando.</li>
	<li>Haga clic en el objeto y pulse con el botón izquierdo del ratón p...

<ol>
	<li>Pucci, J. U., Christophe, B. R., Sisti, J. A., Connolly, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printing:+technologies,+applications,+and+limitations+in+neurosurgery.">Three-dimensional printing: technologies, applications, and limitations in neurosurgery.</a> Biotechnology Advances. 35 (5), 521-529 (2017).</li><li>Mashiko, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+three-dimensional+hollow+elastic+model+for+cerebral+aneurysm+clipping+simulation+enabling+rapid+and+low+cost+prototyping.">Development of three-dimensional hollow elastic model for cerebral aneurysm clipping simulation enabling rapid and low cost prototyping.</a> World Neurosurgery. 83 (3), 351-361 (2015).</li><li>Chae, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+Applications+of+Bedside+3D+Printing+in+Plastic+Surgery.">Emerging Applications of Bedside 3D Printing in Plastic Surgery.</a> Frontiers in Surgery. 2, 25 (2015).</li><li>Doyle, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+assessment+and+treatment+of+abdominal+aortic+aneurysms:+the+use+of+3D+reconstructions+as+a+surgical+guidance+tool+in+endovascular+repair.">Improved assessment and treatment of abdominal aortic aneurysms: the use of 3D reconstructions as a surgical guidance tool in endovascular repair.</a> Irish Journal of Medical Science. 178 (3), 321-328 (2009).</li><li>Kimura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+and+training+for+cerebral+aneurysm+clipping+with+3-dimensional+models.">Simulation of and training for cerebral aneurysm clipping with 3-dimensional models.</a> Neurosurgery. 65 (4), 719-725 (2009).</li><li>Park, E. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cranioplasty+Enhanced+by+Three-Dimensional+Printing:+Custom-Made+Three-Dimensional-Printed+Titanium+Implants+for+Skull+Defects.">Cranioplasty Enhanced by Three-Dimensional Printing: Custom-Made Three-Dimensional-Printed Titanium Implants for Skull Defects.</a> Journal of Craniofacial Surgery. 27 (4), 943-949 (2016).</li><li>Ray, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Burr-hole+ring-cap+and+electrode+anchoring+device.+Technical+note.">Burr-hole ring-cap and electrode anchoring device. Technical note.</a> Journal of Neurosurgery. 55 (6), 1004-1006 (1981).</li><li>Yamamoto, T., Katayama, Y., Kobayashi, K., Oshima, H., Fukaya, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-floor+burr+hole+adjusted+to+burr-hole+ring+and+cap+for+implantation+of+stimulation+electrodes.+Technical+note.">Dual-floor burr hole adjusted to burr-hole ring and cap for implantation of stimulation electrodes. Technical note.</a> Journal of Neurosurgery. 99 (4), 783-784 (2003).</li><li>Wharen, R. E., Putzke, J. D., Uitti, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+lead+fixation:+a+comparative+study+of+the+Navigus+and+Medtronic+burr+hole+fixation+device.">Deep brain stimulation lead fixation: a comparative study of the Navigus and Medtronic burr hole fixation device.</a> Clinical Neurology and Neurosurgery. 107 (5), 393-395 (2005).</li><li>Patel, N. V., Barrese, J., Ditota, R. J., Hargreaves, E. L., Danish, S. 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Z., Zhang, M. C., Li, S. P., Zhang, L. T., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+computer-aided+three-dimensional+skull+model+with+rapid+prototyping+technique+in+repair+of+zygomatico-orbito-maxillary+complex+fracture.">Application of computer-aided three-dimensional skull model with rapid prototyping technique in repair of zygomatico-orbito-maxillary complex fracture.</a> The International Journal of Medical Robotics. 5 (2), 158-163 (2009).</li><li>Wang, L., Cao, T., Li, X., Huang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printing+titanium+ribs+for+complex+reconstruction+after+extensive+posterolateral+chest+wall+resection+in+lung+cancer.">Three-dimensional printing titanium ribs for complex reconstruction after extensive posterolateral chest wall resection in lung cancer.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 152 (1), e5-e7 (2016).</li><li>Xu, N. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+of+the+Upper+Cervical+Spine+Using+a+Personalized+3D-Printed+Vertebral+Body+in+an+Adolescent+With+Ewing+Sarcoma.">Reconstruction of the Upper Cervical Spine Using a Personalized 3D-Printed Vertebral Body in an Adolescent With Ewing Sarcoma.</a> Spine. 41 (1), E50-E54 (2016).</li><li>Brozova, H., Barnaure, I., Alterman, R. L., Tagliati, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=STN-DBS+frequency+effects+on+freezing+of+gait+in+advanced+Parkinson+disease.">STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease.</a> Neurology. 72 (8), 770 (2009).</li><li>Moreau, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=STN-DBS+frequency+effects+on+freezing+of+gait+in+advanced+Parkinson+disease.">STN-DBS frequency effects on freezing of gait in advanced Parkinson disease.</a> Neurology. 71 (2), 80-84 (2008).</li><li>Oyama, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unilateral+GPi-DBS+as+a+treatment+for+levodopa-induced+respiratory+dyskinesia+in+Parkinson+disease.">Unilateral GPi-DBS as a treatment for levodopa-induced respiratory dyskinesia in Parkinson disease.</a> Neurologist. 17 (5), 282-285 (2011).</li></ol>

