Methodenartikel

Projektierung CAD/CAM-Bohrschablonen für den Oberkiefer Wiederaufbau mit einem hauseigenen Ansatz

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DOI:

10.3791/58015

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24. August 2018

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1Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Kyoto Prefectural University of Medicine, 2Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Showa University Fujigaoka Hospital, 3Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Fukuchiyama City Hospital, 4Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Saiseikai Shiga Hospital

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Methoden für die Gestaltung eines Computer aided Design/Computer aided manufacturing (CAD/CAM) Bohrschablone werden dargestellt. Schnittebenen sind getrennt, united und verdickt, um die notwendigen Knochen-Transfer leicht sichtbar zu machen. Diese Designs können dreidimensionale werden gedruckt und auf ihre Richtigkeit überprüft.

Zusammenfassung

Computer aided Design/Computer-gestützte Fertigung (CAD/CAM) wird nun als eine präparative Technik für Gesichtschirurgie evaluiert. Da diese Technik nur auf begrenzten Gebieten der Welt teuer und verfügbar ist, haben wir ein neuartiges CAD/CAM Bohrschablone mit einem eigenen Ansatz entwickelt. Durch die Verwendung der CAD-Software, Bereich maxillaris Resektion und Schnittebenen und die Fibuladefekt Schnittebenen und Winkel bestimmt. Sobald die Resektion Bereich entschieden ist, werden die notwendigen Flächen gewonnen mit einem Modifikator "Boolean". Diese oberflächlichen Gesichter eint passen die Oberfläche der Knochen und verdickt, die Feststoffe zu stabilisieren. Nicht nur das Schneiden führt für das Wadenbein und Oberkiefer, sondern auch die Lage Anordnung der Segmente übertragene Knochen wird durch Verdickung der oberflächlichen Gesichter definiert. Die CAD-Konstruktion wird als .stl Dateien erfasst und dreidimensional (3D) als tatsächliche Bohrschablonen gedruckt. Überprüfen Sie die Richtigkeit der Guides ist Modell mit 3-D-gedruckt Gesichts- und fibulare Modellen operiert. Diese Methoden können verwendet werden, Chirurgen helfen wo stehen kommerzielle Führer nicht zur Verfügung.

Einleitung

Die Verwendung von CAD/CAM-Techniken hat vor kurzem erhöhte im Dental- und Prothese Arbeit. Im Anschluss an diese Entwicklung von CAD/CAM dienen osteokutanen Klappe Transfers mit CAD/CAM jetzt im Bereich des Unterkiefers Wiederaufbau nach einer onkologischen Breite Resektion von bösartigen Tumoren1,2,3. Mehrere Unternehmen in den westlichen Ländern haben begonnen, zu liefern und eine CAD/CAM-Schnittführung für die Unterkiefer-Region zu verkaufen. Eine CAD/CAM-Rekonstruktion des Unterkiefers gilt für einen Vorteil in Bezug auf Genauigkeit4,5,6,7,8,9,10 ,11. Ein Nachteil ist jedoch, dass diese Technik in begrenzten Bereichen weltweit verfügbar ist und es sehr teuer12 ist. So, CAD/CAM-Umbau für Oberkiefer Läsionen nicht noch populär geworden. Die Anzahl der Fälle von maxillaris Rekonstruktion ist niedriger als die für den Unterkiefer und kommerzielle Führer sind nicht üblich.

Da kommerzielle maxillaris CAD/CAM-Führer nicht in Japan verkauft werden, haben wir CAD/CAM Bohrschablonen mit einem eigenen Ansatz entwickelt. Die klinische Wirksamkeit der CAD/CAM-Führer wurde bereits gemeldeten13,14,15,16,17,18,19, aber es gibt keine Bericht von, wie man sie zu entwerfen. Der Zweck des vorliegenden Berichts ist die CAD/CAM-Design-Methode mit einem kostengünstigen Inhouse Ansatz zeigen.

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Protokoll

Diese Studie wurde von den Autoren institutionelle Review Board genehmigt und schriftlichen Einverständniserklärungen wurden von allen Patienten abgeschlossen.

