Klinische Anwendung von 3D-gedruckten digitalen Führungen mit magnetischer Verbindung für die präzise segmentale Maxillotomie

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt die digitale Planung, den dreidimensionalen (3D) Druck und die intraoperative Anwendung magnetisch verbundener, patientenspezifischer Osteotieführungen für eine dreisegmentale Le-Fort-I-Osteotomie, um virtuelle Planungen präzise zu übertragen und die Segmentausrichtung zu verbessern.

Zusammenfassung

Diese Studie stellt die Konstruktion und klinische Anwendung eines neuartigen magnetisch verbindbaren digitalen Osteotieführungsgeräts zur Verbesserung der Präzision und Effizienz der segmentalen maxillären Osteotomie vor. Die segmentale Le-Fort-I-Osteotomie ist eine wesentliche Technik zur Korrektur komplexer transversaler und vertikaler zahnmaxillofazialer Deformitäten, doch herkömmliche Methoden, die manuelle Gipsmodellchirurgie beinhalten, sind anfällig für erhebliche Fehler. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, integriert dieses Protokoll eine virtuelle chirurgische Planung (VSP) unter Verwendung von CT-Aufnahmen und spezieller Modellierungssoftware, um ein patientenspezifisches, zweiteiliges, 3D-gedrucktes Führungs-System zu erstellen. Die primäre Komponente dient zur Führung der horizontalen Le-Fort-I-Osteotomie und der beidseitigen Prämolaren-Extraktionslinien. Nachdem der Oberkiefer abgefrakt wurde, wird eine sekundäre segmentale Führung über vier eingebettete Neodym-Magnete, jeweils mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Dicke von 1,5 mm, mit der primären Komponente verbunden. Diese magnetische Verbindung ermöglicht eine stabile, schnelle und störungsfreie Fixierung, die eine präzise Führung der palatalen und medianen Osteotomielinien erlaubt. Dieses Protokoll demonstriert die klinische Anwendung eines modularen magnetischen Führungs-Systems zur Übertragung des virtuellen Osteotomieplans bei Patienten mit maxillärer Protrusion und Diskrepanzen der Zahnbogenbreite. Die postoperative Farbkartenanalyse zeigte lokale Oberflächenabweichungen von etwa 0,5–0,9 mm entlang der sichtbaren Osteotomieränder, was die vorläufige Genauigkeit der Übertragung in den Osteotomiebereich unterstützt. Das modulare magnetische Design ermöglicht eine gestufte Osteotomieführung und könnte die Notwendigkeit wiederholter Anpassungen, unnötiger Knochenentfernung und Weichteilmanipulationen verringern, was mit den Prinzipien des Gefäßerhalts übereinstimmt, obwohl die Segmentperfusion nicht direkt bewertet wurde. Neodym-Magnete sind biokompatibel, behalten nach der Sterilisation ihre Stabilität und sind aufgrund ihrer Wiederverwendbarkeit kosteneffizient. Trotz der potenziellen Zerbrechlichkeit aktueller dreidimensionaler (3D)-gedruckter Harzmaterialien bietet die magnetisch verbindbare digitale Osteotomieführung einen erheblichen klinischen Nutzen, indem sie die Lücke zwischen virtueller Planung und chirurgischer Durchführung schließt. Diese Methode gewährleistet eine äußerst genaue Knochenentfernung und -positionierung und stellt eine vielversprechende Weiterentwicklung für komplexe kieferorthopädische chirurgische Eingriffe dar.

Einleitung

Die segmentäre Le-Fort-I-Osteotomie ist ein etabliertes chirurgisches Verfahren zur Korrektur transversaler maxillärer Diskrepanzen bei skelettal ausgereiften Patienten. Bei einer dreiteiligen Le-Fort-I-Osteotomie wird das Oberkiefer zuerst durch eine Le-Fort-I-Osteotomie mobilisiert und anschließend durch interdentalen und palatalen Osteotomien in drei Segmente geteilt. Dadurch kann der Chirurg die vorderen und hinteren maxillären Segmente entsprechend der geplanten Okklusion und transversalen Korrektur neu positionieren. Abhängig von der geplanten Bewegung der maxillären Segmente kann diese Technik zur transversalen Expansion, Korrektur einer asymmetrischen transversalen Deformität oder Verringerung einer übermäßigen Oberkieferbogenbreite eingesetzt werden^1,2. Im Vergleich zur einteiligen Le-Fort-I-Osteotomie erfordert die segmentäre Le-Fort-I-Osteotomie zusätzliche interdentale und palatale Osteotomielinien. Diese zusätzlichen Osteotomien erhöhen die Komplexität sowohl der virtuellen chirurgischen Planung als auch der intraoperativen Durchführung^2,3.

Die virtuelle chirurgische Planung und die Methoden des computergestützten Entwurfs und der computergestützten Fertigung kommen in der kieferorthopädischen Chirurgie zunehmend zum Einsatz, um präoperative Pläne auf das Operationsfeld zu übertragen^4,5. Patientenspezifische Osteotomieführungen können dabei helfen, geplante Osteotomielinien auf den chirurgischen Bereich zu übertragen und die Notwendigkeit freihändiger Markierungen zu verringern^5,6. Bei der dreiteiligen Le-Fort-I-Osteotomie werden jedoch die anfängliche Le-Fort-I-Osteotomie, die interdentalen Osteotomien und die palatale Osteotomie häufig in verschiedenen chirurgischen Phasen durchgeführt³. Nach der Maxillar-Downfraktur unterscheiden sich der chirurgische Zugang, die Sichtverhältnisse und die Bedingungen zur Stabilisierung der Führung von denen vor der Downfraktur. Dies kann die Verwendung einer herkömmlichen einteiligen Führung während der gesamten Osteotomiekette erschweren. Daher könnte eine modulare Führung, die sequenziell vor und nach der Downfraktur verwendet werden kann und dabei eine stabile Beziehung zwischen den Führungskomponenten beibehält, für diesen Eingriff besser geeignet sein.

