采用自主方法设计用于上颌骨重建的CAD/CAM手术导板

摘要

展示了计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）手术导板的设计方法。通过分离、合并和增厚切割平面，可直观显示所需的骨组织转移量。这些设计可进行三维打印，并用于准确性验证。

摘要

计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）目前正被评估作为一种用于颌面外科手术的预备技术。由于该技术成本较高且在全球范围内仅在有限地区可用，我们开发了一种基于自主方法的新型CAD/CAM手术导板。通过使用CAD软件，确定上颌切除区域、截骨平面以及腓骨的截骨平面和角度。一旦确定切除区域，即利用布尔修改器提取所需表面。这些表层表面被整合以贴合骨面，并增厚以稳定实体结构。不仅腓骨和上颌的截骨导板，而且移植骨段的位置排列也通过增厚表层表面来确定。CAD设计以.stl文件格式保存，并通过三维（3-D）打印制成实际的手术导板。为验证导板的准确性，使用3D打印的面部和腓骨模型进行模拟手术。这些方法可用于在无法获得商用导板的情况下辅助外科医生进行手术。

引言

近年来，CAD/CAM 技术在牙科和义齿制作中的应用日益增多。随着 CAD/CAM 技术的发展，目前在恶性肿瘤经广泛性肿瘤切除术后下颌骨重建领域，也开始采用基于 CAD/CAM 的骨皮瓣移植技术^1,2,3。一些西方国家的公司已开始供应并销售用于下颌区域的 CAD/CAM 导板。下颌骨的 CAD/CAM 重建被认为在精确性方面具有优势^{4,5,6,7,8,9,10,11}。然而，该技术的缺点在于其在全球范围内仅限于少数地区可用，且费用昂贵¹²。因此，CAD/CAM 技术在上颌骨缺损重建中的应用尚未普及。上颌骨重建的病例数量少于下颌骨，且商业化的导板并不常见。

方案

本研究经作者所在机构审查委员会批准，所有患者均签署了书面知情同意书。

1. 材料准备

1. 使用个人计算机、面部骨骼和腓骨的计算机断层扫描（CT）数据、InVesalius²⁰等转换软件，以及三维（3-D）CAD软件（例如，Blender²¹）。
   注意：建议使用最大厚度为1 mm的CT数据切片，以实现精确设计。在实际手术模拟中，应使用患者的CT数据；在研究中，可使用免费的人体三维数据²²。
2. 使用3-D打印机²³、螺钉、金属板和小型锯，不仅用于检查设计，还用于验证实物及结果。
   注意：本研究为实验性研究。金属板、螺钉和小型锯可用于模型手术。也可使用3-D打印机打印塑料固定板，与手术导板一同制作。
3. 使用InVesalius²⁰将面部骨骼和腓骨的影像数据转换为三维数据（.stl格式）。
   注意：CT数据本质上以二维（2-D）图像形式记录，因此在使用三维数据前，必须将其转换为三维数据。免费软件即可满足此需求。本报告不详述如何将数据转换为三维文件，相关教学视频和指南可在其他地方获取。
4. 将每个.stl文件导入Blende....

结果

采用本方案所述步骤，首先确定截骨区域。使用计算机辅助设计（CAD）软件，通过多个截骨面完全包绕截骨区域。通过布尔运算将该区域从面颅骨中去除。将腓骨图像放置于缺损处，并在重建后的相应位置设置腓骨截骨面。所有腓骨截骨面均在父级设置中与腓骨关联。这些截骨面被缩小并合并形成实体。通过从这些实体中减去腓骨，得到腓骨截骨导板。面颅骨的其余表面也被增厚，形成上颌骨截骨导板。腓骨各节段的浅表侧面被合并并提取，形成固定导板。最终，在Blender软件中完成腓骨截骨导板、上颌骨截骨导板和腓骨固定导板的设计。导板设计文件以.stl格式导出，并通过3D打印技术转化为实际的塑料实物（图9a 和 图9b）。

进行了模型手术（图9c–9f）。上颌切割导板和腓骨切割导板被完全贴合至面骨和腓骨模型上。使用锯子对模型进行切割，并用钛板和螺钉固定切割后的结.......

讨论

在使用截骨导板进行骨切割时，CAD/CAM 重建被认为有助于精确实现截骨的长度、宽度和角度^{4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16.......}

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
巴西坎皮纳斯市雷纳托·阿彻信息技术中心	InVesalius	免费软件 https://www.cti.gov.br/en/invesalius
荷兰阿姆斯特丹市Blender基金会	Blender	免费软件 https://www.blender.org/
美国路易斯安那州新奥尔良市格拉维耶街935号1600室TurboSquid公司	免费3D骨骼数据文件	Free3D https://free3d.com/3d-models/human
美国纽约州布鲁克林市MetroTech中心1号楼21层MakerBot Industries有限公司	MakerBot Replicator+	https://www.makerbot.com/replicator/
美国加利福尼亚州圣布鲁诺市樱桃大道901号YouTube（谷歌公司）	视频分享网站	https://www.youtube.com/results?search_query=invesalius+dicom+to+stl
卢森堡让·昂格林街2号Artec 3D公司	Artec Eva Lite	https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite
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