1. Vorbereitung der Materialien

  1. Verwenden Sie einen Personal Computer berechnete computertomographischen (CT) Daten Gesichts-Knochen, Wadenbein (Fibula), Konvertierungs-Software wie InVesalius20und dreidimensionale (3D) CAD-Software (z.B. Mixer21).
    Hinweis: Eine maximale Dicke von 1 mm Scheiben von CT-Daten empfiehlt sich für eine präzise Konstruktion. Verwenden Sie für die eigentliche chirurgische Simulation des Patienten CT-Daten. Verwenden Sie für Forschung Kostenlose 3-d-Humandaten22.
  2. Verwenden Sie ein 3-d-Drucker23, Schrauben und Metallplatten eine kleine Säge, um nicht nur die Designs auch reale Objekte und Ergebnisse zu überprüfen.
    Hinweis: Die vorliegende Studie ist experimentell. Metallplatten, Schrauben und eine kleine Säge können für die Modell-Operation verwendet werden. Anstelle von Metallplatten können Kunststoff-Fixierung Platten auch vom 3-d-Drucker, zusammen mit der Bohrschablonen gedruckt werden.
  3. Übertragen Sie die Bilddaten des Gesichts-Knochen und Wadenbein (Fibula) in 3-d-Daten (STL-Format) mit InVesalius20.
    Hinweis: CT-Daten werden im Wesentlichen in Form von zweidimensionalen (2D) Bilder aufgezeichnet. So bevor Sie die 3-d-Daten verwenden, ist es notwendig, die Daten in 3-d-Daten umzuwandeln. Freie Software ist für diesen Zweck ausreichend. Dieser Bericht erklärt nicht, wie die Daten in eine 3-d-Datei zu übertragen; Lehr-Videos und Anleitungen gibt es anderswo.
  4. Importieren Sie Blender21jedes .stl-Datei.
    Hinweis: CAD-Software akzeptiert in der Regel eine .stl-Stil-3-d-Format. Am ersten, Oberkiefer und Fibuladefekt .stl sollten Dateien in spezielle CAD-Software geöffnet werden, indem Sie sie importieren.