Dieser Artikel stellt ein magnetisch verbundenes, patientenspezifisches Osteotomieführungs-System für eine dreiteilige Le-Fort-I-Osteotomie vor. Die repräsentative Anwendung in diesem Protokoll konzentriert sich auf die Reduktion der Zahnbogenbreite bei Patienten mit übermäßiger maxillärer Zahnbogenbreite. Die erste Führungs-Komponente dient zur Führung der Le-Fort-I-Osteotomie und interdentalen Osteotomien durch die extraktionsbedingten Defekte der bilateralen ersten oberen Prämolaren. Nach der maxillären Abfraktur wird die zweite Führungs-Komponente magnetisch mit der ersten Komponente verbunden und dient zur Führung der palatinalen Osteotomie sowie des geplanten Knochenabtrags im Bereich des Gaumens. Ziel dieser Methode ist es, einen reproduzierbaren Arbeitsablauf für die virtuelle Planung, digitale Führungsdesigns, den dreidimensionalen (3D) Druck, die Montage der Magnete und die sequenzielle intraoperative Anwendung des Führungs-Systems bereitzustellen.

Protokoll

Diese Studie wurde von der Ethikkommission der Kunming Medical University genehmigt (Genehmigungsnummer KYKQ2024MEC0087), und alle Patienten unterschrieben eine schriftliche Einwilligungserklärung.

1. Vorbereitung vor der Guide-Design

1. Speichern Sie die präoperative Computertomographie (CT)-Daten des Patienten im DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine).
   ANMERKUNG: Verwenden Sie nach Möglichkeit dünnschichtige CT-Daten, um ausreichend Bildeckschichten für eine genaue 3D-Rekonstruktion bereitzustellen. Eine schlechte Bildqualität, eine große Schichtdicke oder eine unzureichende Anzahl von Schichten können die Genauigkeit des rekonstruierten Oberkiefermodells verringern und die anschließende virtuelle Osteotomie sowie die Führungsschablonenplanung beeinträchtigen. Bei dem repräsentativen Fall wurden präoperative CT-Bilder mit einer Schichtdicke von 0,3 mm aufgenommen.
2. Importieren Sie die DICOM-Daten in eine 3D-Rekonstruktionssoftware wie Mimics Research 21.0. Wählen Sie einen geeigneten Segmentierungsschwellenwert und rekonstruieren Sie das kraniofaziale Skelett.
   ANMERKUNG: Der Segmentierungsschwellenwert sollte wichtige anatomische Strukturen wie den Oberkiefer, Zahnwurzeln, Nasenboden und Gaumenbein erhalten, gleichzeitig jedoch eine Verzerrung der Knochenoberfläche durch einen zu niedrigen Schwellenwert vermeiden. Im repräsentativen Fall wurde der Schwellenwertbereich auf 226–31743 HU festgelegt. Überprüfen Sie das rekonstruierte Modell sorgfältig und entfernen Sie offensichtliche Artefakte, bevor Sie es exportieren.
3. Führen Sie eine Modellvorverarbeitung in der 3D-Rekonstruktionssoftware durch, einschließlich Segmentierung, Glättung und Entfernung unnötiger Strukturen.
   ANMERKUNG: Falls die CT-Bildqualität ausreichend ist, sollte die Glättung des rekonstruierten Oberkiefermodells nach Möglichkeit vermieden werden. Übermäßige Glättung kann die Oberflächenmorphologie verändern und die Passform der knochengetragenen Führung beeinträchtigen.
4. Importieren Sie die gescannten Daten der oberen und unteren zahnärztlichen Gipsmodelle in eine Software zur virtuellen Operationsplanung, wie beispielsweise ProPlan CMF 3.0.
   ANMERKUNG: Im repräsentativen Fall wurden die Zahnmodelle mit einem Modellscanner mit einer Genauigkeit von weniger als 10 µm gescannt.
5. Registrieren Sie die Ober- und Unterkieferknochenmodelle mit den entsprechenden gescannten Ober- und Unterkiefermodellen, um ein kombiniertes skelettodontales Modell zu erhalten.
   1. Verwenden Sie nach Möglichkeit stabile Zahnoberflächen für die Registrierung. Überprüfen Sie nach der Registrierung die Okklusionsoberfläche, den Zahnzahnförmigen Bogen und die Position der Zahnwurzeln, um sicherzustellen, dass die skelettalen und dentalen Daten korrekt übereinstimmen.
6. Kombinieren Sie die Befunde der klinischen Untersuchung, die Okklusionsanalyse und die 3D-zephalometrische Analyse, um die Deformitäten von Ober- und Unterkiefer zu bewerten.
   ANMERKUNG: Das Ziel dieses Schritts besteht nicht nur darin, die Deformität zu diagnostizieren, sondern auch zu bestimmen, ob eine dreisegmentale Le-Fort-I-Osteotomie und eine Reduktion der Zahnbogenbreite für den Patienten geeignet sind.

