Summary

Behandlung von Gesichtsdeformitäten durch 3D-Planung und Druck patientenspezifischer Implantate

Published: May 23, 2020
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Summary

Da sich die Technologie entwickelt und benutzerfreundlicher wird, sollte die Planung von Operationen und patientenspezifischen chirurgischen Führungen und Fixierungsplatten vom Chirurgen durchgeführt werden. Wir präsentieren ein Protokoll zur 3D-Planung von orthognathischen Skelettbewegungen und zur 3D-Planung und zum Druck von patientenspezifischen Fixierungsplatten und chirurgischen Führungen.

Abstract

Technologische Fortschritte in der chirurgischen Planung und patientenspezifische Implantate entwickeln sich ständig weiter. Man kann entweder die Technologie übernehmen, um bessere Ergebnisse zu erzielen, auch in der weniger erfahrenen Hand, oder ohne sie weitermachen. Da sich die Technologie entwickelt und benutzerfreundlicher wird, glauben wir, dass es an der Zeit ist, dem Chirurgen die Möglichkeit zu geben, seine Operationen zu planen und seine eigenen patientenspezifischen chirurgischen Führungen und Fixierungsplatten zu erstellen, die ihm die volle Kontrolle über den Prozess ermöglichen. Wir präsentieren hier ein Protokoll zur 3D-Planung der Operation, gefolgt von der 3D-Planung und dem Druck von chirurgischen Führungen und patientenspezifischen Fixierungsimplantaten. Dabei verwenden wir zwei kommerzielle computergestützte Design-Software (CAD). Wir verwenden auch einen fused deposition modeling Drucker für die chirurgischen Führungen und einen selektiven Lasersinterdrucker für die Titan-Patienten-spezifischen Fixierungsimplantate. Das Verfahren umfasst die Bildgebungserfassung (CT), die 3D-Segmentierung des Schädels und der Gesichtsknochen aus der CT, die 3D-Planung der Operationen, die 3D-Planung des patientenspezifischen Fixierungsimplantats entsprechend der Endposition der Knochen, die 3D-Planung von chirurgischen Leitfäden für die Durchführung einer genauen Osteotomie und die Vorbereitung des Knochens für die Fixierungsplatten sowie den 3D-Druck der chirurgischen Leitfäden und der patientenspezifischen Fixierungsplatten. Die Vorteile der Methode sind die volle Kontrolle über die Operation, geplante Osteotomien und Fixierungsplatten, signifikante Preissenkung, Verkürzung der Betriebsdauer, überlegene Leistung und hochpräzise Ergebnisse. Zu den Einschränkungen gehört die Notwendigkeit, die CAD-Programme zu beherrschen.

Introduction

Der 3D-Druck ist ein additives Verfahren, das auf der schrittweisen Platzierung von Schichten aus verschiedenen Materialien basiert und so 3D-Objekte erzeugt. Es wurde ursprünglich für Rapid Prototyping entwickelt und 1984 von Charles Hull eingeführt, der als Erfinder der Stereolithographie-Methode auf der Grundlage von Erstarrungsschichten von Photopolymerharz1gilt. Technologische Fortschritte in der virtuellen Planung von Operationen sowie planung und Druck von patientenspezifischen Implantaten entwickeln sich ständig weiter. Innovationen entstehen sowohl im Bereich der computergestützten Designsoftware (CAD) als auch in den 3D-Drucktechnologien2. Gleichzeitig mit technologischen Entwicklungen werden Software und Drucker benutzerfreundlicher. Dies verkürzt die Zeit für Planung und Druck und ermöglicht dem Chirurgen die Möglichkeit, seine Operationen zu planen und seine eigenen patientenspezifischen chirurgischen Führungen und Fixierungsplatten in einem Feld zu erstellen, das ausschließlich ein “Spielplatz” eines Ingenieurs war. Diese Entwicklungen ermöglichen es Auch Chirurgen und Ingenieuren, neue Anwendungen und Designs von patientenspezifischen Implantaten3,4,5einzuführen.