(2) design

  1. Entscheidung auf dem Gebiet der Knochenentfernung und Verfestigung eines knochendefektes
    1. Beschließen Sie, auf den Bereich herausgeschnitten werden.
      Hinweis: In dieser experimentellen Simulation-Operation kann jeden Teil des Oberkiefers als ausgeschnittenen Bereich eingestellt werden. Da der Wiederaufbau nach insgesamt Maxillectomy schwierig ist, werden nur ein kleiner Teil des Oberkiefers eine Wahl für Anfänger. In einer klinischen Einstellung entscheidet Laryngologen Bereich entsprechend der Krebsartigen Region.
    2. Machen Sie ein großes Flugzeug zu und platzieren Sie es auf dem Rand des Bereichs für die Entfernung in den Objektmodus (Abbildungen 1a und 1 b). Folgen, die, indem ein zweites Flugzeug (Zahlen 1 b-1D) und weiterhin tun, bis die Flugzeuge die ganze Gegend zur Entfernung umgeben. Diese Flächen in den Objektmodus zu vereinen.
    3. Wählen Sie die Scheitelpunkte dieser Flugzeuge und verbinden sie miteinander durch die Kanten und Flächen (Abbildung 1e) in den Edit-Modus, die Bereiche für die Entfernung zu umgeben.
      Hinweis: Die Exzision Flugzeuge sollten kopiert und beibehalten, da diese original Flugzeuge verwendet und verworfen, wenn die Exzision zu festigen. In der vorliegenden Studie wird Kopieren jedes Flugzeug und feste zu jedem Anlass empfohlen, um sie wiederverwenden zu ermöglichen.
    4. Subtrahieren Sie den entfernbaren Volumenkörper aus dem Gesichts-Knochen mit einer booleschen Modifikator "in den Bearbeitungsmodus. Dies führt zu einen rasierten Gesichts Knochen (Abbildung 1-f), der Oberkiefer defekt-Modell ist.
  2. Platzieren einen Wadenbein-Knochen
    1. Fügen Sie eine Fibel in den Oberkiefer defekt Bereich (Abbildung 2eine). Legen Sie kleine Würfel an zwei Punkten (8 cm aus dem Fibuladefekt Kopf und 5 cm proximal von der lateralen Malleolus distaler) in der Fibula als Marker (lila kleine Würfel sind in Abbildung 2dargestellt).
      Hinweis: In klinischen Situationen kann eine Fibel zwischen distalen aus dem Fibuladefekt Kopf 8 cm und 5 cm proximal von der lateralen Malleolus verwendet werden. Durch diese Kennzeichnung, können wir leicht verstehen, die Bereiche, die verwendet werden können.
    2. Verknüpfen Sie kleine Würfel mit Fibula als Eltern im Objektmodus einstellen.
    3. Legen Sie kleine Würfel als Marker in mehreren Punkten in der Oberkiefer Läsion wo Wiederaufbau notwendig ist. Mit dieser Markierung wird die Sichtbarkeit der notwendigen Reproduktion Punkte erhöht.
    4. Passen Sie das Wadenbein (Fibula) zum vorderen Rand der Alveolarknochen im Objektmodus, wenn die Fibula aus der Mittellinie platziert wird.
    5. Verwenden Sie die vorherige Ebene der Mittellinie maxillaris Osteotomie als erste Fibuladefekt Osteotomie Ebene (Abbildung 2b).
    6. Legen Sie eine neue Ebene der Osteotomie, gegebenenfalls in den Objektmodus (Abbildung 2c). Verknüpfen Sie diese neue Ebene mit der Fibula als übergeordnetes Element festlegen.
      Hinweis: Indem Sie das übergeordnete Element auf der Fibula, wird die relative Orientierung zwischen dieser neuen Osteotomie-Ebene und die Fibula immer beibehalten, auch wenn die Fibula in verschiedenen Orten verschoben wird. Der Bereich der Fibula, die umgeben ist von diesen zwei Schnittebenen wird der erste Fibuladefekt Block.
    7. Kopieren der Fibula und zwei Ebenen der Osteotomie als Eltern im Objektmodus einstellen. Bewegen diese kopierten Wadenbein, hat den ersten Block-Bereich mit zwei Schnittebenen an beiden Enden in den zweiten Bereich wo Wiederaufbau nötig ist (Abb. 2e), den zweiten Fibel-Block zu planen.
    8. Legen Sie die zweite Schnittebene durch Hinzufügen einer neuen Ebene in den Objektmodus.
      Hinweis: Die erste und zweite Schnittebene werden die Enden des zweiten Blocks Wadenbein (Fibula). Wenn ein Dritter Block erforderlich ist, werden ähnliche Verfahren hinzugefügt. Die entsprechende Länge der Lücken zwischen den angrenzenden Fibuladefekt Blöcken sollte beibehalten werden.