2. Virtuelle chirurgische Planung für eine dreisegmentige Le-Fort-I-Osteotomie

1. Erstellen Sie einen virtuellen chirurgischen Plan für eine dreisegmentale Le-Fort-I-Osteotomie.
   ANMERKUNG: In diesem Protokoll handelt es sich bei dem repräsentativen Fall um eine Reduktion der Bogenbreite bei einem Patienten mit übermäßiger maxillärer Bogenbreite. Dieselbe Entwurfslogik kann je nach Segmentierungsmuster des Patienten und geplanter Knochenentfernung angepasst werden.
2. Bestimmen Sie die postoperative Okklusion, bevor die Positionen der maxillären Segmente endgültig festgelegt werden.
   ANMERKUNG: Führen Sie vor der formalen virtuellen Planung der Osteotomie eine Modellchirurgie am Zahnmodell durch. Simulieren Sie die Osteotomie, setzen Sie die maxillären Segmente wieder zusammen und prüfen Sie, ob eine stabile postoperative Okklusion erreicht werden kann. Nutzen Sie diesen Schritt, um die Menge des zu entfernenden Knochens und die Osteotomiestelle grob abzuschätzen. Bestimmen Sie die endgültige okklusale Beziehung, bevor Sie die definitiven Osteotomielinien entwerfen.
3. Entwerfen Sie die Le-Fort-I-Osteotomielinie gemäß der konventionellen Le-Fort-I-Osteotomietechnik. Gleichzeitig führen Sie eine virtuelle bilaterale sagittale Spalt-Ramus-Osteotomie (BSSRO) am Unterkiefer entsprechend dem geplanten kieferorthopädischen chirurgischen Entwurf durch.
   ANMERKUNG: Obwohl sich dieses Protokoll auf die maxilläre Osteotomieführung konzentriert, ist eine virtuelle mandibuläre Osteotomie erforderlich, wenn eine bimaxilläre Operation geplant ist. Dies ermöglicht es, das distale mandibuläre Segment entsprechend der endgültigen Okklusion zu bewegen.
4. Erstellen Sie nach der virtuellen Le-Fort-I-Osteotomie temporäre Trennlinien am Oberkiefer, um diesen in drei Segmente zu unterteilen.
   ANMERKUNG: In diesem Protokoll werden die bilateralen Regionen der ersten Prämolaren in die geplante Segmentierung und die Knochenentfernungsbereiche einbezogen. Die ersten Prämolaren und der umgebende alveoläre Knochen werden gemeinsam mit den maxillären Segmenten virtuell getrennt, anstatt als unabhängiger Zahnausziehschritt entfernt zu werden.
5. Legen Sie die Breite der temporären Trennlinien auf etwa 0,01 mm fest.
   ANMERKUNG: Diese temporären Linien dienen lediglich dazu, das virtuelle Maxillare in drei Segmente zu unterteilen. Sie stellen weder die endgültige Osteotomiebreite noch die endgültige Menge des zu entfernenden Knochens dar.
6. Scannen Sie das dreisegmentale maxilläre Zahnmodell, das mandibuläre Zahnmodell und die Okklusionsaufzeichnung, die aus der Modellchirurgie stammen.
   ANMERKUNG: Diese gescannten Daten repräsentieren die stabile postoperative Okklusion, die durch die Modellchirurgie bestimmt wurde. Verwenden Sie sie als Referenz für die virtuelle okklusale Registrierung.
7. Importieren Sie die aus der Modellchirurgie stammenden gescannten Daten in die Software zur virtuellen chirurgischen Planung.
8. Registrieren Sie das virtuell segmentierte maxilläre Modell und das virtuell osteotomisierte mandibuläre Modell mit der gescannten Okklusion aus der Modellchirurgie mithilfe der Okklusionsregistrierung.
   ANMERKUNG: Dieser Schritt überträgt die endgültige Okklusion aus der Modellchirurgie in den virtuellen chirurgischen Plan. Nach der Registrierung bestimmen die Zahnpositionen die endgültige Position der drei maxillären Segmente und des distalen mandibulären Segments.
9. Entfernen Sie den überlappenden Knochen zwischen den repositionierten maxillären Segmenten. Behalten Sie die angepassten maxillären Segmente als die geplante postoperative Position und Größe der drei maxillären Knochensegmente bei.
   ANMERKUNG: Der überlappende Bereich zeigt den Knochen an, der entfernt werden muss, um die Segmentzusammenfügung gemäß dem virtuellen chirurgischen Plan zu ermöglichen. Überprüfen Sie diesen Bereich im Hinblick auf die benachbarten Zahnwurzeln, den Nasenboden und den Gaumenknochen. Der geplante Bereich für Osteotomie und Knochenentfernung sollte so gestaltet sein, dass Verletzungen der benachbarten Zahnwurzeln vermieden werden, und sorgfältig im Verhältnis zu wichtigen anatomischen Strukturen wie Nasenboden, Piri-former Öffnung, infraorbitalem Bereich und Gaumenknochen überprüft werden.
10. Bewegen Sie die drei maxillären Segmente nach der virtuellen Le-Fort-I-Osteotomie in ihre ursprüngliche Position zurück. Verwenden Sie den Zwischenraum zwischen den Segmenten als geplanten Bereich für die Knochenentfernung und führen Sie eine Boolesche Subtraktion durch, um die STL-Daten für den Osteotomie- und Knochenentfernungsbereich zu erhalten (Abbildung 1).
    ANMERKUNG: Diese STL-Datei sollte als Grundlage für die Gestaltung der Osteotomieschlitze und des magnetischen Verbindungsbereichs des Führungssystems dienen. Während des anschließenden Führungsentwurfs sollten die Führungsbasis und die Osteotomieschlitze auf den notwendigen exponierten Knochenbereich beschränkt bleiben und nicht unnötig in Richtung der Zahnwurzeln, des Nasenbodens, des infraorbitalen Bereichs oder des palatinalen Weichgewebes verlängert werden.

3. Konstruktion des magnetisch verbundenen Osteotomieführungs-Systems

HINWEIS: Der Design-Arbeitsablauf der ersten Guide-Komponente ist in Abbildung 2 dargestellt.