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...

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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adobe Photoshop Version 14.0</td>
			<td>Adobe System&#65292;US</td>
			<td>_</td>
			<td>Only available with a paid subscription.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allcct 3D printer</td>
			<td>Allcct technology co., LTD, WuHan, China</td>
			<td>201807A794124CN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allcct_YinKe_V1.1</td>
			<td>Allcct technology co., LTD, WuHan, China</td>
			<td></td>
			<td>The software is provided by the 3D printer manufacturer and there is no Catalog number associated with it</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AutoCAD 2004</td>
			<td>Autodesk co., LTD&#65292;US</td>
			<td>666-12345678</td>
			<td>Software for 2D models</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Fibre</td>
			<td>Allcct technology co., LTD, WuHan, China</td>
			<td>PLA175&#216;5181&#216;3&#216;B</td>
			<td>The material is provided by the 3D printer manufacturer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Netfabb Studio Basic 4.9</td>
			<td>Autodesk co., LTD&#65292;US</td>
			<td>-</td>
			<td>The software is provided by a 3D printer manufacturer and is open to access</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pro/E 2001</td>
			<td>Parametric Technology Corporation, PTC, US</td>
			<td>_</td>
			<td>Software for 3D models; Only available with a paid subscription.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vernier caliper&#160;</td>
			<td>&#160;Beijing Blue Light Machinery Electricity Instrument Co,. LTD, China</td>
			<td>GB/T&#8194;1214.1-1996&#8194;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

application of 3d printing in the construction of burr hole ring for deep brain stimulation implants

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.

Tres vistas de imágenes 2D se construyeron a través de software CAD comercial (ver la Tabla de Materiales). En estas imágenes también se han añadido requisitos prácticos de tamaño y técnicos(Figura 1). Además, los datos tridimensionales se construyeron en (Figura 2) y se guardaron en formato STL (Figura 3). Como se presenta en la Figura 4,las pi...

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Application of 3D Printing in the Construction of Burr Hole Ring for Deep Brain Stimulation Implants

Aquí, presentamos un protocolo para demostrar la impresión 3D en la construcción de implantes de estimulación cerebral profunda.

Aplicación de la impresión 3D en la construcción del anillo de agujero de rebaba para implantes de estimulación cerebral profunda

3D printing has been widely applied in the medical field since the 1980s, especially in surgery, such as preoperative simulation, anatomical learning and ...