      Hinweis: Die Lücke zwischen der ersten und zweiten Block gilt als Schlüssel zu einer komfortablen Osteotomie. Wenn diese Lücke breit ist, die Osteotomie wird wegen des großen Arbeitsraums leicht sein, aber die vaskuläre Länge ist etwas verschwendet. Im Gegensatz dazu, wenn die Lücke enger ist, Osteotomie wird lästig, aber der zweite oder Dritte Block kann durch die Verschwendung des ungenutzten Knochens gestaltet werden.
  3. Entwerfen die Fibuladefekt schneiden-guides
    1. Nur die Fibula zu visualisieren und Schnittebenen für die Gestaltung der Fibula Schnittführung im Objektmodus (Abbildung 3ein).
    2. Verkleinern Sie jeder Schnittebene, nur Hälfte der Fläche des Abschnitts Wadenbein schneiden zu besetzen, indem Sie schieben Scheitelpunkte entlang der Kanten (Zahlen 3 b-3d) im Bearbeitungsmodus.
      Hinweis: Die passende Seite der die scherführung ist der lateralen Seite der Fibula. Da die Fütterung Schiffe sich in der medialen Aspekt befinden, ist der Guide nicht in den medialen Aspekt entwickelt.
    3. Vereinigen Sie sich zwei Ebenen der enden, eine solide in den Objektmodus (Abbildungen 4a-4e) zu bauen. Wählen Sie die Scheitelpunkte dieser Flugzeuge und verbinden sie untereinander mit Kanten und Flächen in den Bearbeitungsmodus ein Quaders zu bilden.
    4. Subtrahieren Sie die Fibula aus diesem Quader mit Boolean Modifier (Figuren 5a-5 c).
      Hinweis: Die Oberfläche dieser Subtraktion passt ganz Fibuladefekt lateralen. Die gleichen Verfahren werden in jeder notwendigen Fibuladefekt Block wiederholt.
    5. Jeder subtrahierten Volumenkörper in den Objektmodus zu vereinen.
    6. Setzen Sie einen Würfel in der Nähe der subtrahierten Feststoffe (Abbildung 5d). Extrudieren Sie Gesichter um Säulen (Zahlen 5e-5 g) zu machen. Diese Säulen, die subtrahierten Feststoffe zu vereinen. Dies ist die Fibuladefekt scherführung (Abbildungen 5 h-5j).
  4. Osteotomie Schnittführung für den Oberkiefer
    Hinweis: Um den Oberkiefer zu schneiden, ist es nicht erforderlich, den Leitfaden für jede Schnittfläche, da nur begrenzte Bereiche sind rekonstruiert werden mit Hilfe der Fibula. In der Regel sind zwei Schneiden Guides, die die mediale alveoläre und seitlichen Jochbein Bereiche abdecken, konzipiert.
    1. Kochen Sie in der Oberkiefer Jochbein Ebene, die die ursprüngliche restliche Oberfläche nach dem Oberkiefer entfernen wurden. Eine Marge von 1 cm in der Breite ist ausreichend (Abbildung 6ein).
    2. Extrudieren Sie die Gesichter in Schritt 2.4.1 vorbereitet, um das Flugzeug zu verdicken und sie in den Bearbeitungsmodus mit den Modifikator "Verbundvolumen" (Abb. 6b) zu festigen.
    3. Löschen Sie das verdickte Solid über die Resektion Flugzeuge, die in Schritt 2.1, an beiden Enden beschlossen wurden; Dies ist, wie die maxillaris schneiden Guides ausgelegt sind.
      Hinweis: Wenn die passende Oberfläche gezackt ist, reicht ein kleinerer Bereich Montage. Wenn die passende Oberfläche flach geneigt ist, ist eine große Fläche musste jede Schlupf des Leitfadens zu vermeiden.
  5. Fixierung-Leitfaden für die fibulare Segmente
    Hinweis: Fibulare Segmente, die zu den Oberkiefer übertragen gelten genau in der Größe und Länge, aber die Lage der Übertragung kann frei abweichen, wenn die Fixierung Guide nicht verwendet wird. Die Fibula und jeder Schnittebene (wie in Schritt 2.2 gemacht) werden wieder in diesem Segment verwendet.
    1. Jeder Fibuladefekt Block in den Modifikator "Boolean" durch den Abschluss der knotenpunktbereich zwischen Fibula und fest mit Schnittebenen an beiden Enden (Abbildungen 7a und 7 b) in den Bearbeitungsmodus zu konstruieren.
    2. Extrahieren Sie die Hälfte der oberflächlichen Oberfläche jedes eines Blocks.
    3. Alle diese Flächen in den Objektmodus (Abb. 7c) zu vereinen.
    4. Löschen Sie kleine Flächen in den Bearbeitungsmodus, indem mit einem Messer schneiden ( Abbildung 8eine), um die Räume für den Einbau der Metallplatten zu sichern.
    5. Verdicken Sie die Oberfläche mit einer erstarrenden Modifikator in den Bearbeitungsmodus (Abbildungen 8 b-8e).
      Hinweis: Mindestens 2 – 3 mm Dicke ist notwendig zur Stabilisierung des Fixierung Guide und Verwerfungen zu vermeiden. Wenn der Flügel auf beiden Seiten ausgelegt ist, hilft es den Leitfaden für den Oberkiefer, ohne irgendwelche Metallplatten.