1. Exportieren Sie die erforderlichen Modelle aus der Software zur virtuellen chirurgischen Planung, einschließlich des Schädels und des Oberkiefermodells mit registrierter Oberkieferzahnreihe, des Oberkiefers nach virtueller Le-Fort-I-Osteotomie, der Le-Fort-I-Osteotomielinie und des geplanten Bereichs zur Entfernung von Oberkieferknochen.
   ​HINWEIS: Exportieren Sie alle Modelle in demselben Koordinatensystem. Verschieben, drehen oder justieren Sie die Modelle nach dem Export nicht erneut, da dies die Genauigkeit der Schablonenkonstruktion beeinträchtigen könnte.
2. Importieren Sie alle exportierten Modelle in eine 3D-Konstruktionssoftware, beispielsweise 3-matic Research 13.0.
3. Beschneiden Sie das Schädel- und Oberkiefermodell mit der registrierten Oberkieferzahnreihe und behalten Sie nur die infraorbitalen und maxillären Bereiche bei, die für die Schablonenkonstruktion benötigt werden (Abbildung 2A).
   HINWEIS: Das Beschneiden des Modells kann die Rechenlast der Software verringern. Bewahren Sie genügend Oberkieferknochenoberfläche für das Anliegen der Schablone auf, entfernen Sie jedoch überflüssige Schädelstrukturen.
4. Wenden Sie die Funktion Wrap auf das beschchnittene Oberkiefermodell an (Abbildung 2B).
   HINWEIS: Das Umhüllen erzeugt einen geringen Freiraum zwischen der Schablone und der Knochenoberfläche. Dieser Freiraum erleichtert ein gleichmäßigeres Ansetzen der Schablone während der Operation. Im repräsentativen Fall wurde der durch das Umhüllen erzeugte Freiraum unter 1 mm gehalten. Der Freiraum sollte je nach Passform der Schablone, Druckgenauigkeit und klinischen Anforderungen angepasst werden.
5. Verwenden Sie die Funktion Mark, um den Basisbereich der ersten Schablonenkomponente auszuwählen (Abbildung 2B).
   HINWEIS: Wählen Sie einen Bereich, der etwas größer ist als der erwartete endgültige Schablonenrand, und schließen Sie stabile knöcherne Bereiche ein, die zur Fixierung der Schablone beitragen können. Die Vertiefung um die piriforme Öffnung und andere unregelmäßige knöcherne Oberflächen können die Stabilität der knochenbasierten Schablone verbessern. Ein größerer ausgewählter Bereich ermöglicht zudem eine spätere Kantenanpassung der Schablone.
6. Umhüllen Sie den ausgewählten Bereich, um die anfängliche Schablonenoberfläche zu erzeugen (Abbildung 2C).
   HINWEIS: Diese umhüllte Oberfläche wird im nächsten Schritt zur Beseitigung von Hinterschneidungen verwendet.
7. Entfernen Sie Hinterschneidungen gemäß der geplanten Einführungsrichtung der Schablone (Abbildung 2D).
8. Kehren Sie die hinterschneidungsfreie Oberfläche um und verdicken Sie sie, um die feste Basis der ersten Schablonenkomponente zu bilden.
9. Bearbeiten Sie die Kante der ersten Schablonenkomponente (Abbildung 2E).
10. Verwenden Sie den geplanten Bereich zur Entfernung des Oberkieferknochens, um die seitlichen Verbindungsbereiche der ersten Schablonenkomponente zu beschneiden (Abbildung 3).
    HINWEIS: Die Breite jedes Verbindungsbereichs sollte der geplanten Knochenentfernungsbreite im entsprechenden Bereich des ersten Prämolaren entsprechen. Verengen Sie diesen Bereich nicht allein, um die Schablonengröße zu reduzieren. Erweitern Sie ihn nicht übermäßig, da dies eine unnötige Weichteilablösung erforderlich machen könnte.
11. Importieren Sie die bearbeitete erste Schablonenkomponente in die Software zur virtuellen chirurgischen Planung.
12. Passen Sie den Bereich und die Breite der Le-Fort-I-Osteotomielinie gemäß der Schablonenkonstruktion an, erzeugen Sie den Osteotomieschlitz für die Le-Fort-I-Osteotomie und fügen Sie Befestigungslöcher an der ersten Schablonenkomponente hinzu, um sie intraoperativ mit Titanschrauben zu fixieren (Abbildung 2F).
    HINWEIS: Der Osteotomieschlitz sollte breit genug sein, um das Sägeblatt einzuführen, aber nicht so breit, dass er seine Lenkwirkung verliert. In diesem Protokoll beträgt die Schlitzbreite 1 mm. Die Befestigungslöcher sollten in stabilen knöchernen Bereichen platziert werden und dürfen den Osteotomieschlitz, Zahnwurzeln oder den geplanten Fixationsplatten nicht in die Quere kommen.
13. Verwenden Sie den Oberkiefer nach der virtuellen Le-Fort-I-Osteotomie als Referenzmodell, um die zweite Schablonenkomponente zu entwerfen.
14. Erzeugen Sie die Basis der zweiten Schablonenkomponente mit derselben oben beschriebenen Methode, einschließlich Beschneiden, Umhüllen, Markieren, Entfernen von Hinterschneidungen, Umkehren und Verdicken (Abbildung 4A–E).
15. Bearbeiten Sie die Kante der zweiten Schablonenkomponente gemäß dem geplanten palatinalen Osteotomie- und Knochenentfernungsgebiet.
    HINWEIS: Die Breite der zweiten Schablonenkomponente sollte dem geplanten Knochenentfernungsgebiet entsprechen. Diese Breite wird durch den virtuellen chirurgischen Plan festgelegt und sollte nicht geändert werden, ohne den Plan erneut zu überprüfen.
16. Markieren Sie den medialen Verbindungsbereich der ersten Schablonenkomponente. Erzeugen Sie eine Oberfläche aus dem markierten Bereich, kopieren Sie sie in ein neues Bauteil und verdicken Sie diese kopierte Oberfläche, um den Verbindungskörper der zweiten Schablonenkomponente zu bilden (Abbildung 4F und Abbildung 5).
    HINWEIS: Der Verbindungskörper der zweiten Schablonenkomponente sollte mit dem Verbindungsbereich der ersten Schablonenkomponente übereinstimmen. Beide Bereiche sollten der geplanten Knochenentfernungsbreite in den bilateralen Bereichen der ersten Prämolaren entsprechen.
17. Verbinden Sie die bearbeitete zweite Schablonenbasis mit dem Verbindungskörper, um die endgültige zweite Schablonenkomponente zu bilden.