La impresión 3D permite desarrollar anillos de agujero de rebaba individualizados para los pacientes. Nuestro protocolo proporciona los procedimientos detallados para el uso del programa modelo 3D para construir estos implantes. Los objetos de impresión 3D tienen una alta eficiencia del producto, un bajo costo y son personalizables.Con la ayuda de la impresión 3D, los pacientes pueden obtener implantes que son muy específicos para sus necesidades individuales. Para dibujar una imagen 2D de un anillo de agujero de rebaba, abra un nuevo documento gráfico en el programa de software CAD 2D. Haga clic en Dibujar y línea y dibuje un punto de referencia con una línea sólida en el dibujo.A continuación, haga clic en Modificar y desfase y escriba la distancia de desfase específica en la línea de comando. Para seleccionar el área que se va a recortar, haga clic en Modificar y recortar y haga clic en la línea adicional. Para dibujar la vista superior, haga clic en Dibujar y línea para construir el punto de referencia y haga clic en Daw, Círculo y Diámetro central para introducir el valor cuantitativo del radio específico del círculo o diámetro en la ventana de comandos.A continuación, haga clic en el centro del punto de referencia para formar un círculo. A continuación, dibuje la vista izquierda del anillo de agujero de rebaba interna utilizando el mismo enfoque que el de la vista frontal. Haga clic en Cota y diámetro y haga clic en la circunferencia para marcar el diámetro del círculo.Haga clic en Cota y Lineal para marcar la longitud y el grosor de todas las estructuras asociadas. A continuación, haga clic en Cota y Radio para marcar el ángulo de la cámara. Usando el mismo protocolo, construya dibujos 2D del anillo de agujero de la rebaba externa y marque el tamaño real y el etiquetado.A continuación, haga clic en Guardar para guardar la imagen 2D del anillo de agujero de rebaba. Para dibujar una imagen 3D del anillo de taladro de rebabas, abra el programa de software de dibujo 3D y seleccione el plano frontal como plano de croquis. Haga clic en Predeterminado en Vista de selección y seleccione la herramienta de línea de puntos para dibujar la sección superior de la pieza en el croquis bidimensional.Haga clic en Conformar y listo y haga clic en el icono del plano de referencia. En el administrador de menús, seleccione Crear, Sólido, Agregar hoja, Rotar y Listo. A continuación, haga clic en Bilateral en el menú Propiedades y haga clic en Listo.Para construir la sección transversal del gancho del anillo de taladro de rebaba exterior, haga clic en Frente, Adelante, Predeterminado, Plano de referencia y Línea de puntos. Haga clic en Confirmar y listo e introduzca 50 en ángulo y dirección indicada 45 y haga clic en Listo en la protuberancia. A continuación, haga clic en el botón para colorear.A continuación, seleccione Redefinir en la operación de pieza y haga clic en la estructura de líneas del gancho. Seleccione Sección, Definir y Croquis. Haga clic en el icono de línea de puntos.Cree dos relieves cuadrados en la sección de gancho, haga clic en Aceptar, Listo y Colorear. Haga clic en el icono de acceso de referencia y haga clic en Insertar una referencia y una cruz. Haga clic en el eje central de la estructura de líneas.Haga clic en el ángulo en el plano de referencia y haga clic en el plano frontal en la vista de estructura de línea. A continuación, haga clic en Valor de entrada en el menú Desplazamiento e introduzca menos 45 en ángulo y dirección indicada 45. Haga clic en Operaciones, Copiar y Reflejar.Haga clic en el gancho como objeto y haga clic en Listo seleccionar y Listo. Haga clic en el plano de referencia para completar la copia y copiar los dos ganchos restantes de la misma manera. A continuación, haga clic en Crear círculo concéntrico para construir un círculo con un radio de 7,23 milímetros y haga clic en el icono de segmentación de primitivas en los puntos seleccionados para eliminar las líneas innecesarias del círculo.Para crear una sección completa del muro exterior, haga clic en el botón de línea sólida y haga clic en Aceptar y Listo. Introduzca cuatro como profundidad de entrada y haga clic en Colorear. Haga clic en Reflejar y Listo.Haga clic en el objeto y en Listo. A continuación, haga clic en el plano de referencia para completar la