(3) 3-d-Druck für Modell Chirurgie und echte Führer

Hinweis: Der Hauptzweck dieses Berichts ist die Methode der Gestaltung von Bohrschablonen zeigen; das unten beschriebene Verfahren ist nicht erforderlich, wenn 3D-Druck nicht benötigt wird.

  1. Exportieren Sie die Entwürfe von den Guides im STL-Format, das 3-d gedruckt werden können.
  2. Drucken Sie alle Guides und Knochen.
    Hinweis: Beim Drucken, Flöße gelten glatte Oberfläche drucken zu stören und führen zu eine zerklüftete Oberfläche und schlechte Passform bis auf die Knochen, so dass das Flugzeug, die glatt sein muss nach oben hingewiesen werden muss.
  3. Durchführen Sie die Modell-Operation wie folgt:
    1. Ähnlich wie bei der eigentlichen Operation passen Kiefer Leitfaden für das Gesichts knochenmodell zuerst schneiden (Abbildung 9ein). Dann schneiden Sie die Gesichts-Knochen zusammen mit der Schnittebene mit einer Säge.
    2. Befestigen Sie die Fibuladefekt scherführung fibularer Knochen Modell und schneiden Sie es in Stücke (Abbildung 9b). Fibuladefekt Blöcke an der Fixierung Guide (Abbildungen 9 c und 9d) befestigen.
    3. Diese Fixierung Anleitung komplexe dem Oberkiefer Defekt mit Schrauben und Platten (Abbildung 9e) zu beheben. Entfernen Sie nach der Fixierung der Fibuladefekt Segmente des Oberkiefers im Bereich wo der Fixierung Guide nicht mithilfe von Schrauben und Platten befestigen ist die Fixierung. Dies schließt die Rekonstruktion (Abbildung 9f).
  4. Scannen Sie das Bild 3-D-rekonstruiert und im STL-Format mit einer 3-d-Scanner24aufzeichnen.
  5. Vergleichen Sie die Post-Modell Chirurgie .stl-Datei und das rekonstruiert CAD-Design (Abbildung 10) mit Vergleich Software25.
    Hinweis: Durch den Vergleich der virtuellen Rekonstruktion Design und geführte Wiederaufbau-Modell, ist tatsächliche Genauigkeit berechnet. Da CAD/CAM Genauigkeit innerhalb einer 2,5 mm Abweichung in den Unterkiefer Wiederaufbau10erreicht ist, sollte eine ähnliche Präzision in dieser Methode erforderlich. Wenn die geforderte Genauigkeit erreicht werden kann, wiederholen Sie das virtuelle Design.

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Ergebnisse

Bei der hier vorgestellten Verfahren wurde die Resektion Bereich zunächst ermittelt. Mit CAD-Software, wurde die Resektion Bereich völlig von den Gesichtern umschrieben. Dieser Bereich wurde von den Gesichts-Knochen durch eine boolesche Operation abgezogen. Das Wadenbein (Fibula) Bild wurde wegen des Mangels, und Fibuladefekt Schnittflächen in den entsprechenden rekonstruierten Stellen platziert wurden. Alle Fibuladefekt Schnittflächen wurden mit der Fibula in einem übergeordneten Element...

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Diskussion

CAD/CAM Wiederaufbau gilt als Beitrag zur Verwirklichung der eine exakte Osteotomie Länge, Breite und Winkel schneiden Knochen während der Verwendung schneiden Führer4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu verzollen.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde teilweise von JSPS KAKENHI Grant Nummer JP17K11914 unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Information Technology Center, Renato Archer, Campinas, BrasilienInVesaliusFreie Software https://www.cti.gov.br/en/invesalius
The Blender Foundation, Amsterdam, NiederlandeBlenderFreie Software https://www.blender.org/
TurboSquid, Inc. 935 Gravier St., Suite 1600, New Orleans, LA.Kostenlose 3D-SkelettdatendateiFree3D https://free3d.com/3d-models/human
MakerBot Industries, LLC One MetroTech Center, 21st Fl, Brooklyn, NY.MakerBot Replicator+https://www.makerbot.com/replicator/
YouTube (Google, Inc.), 901 Cherry Ave. San Bruno, Kalifornien,Video-Sharing-Website.
Artec 3D, 2, rue Jean Engling, LuxembourgArtec Eva Litehttps://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite
CloudVergleichenhttp://www.danielgm.net/cc/
https://www.youtube.com/results?search_query=invesalius+dicom+to+stl

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