4. Konstruktion der Neodym-Magnetverbindung

1. Identifizieren Sie die entsprechenden Anschlussflächen an der ersten und zweiten Führungskomponente.
2. Entwerfen Sie je zwei Magnetschlitze an jeder Führungskomponente entsprechend der Größe der Neodym-Magnete.
   HINWEIS: In diesem Protokoll ist jeder Schlitz für einen Neodym-Magneten mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Dicke von 1,5 mm ausgelegt. Die Schlitzgröße sollte exakt zur tatsächlichen Magnetgröße passen. Die paarweise angeordneten Schlitze an den beiden Führungskomponenten müssen präzise ausgerichtet sein. Sind die Schlitze zu flach, können die Magnete hervorstehen und die Verbindung der Führung beeinträchtigen. Sind sie zu tief oder falsch ausgerichtet, kann dies die magnetische Anziehungskraft oder den Sitz der Führung beeinflussen.
3. Verwenden Sie eine boolesche Subtraktion oder eine ähnliche Ausschneide-Funktion, um die endgültigen Magnetschlitze an beiden Führungskomponenten zu erzeugen (Abbildung 6).

5. 3D-Druck und Magnetmontage

1. Exportieren Sie das endgültige Konstruktionsdesign im STL-Format.
2. Drucken Sie die erste und zweite Führungskomponente mittels 3D-Druck unter Verwendung eines biokompatiblen chirurgischen Führungsharzes.
   HINWEIS: In diesem Protokoll wurden die Führungskomponenten mit einem biokompatiblen chirurgischen Guide-Harz bei einer Auflösung von 5760 gedruckt. × 3600 Pixel. Das Druckmaterial und die Parameter sollten gemäß den Anweisungen des Druckerherstellers sowie den institutionellen Anforderungen für die intraoperative Herstellung chirurgischer Schablonen ausgewählt werden.
3. Entfernen Sie die Stützstrukturen und führen Sie die Nachbearbeitung gemäß den Herstelleranweisungen durch. Reinigen Sie die Führungskomponenten mit dem vom Hersteller empfohlenen Reinigungsmittel, trocknen Sie sie und härteten jede Oberfläche in einer Aushärteeinheit nach. Polieren Sie nach der Nachhärtung die verbleibenden Spuren der Stützstrukturen auf der Oberfläche der Führung.
   HINWEIS: Im repräsentativen Fall wurde jede Oberfläche 2 Minuten nachgehärtet. Die Nachhärtedauer kann je nach verwendeten Harzmaterial, Drucker und Aushärtegerät variieren. Überprüfen Sie nach der Nachbearbeitung sorgfältig die Osteotomieschlitze, die Basis der Führungsschablone und die Magnetschlitze. Rückstände von Harz oder Stützmaterial in diesen Bereichen können die Passform der Schablone oder die magnetische Verbindung beeinträchtigen. Die Politur sollte auf verbliebene Spuren des Stützmaterials und nichtfunktionelle Oberflächen beschränkt werden; die Osteotomieschlitze, die Schablonenbasis und die Magnetschlitze dürfen nicht verändert werden.
4. Vier Neodym-Magnete mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Dicke von 1,5 mm in die vorgesehenen Rillen einbetten.
5. Befestigen Sie die Magnete sicher in den Nuten.
   HINWEIS: Überprüfen Sie vor dem Verkleben erneut die Polarität aller Magnete. In diesem Protokoll wurden die Magnete mit zahnmedizinischem Kunstharzzement in die Führungsnuten verklebt. Das Kunstharzzement ist gemäß den Herstelleranweisungen aufzutragen und zu polymerisieren. Nach dem Verkleben ist zu prüfen, ob sich die beiden Führungskomponenten reibungslos verbinden und stabil bleiben. Die verklebten Magnete sollten außerdem nach der Sterilisation auf feste Haltung und Stabilität der Verklebung überprüft werden, bevor sie intraoperativ verwendet werden.
6. Testen Sie das vollständige Führungssystem am 3D-gedruckten Oberkiefermodell (Abbildung 7).
7. Stellen Sie sicher, dass die erste Führungskomponente passgenau auf der Oberfläche des Oberkieferknochens aufliegt, ohne erkennbares Wackeln oder Interferenzen.
8. Verbinden Sie die zweite Führungs-Komponente mit der ersten Führungs-Komponente und überprüfen Sie, ob die magnetische Verbindung stabil ist.
   HINWEIS: Falls die Schablone nicht problemlos sitzt, überprüfen Sie den Schablonenboden, die Weichgewebe-Freistellung, die Magnettiefe und die Anschlussfläche. Geringfügige nichtfunktionale Kanten können vor der Sterilisation gekürzt werden, jedoch sollten die Osteotomieschlitze und der verbindungstechnisch mit Knochenentfernung verbundene Bereich nicht verändert werden, ohne den virtuellen chirurgischen Plan erneut zu überprüfen.
9. Sterilisieren Sie das Führungssystem vor der Operation gemäß dem zugelassenen klinischen Sterilisationsprotokoll.
   HINWEIS: In diesem Protokoll wurde das zusammengesetzte Führungssystem vor der intraoperativen Anwendung mittels Niedertemperatur-Wasserstoffperoxid-Plasma-Sterilisation sterilisiert. Die Sterilisationsmethode sollte entsprechend dem Harzmaterial, den magnetischen Eigenschaften, der Verträglichkeit des Klebstoffs sowie den institutionellen Anforderungen für die intraoperative Verwendung ausgewählt werden. Nach der Sterilisation sollte die vollständige Führung-Magnet-Konstruktion auf Integrität der Führung, Haltefähigkeit des Magneten und Stabilität der magnetischen Verbindung überprüft werden. Falls Magnete in Laboruntersuchungen oder klinischen Vorbereitungen wiederverwendet werden, ist die Wiederverwendung gemäß den institutionellen Vorschriften zur Sterilisation und Infektionskontrolle durchzuführen. Magnete mit Beschichtungsschäden, Korrosion oder verminderter Haltekraft dürfen nicht wiederverwendet werden.