copia. Para confirmar, haga clic en Copiar, Reflejar y Listo y seleccione dos muros exteriores en direcciones diferentes.A continuación, haga clic en Listo y haga clic en el plano de referencia para completar la copia. Para mejorar los detalles gráficos, haga clic en Ver, Configuración del modelo, Color y apariencia, Agregar y ajustar el control deslizante de color RGB a marrón. A continuación, haga clic en Cerrar, Configuración y Aceptar. Haga clic en el botón Eliminar líneas ocultas y haga clic en Crear círculo concéntrico.Continúe creando un borde exterior en el muro exterior y haga clic en el botón Segmentación de primitivas en puntos seleccionados para eliminar el exceso de líneas. Haga clic en el botón Línea sólida para conectar el borde exterior recién agregado a una sección completa y haga clic en Aceptar. Escriba 0.8 como la profundidad de entrada y haga clic en Aceptar en la ventana de protuberancia. En el administrador de menús, haga clic en Copiar, Reflejar, Listo, haga clic en el objeto y haga clic en Listo.Haga clic en Generar punto de referencia y desfase y haga clic en el valor de entrada en Desfase. A continuación, escriba 0,4 como la isométrica de la dirección especificada y haga clic en Listo. Haga clic en Copiar, Espejo y Listo y haga clic en el muro exterior.Para completar la operación de simetría del muro exterior y el relieve cuadrado, haga clic en Listo seleccionar y listo y haga clic en la referencia de la imagen para completar la copia. Introduzca el número de pieza y haga clic en Aceptar. A continuación, en el cuadro de diálogo STL de salida, ajuste la altura del cable a 006 y el control de ángulo a 0.00001, haga clic en Aplicar y Aceptar. Para imprimir los anillos, abra los archivos de proyecto en el software de detección de modelos.Confirme que el anillo exterior está completo y haga clic en Pieza, Exportar pieza como STL y Guardar. Después de la detección del modelo, abra el software de corte y haga clic en Archivo y cargar archivo de modelo y abra un archivo de stl. Haga clic con el botón izquierdo del ratón para seleccionar la pista móvil de la pieza y ajustar la posición de las piezas.Ajuste la velocidad de impresión a 30 milímetros por segundo, la temperatura de impresión a 210 grados centígrados y la temperatura de la cama a 80 grados centígrados. A continuación, haga clic en Ruta de la herramienta a SD para guardar el archivo en formato de código G y para generar la ruta impresa. Cuando la temperatura suba al valor preestablecido, haga clic en Imprimir y seleccione el archivo de destino y Confirme para iniciar la impresión.Después de que se haya construido la rejilla de soporte inferior, la boquilla de impresión comenzará a construir el anillo exterior verticalmente, capa por capa. Después de que se forme el anillo exterior, la boquilla de la impresora imprimirá el anillo interior en el lado derecho. Después de que ambos anillos se hayan enfriado, retire los modelos de la plataforma.Aquí, el intervalo de errores y errores absolutos se calculó para cinco grupos de piezas que se produjeron como se ha demostrado. Los resultados indican que en el anillo exterior, el error absoluto máximo y el error absoluto mínimo se encontraron en el diámetro exterior de la cintura y en el grosor de la parte superior respectivamente. En el anillo interior, el error absoluto máximo y el error absoluto mínimo se encontraron en el diámetro interior y en el espesor de la parte superior respectivamente.El rango de error total fue 0.00, 0.59.3D y los datos de MR tienen un potencial que se utilizará para construir la imagen real de los anillos de agujero de rebaba si el espesor se puede extraer de imágenes. Nuestro protocolo proporciona un método rápido y preciso para construir implantes de estimulación cerebral profunda a través de la integración de datos de imágenes clínicas e impresión 3D.

Research

JoVE Journal

Behavior

Stereotactic Injection of MicroRNA-expressing Lentiviruses to the Mouse Hippocampus CA1 Region and Assessment of the Behavioral Outcome

Inyección estereotáctica de microARN que expresan lentivirus al ratón hipocampo CA1 Región y evaluación de los resultados del comportamiento

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Investigación

Comportamiento

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