Eine dieser Anwendungen ist die 3D-Planung orthognathistischer Operationen, gefolgt von der 3D-Planung und dem Druck von chirurgischen Führungen und patientenspezifischen Fixierungsplatten. Historisch wurden orthognathischen Operationen mit Artikulatoren geplant. Ein Gesichtsbogen wurde verwendet, um die Beziehung des Oberkiefers zum temporomandibulären Gelenk zu registrieren und so die Abgüsse des Patienten im Artikulator zu positionieren. Später wurden die chirurgischen Bewegungen an den Gussteilen durchgeführt und ein Acryl-Wafer wurde vorbereitet, um bei der richtigen Positionierung der Kiefer während der Operation zu helfen. Diese Methode wurde viele Jahre lang verwendet und wird heute noch von den meisten verwendet, aber die Verwendung von Kegelstrahl-Computertomographie (CT) zusammen mit intraoralen Scannern und CAD-Software ermöglichte eine genaue Planung, schonen den Bedarf an Facebows oder Gussteilen und in Richtung der Schaffung digital geplanter Wafer6. Diese Methode reduzierte die Ungenauigkeit der manuellen Manipulation und Messungen, hatte aber immer noch Fehler, einschließlich der Verwendung des instabilen Unterkiefers als Bezugspunkt für die Positionierung des Oberkiefers und mangelnde Kontrolle über die vertikale Positionierung des Oberkiefers7. So wurde eine neue Methode eingeführt. Diese Methode wird als “waferless” Chirurgie bezeichnet und basiert auf der anatomischen Neupositionierung der Kiefer mit chirurgischen Schneidführungen und patientenspezifischer Fixierung Titanplatten8. Diese Methode löst die Zuvor beschriebenen Nachteile der zuvor beschriebenen digitalen Wafermethode. Wir beschreiben diese Methode, die dem Chirurgen völlige Freiheit bei der Planung dieser Operationen auf patientenspezifische Weise, mit minimalen möglichen Fehlern und Ungenauigkeiten ermöglicht. Diese Methode ermöglicht eine “waferlose” Operation, was bedeutet, dass es nicht notwendig ist, den gegensätzigen Kiefer als Referenz für die Neupositionierung der Knochen zu verwenden, wodurch die ungenauigkeiten, die sich aus dieser Abhängigkeit ergeben, verringert werden9.

Protocol

1. Neupositionierung der Backen HINWEIS: Dieser Abschnitt wird mit der Bildgebungssoftware (d. h. Dolphin) durchgeführt. Laden Sie die Gesichtsknochen CT-Bild DICOM-Dateien des Patienten (Abbildung 1A) in die Software durch Die Auswahl der 3D-Taste auf der linken Seite und klicken Sie auf Import New DICOM (Ergänzende Abbildung 1). Geben Sie den 3D-Bearbeitungsmodus ein, indem Sie auf 3D</strong…

Representative Results

Um die klinische Anwendung der Methode zu beobachten, stellen wir einen Fall einer 23-jährigen Frau vor. Sie litt in einem jüngeren Alter an kondylarer Hyperplasie, was zu einer Asymmetrie beider Kiefer führte. Abbildung 1A zeigt den retrognathischen Oberkiefer und den prognathischen Unterkiefer, die die Diskrepanzen zwischen den Kiefern aufweisen. In der Frontalansicht kann die starke Asymmetrie anhand der gelben und roten Linien detailliert beobachtet werden. Mit der Bildgebungssoftware…

Discussion

Die 3D-Planung und der Druck ist eine der am schnellsten entwickelnden Methoden im chirurgischen Bereich. Es ist nicht nur ein vielversprechendes Werkzeug für die Zukunft, sondern ein praktisches Werkzeug, das heutzutage für hochpräzise chirurgische Ergebnisse und patientenspezifische Lösungen eingesetzt wird. Es ermöglicht hochgenaue Ergebnisse und reduziert die Abhängigkeit von der Erfahrung des Chirurgen10. Es löst viele der Nachteile der früheren alten Mode chirurgische Naden, aber die…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Für diese Arbeit wurden keine Mittel bereitgestellt.

Materials

Dolphin imaging software Dolphin Imaging Systems LLC (Patterson Dental Supply, Inc) 3D analysis and virtual planning of orthognathic surgeries
Geomagic Freeform 3D systems Sculpted Engineering Design

Referenzen

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Diesen Artikel zitieren
Shilo, D., Capucha, T., Goldstein, D., Bereznyak, Y., Emodi, O., Rachmiel, A. Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants. J. Vis. Exp. (159), e60930, doi:10.3791/60930 (2020).

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