6. Intraoperative Anwendung des Führungssystems

1. Führen Sie die kieferorthopädische Operation unter Vollnarkose gemäß dem geplanten chirurgischen Vorgehen durch.
   ANMERKUNG: Im repräsentativen Fall umfasste das chirurgische Vorgehen eine dreiteilige Le-Fort-I-Osteotomie, eine beidseitige sagittale Spalt-Ramus-Osteotomie und eine zweistufige Genioplastik.
2. Ziehen Sie die ersten oberen Prämolaren beidseits gemäß dem Operationsplan.
3. Legen Sie den maxillären Osteotomiebereich frei.
4. Platzieren Sie die erste Hilfskomponente auf der freigelegten Oberfläche des Oberkiefers (Abbildung 8A).
5. Befestigen Sie die erste Hilfskomponente mit Titan-Schrauben durch die vorgesehenen Befestigungslöcher.
6. Führen Sie die Le-Fort-I-Osteotomie entlang des Osteotomieschlitzes der ersten Hilfskomponente durch (Abbildung 8B).
7. Frakturen Sie den Oberkiefer nach Abschluss der Le-Fort-I-Osteotomie nach unten.
8. Nach der Unterbrechung des Oberkiefers platzieren Sie die zweite Hilfskomponente und verbinden Sie diese magnetisch mit der ersten Hilfskomponente (Abbildung 8C).
   1. Stellen Sie sicher, dass die zweite Hilfskomponente vollständig aufsitzt und die magnetische Verbindung stabil ist, bevor die segmentale Osteotomie durchgeführt wird.
   2. Da die erste Hilfskomponente mit Titan-Schrauben am Oberkiefer fixiert bleibt, stabilisieren Sie die zweite Komponente über die vorgegebene magnetische Schnittstelle und deren Kontakt mit der freigelegten Gaumenknochenoberfläche.
   3. Überprüfen Sie vor der Osteotomie, ob sich kein Weichgewebe, kein Blutgerinnsel oder Knochenabrieb zwischen der Hilfskomponente und der Knochenoberfläche befindet. Zwingen Sie die zweite Komponente nicht in Position, wenn ein stabiler Sitz nicht erreicht werden kann.
9. Führen Sie die interdentalen und palatinalen Osteotomien unter Führung der zweiten Hilfskomponente durch (Abbildung 8D).
10. Entfernen Sie das Führungssystem nach Abschluss der geführten Osteotomien und setzen Sie die verbleibenden kieferorthopädischen Maßnahmen gemäß dem Operationsplan fort.

7. Bewertung der postoperativen Genauigkeit

1. Rekonstruieren Sie das postoperative kraniofaziale Modell anhand der postoperativen CT-Daten mithilfe derselben 3D-Rekonstruktionssoftware, die auch für die präoperative Rekonstruktion verwendet wurde, und exportieren Sie das rekonstruierte Modell im STL-Format. Verwenden Sie denselben Segmentierungsschwellenwert wie bei der präoperativen Modellrekonstruktion.
   ANMERKUNG: Im repräsentativen Fall wurde das postoperative CT-Modell mit demselben Schwellenwertbereich wie das präoperative Modell, 226–31743 HU, rekonstruiert, um die Konsistenz zwischen der präoperativen Planung und der postoperativen Genauigkeitsbewertung zu gewährleisten.
2. Importieren Sie das postoperative Modell und das präoperative virtuelle chirurgische Design in eine 3D-Datenanalyse-Software, beispielsweise Geomagic Wrap 2021.
3. Registrieren Sie das postoperative Modell an das präoperative virtuelle chirurgische Design, wobei stabile, nicht operierte kraniofaziale Bereiche als Referenzbereich dienen.
   ANMERKUNG: Die operierten maxillären Segmente sollten nicht als Registrierungsreferenz verwendet werden. Der Referenzbereich sollte aus stabilen Regionen ausgewählt werden, die durch die Operation nicht beeinflusst wurden, wie beispielsweise die Region um den Nasion (N), den infraorbitalen Rand/Orbitale (Or) und den oberen Rand des äußeren Gehörgangs/Porion (Po).
4. Nach der Registrierung wählen Sie den interessierenden Bereich aus und führen Sie eine Oberflächenabweichungsanalyse zwischen dem postoperativen Modell und dem präoperativen virtuellen chirurgischen Design durch.
5. Erstellen Sie eine Farbkarte zur Visualisierung der Abweichung zwischen den geplanten und postoperativen Oberflächen. Notieren Sie den maximalen Abstand, den durchschnittlichen Abstand, die Standardabweichung und die RMS-Schätzung, die von der Software bereitgestellt werden.
   ANMERKUNG: Der durchschnittliche Abstand und die RMS-Schätzung sollten getrennt angegeben werden, da der durchschnittliche Abstand durch positive und negative Abweichungen beeinflusst werden kann. Falls verfügbar, sollten die maximale positive und negative Abweichung separat erfasst werden. In diesem Protokoll liegt der Fokus des interessierenden Bereichs auf der Osteotomie-Region und den sichtbaren Osteotomierändern, nicht auf der Endposition der gesamten maxillären Segmente.
6. Zur Beurteilung der Intraobserver-Reliabilität wiederholte derselbe geschulte Beobachter die Registrierung, die Auswahl des interessierenden Bereichs und die Abweichungsanalyse nach einer zeitlichen Pause. Intraklassenkorrelationskoeffizienten wurden mithilfe eines zweifaktoriellen gemischten Modells für absolute Übereinstimmung berechnet.

Ergebnisse

Mithilfe dieses Workflows wurde ein patientenspezifischer virtueller chirurgischer Plan sowie ein magnetisch verbundenes Osteotomieführungs-System für eine dreisegmentale Le-Fort-I-Osteotomie erstellt. Präoperative CT-Daten und Scans von Zahnmodellen wurden integriert, um ein kombiniertes skelettal-dentales Modell zu erzeugen. Im repräsentativen Fall wurde die virtuelle Planung zur Reduktion der Bogenbreite bei einem Patienten mit übermäßiger maxillärer Bogenbreite durchgeführt. Die Extraktionsstellen der bilateralen ersten Prämolaren dienten als interdentale Osteotomiebereiche, und die palatinale Osteotomielinie sowie der keilförmige Knochenentfernungsabschnitt wurden entsprechend der endgültigen Okklusion und den geplanten Segmentpositionen gestaltet. Nach Abschluss der Osteotomielinien wurde das Führungs-System in 3-matic Research 13.0 konstruiert. Die erste Führungs-Komponente wurde zur Le-Fort-I-Osteotomie und den interdentalen Osteotomien ausgelegt, die zweite Führungs-Komponente zur Führung der palatinalen Osteotomie nach der maxillären Durchfraktur. Rillen mit einem Durchmesser von etwa 3 mm und einer Tiefe von 1,5 mm wurden für Neodym-Magnete vorgesehen. Nach dem dreidimensionalen Druck wurden vier Neodym-Magnete in die Führungs-Komponenten eingelassen und verklebt. Das fertige Führungs-System wies eine stabile magnetische Verbindung auf und konnte auf dem gedruckten maxillären Modell ohne spürbares Wackeln oder Interferenzen platziert werden.

Die postoperative Genauigkeitsbewertung erfolgte durch Rekonstruktion des postoperativen kraniofazialen Modells aus CT-Daten und Überlagerung mit dem präoperativen virtuellen chirurgischen Plan mithilfe einer Software zur dreidimensionalen Datenanalyse, wie beispielsweise Geomagic Wrap 2021. Bei fünf Patienten, die gemäß diesem Protokoll behandelt wurden, wurde eine Farbkartenanalyse verwendet, um die lokale Oberflächenabweichung im Bereich der Osteotomie und an sichtbaren Osteotomierändern zu bewerten. Im repräsentativen Fall zeigten die Bereiche benachbart zu den sichtbaren Osteotomierändern auf der Farbkarte hauptsächlich grüne bis cyanfarbene Töne, was lokalen Oberflächenabweichungen von etwa 0,5–0,9 mm entspricht (Abbildung 9). Die primäre, auf einem interessierenden Bereich (ROI) basierende Oberflächenabweichungsanalyse ergab eine mittlere signierte Abweichung von 0,379 mm, mittlere positive und negative Abweichungen von 1,133 mm bzw. -0,865 mm, eine Standardabweichung von 1,321 mm, eine quadratische Mittelabweichung (RMS) von 1,374 mm sowie maximale positive und negative Abweichungen von 3,560 mm bzw. -3,560 mm. Diese quantitativen Parameter können erheblich durch die postoperative Positionierung der Knochensegmente beeinflusst sein und sollten daher nicht als direkte Messgrößen für die Genauigkeit der Osteotomielinienübertragung interpretiert werden. Ähnliche Abweichungsmuster im Osteotomiebereich wurden bei den anderen vier Patienten beobachtet, wobei die lokalen Abweichungen an den Osteotomierändern einen vergleichbaren Bereich aufwiesen. Wiederholte, auf interessierenden Bereichen (ROI) basierende Abweichungsanalysen zeigten eine hervorragende Intraobserver-Reliabilität mit ICC-Werten > 0,90. Bei allen fünf nach diesem Protokoll behandelten Patienten verbesserten sich die postoperative Okklusion und das faciale Profil, die Platzierung der Schablone verlief problemlos, und es war keine intraoperative Anpassung der Schablone oder ein schablonenbedingter Ausfall notwendig. Während der Nachsorge traten keine schablonenbedingten Komplikationen, Zahnwurzelverletzungen, Infektionen, Wunddehiszenz oder Rezidive auf.

Abbildung 1: Virtuelle chirurgische Planung für eine dreisegmentale Le-Fort-I-Osteotomie. (A) Palatinalansicht des virtuellen Oberkiefermodells, das zur Planung der dreisegmentalen Le-Fort-I-Osteotomie verwendet wurde. Der grüne Bereich zeigt den geplanten Osteotomie- und Knochenentfernungsabschnitt an. (B) Seitenansicht des geplanten Osteotomie- und Knochenentfernungsgebiets. Die Oberkieferknochensegmente wurden transparent dargestellt, um die Zahnwurzeln sichtbar zu machen, wodurch das räumliche Verhältnis zwischen den benachbarten Wurzeln und dem geplanten Osteotomiebereich erkennbar ist. (C) Isolierte Ansicht des Knochenentfernungsgebiets. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 2: Konstruktionsablauf der ersten Führungskomponente. (A) Der Schädel- und Oberkiefermodell mit dem registrierten Oberkiefergebiss wurde zugeschnitten, um nur die für die Führungskonstruktion erforderlichen infraorbitalen und maxillären Bereiche beizubehalten. (B) Das zugeschnittene Oberkiefermodell wurde umhüllt, und der Basisbereich der ersten Führungskomponente wurde mithilfe der Markierfunktion ausgewählt. (C) Der ausgewählte Bereich wurde umhüllt, um die anfängliche Führungsfläche zu erzeugen. (D) Unterhöhlungen wurden gemäß der geplanten Einführungsrichtung der Führung entfernt. (E) Die unterhöhlungsfreie Fläche wurde invertiert, verdickt und beschnitten, um die massive Basis der ersten Führungskomponente zu bilden. (F) Der Le-Fort-I-Osteotomieschlitz und die Befestigungslöcher wurden der ersten Führungskomponente hinzugefügt, um intraoperativ die Osteotomieführung und die Befestigung mit Titanschrauben zu ermöglichen. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 3: Gestaltung der Verbindungsbereiche der ersten Führungsplatte. (A,B) Die beidseitigen Verbindungsbereiche wurden entsprechend dem geplanten Resektionsbereich des Oberkieferknochens zugeschnitten. Die Breite jedes Verbindungsbereichs entsprach der geplanten Osteotomie- und Knochenresektionsbreite im jeweiligen Bereich des ersten Prämolaren. (C) Frontalansicht der ersten Führungsplatte mit Osteotomieschlitz, Bohrlöchern für Titan-Schraubenfixation und dem geplanten Knochenresektionsbereich. Der grüne Bereich kennzeichnet den geplanten Knochenresektionsbereich, der rote Buchstabe „W“ dessen geplante Breite, die orange gestrichelte Linie die Osteotomielinie und die blauen Pfeile die Bohrlöcher für die Titan-Schraubenfixation. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 4: Konstruktionsablauf der zweiten Führungskomponente. (A–E) Der Grundkörper der zweiten Führungskomponente wurde mit dem gleichen Arbeitsablauf wie bei der ersten Führungskomponente erzeugt, einschließlich Zuschneiden, Umhüllen, Markieren, Entfernen von Hinterschneidungen, Invertieren und Verstärken. Anschließend wurde die Kante der zweiten Führungskomponente entsprechend dem geplanten Bereich für den palatinalen Osteotomieschnitt und den Knochenentfernungsbereich zurechtgeschnitten. (F) Der mediale Verbindungsbereich der ersten Führungskomponente wurde markiert und zur Erzeugung des Verbindungsstücks der zweiten Führungskomponente verwendet. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 5: Gestaltung des Verbindungsbereichs der zweiten Führungs Komponente. (A,B) Der mediale Verbindungsbereich der ersten Führungs Komponente wurde markiert, und die markierte Oberfläche wurde in ein neues Bauteil übertragen. Diese kopierte Oberfläche wurde anschließend verfestigt, um den Verbindungskörper der zweiten Führungs Komponente zu bilden. Der Verbindungskörper wurde so ausgelegt, dass er zur Anschlussfläche und geplanten Knochenentfernungsbreite der ersten Führungs Komponente passt. (C) Draufsicht auf die zweite Führungs Komponente, die den geplanten palatinalen Osteotomie- und Knochenentfernungs Bereich zeigt. Der grüne Bereich kennzeichnet die geplante Knochenentfernungs Zone, und die orange gestrichelte Linie zeigt die palatinale Osteotomielinie an. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 6: Magnetnut-Design der beiden Führungskomponenten. Magnetnuten wurden in den entsprechenden Verbindungsbereichen der ersten und zweiten Führungskomponente mittels boolescher Subtraktion erzeugt. Die Abbildung zeigt die medialen Seiten der fertigen Führungskomponenten. Eine Seite ist mit gelben Modellen ausgefüllt, um die Platzierung der Neodym-Magnete zu simulieren, während auf der anderen Seite die vorgesehenen Magnetnuten direkt sichtbar sind. Die blauen Pfeile zeigen die vorgesehenen Magnetnuten an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 7: Vergleich zwischen dem gedruckten Bohrschablonensystem und dem endgültigen digitalen Design. (A–D) Die obere Reihe zeigt die dreidimensional gedruckten Komponenten der Bohrschablone nach dem Einbau von Neodym-Magneten sowie das vollständige Bohrschablonensystem, das auf dem gedruckten Oberkiefermodell sitzt. (E–H) Die untere Reihe zeigt das entsprechende endgültige digitale Design der Schablonenkomponenten und deren Verbindung am virtuellen Oberkiefermodell. Das fertige gedruckte Bohrschablonensystem stimmte mit dem digitalen Design überein und konnte vor der Operation auf dem Oberkiefermodell positioniert werden. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 8: Sequenzielle intraoperative Anwendung der ersten und zweiten Führungskomponente. (A) Nach Inzision und Anheben des Mukoperiostlappens wurde die erste Führungskomponente auf der freigelegten Oberfläche des Oberkieferknochens positioniert und mithilfe von Titanschrauben durch die Befestigungslöcher fixiert, bevor die Le-Fort-I-Osteotomie durchgeführt wurde. Der gelbe Pfeil zeigt die erste Führungskomponente, der blaue Pfeil eine titanene Befestigungsschraube. (B) Vollständige Le-Fort-I-Osteotomielinie nach Führung durch die erste Führungskomponente. (C) Positionierung der zweiten Führungskomponente nach Unterkieferfraktur und magnetischer Verbindung mit der ersten Führungskomponente. Der gelbe Pfeil zeigt die zweite Führungskomponente, der blaue Pfeil die magnetische Schnittstelle, die Neodym-Magnete enthält. (D) Die vollständigen interdentalen Osteotomielinien und die palatinale Osteotomielinie sind nach sequenzieller Anwendung der beiden Führungskomponenten dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 9: Überlagerungs- und Farbkartenanalyse der geplanten und postoperativen Modelle. Das auf dem CT basierende postoperative kraniofaziale Modell wurde anhand stabiler, nicht operierter kraniofazialer Regionen als Referenzbereich an das präoperative virtuelle chirurgische Planungsmodell registriert. Die stabilen Referenzbereiche waren hauptsächlich grün, während die repositionierten maxillären Segmente und Fixationszonen größere Abweichungen zeigten. Die Le-Fort-I- und segmentalen Osteotomiebereiche waren überwiegend grün bis blau, was einer geschätzten lokalen Oberflächenabweichung von etwa 0,5–0,9 mm entspricht, basierend auf visuellem Vergleich mit der Farbskala. Dieser Wert stellt eine näherungsweise, farbkartenbasierte Schätzung dar und nicht eine direkt berechnete mittlere Abweichung; er kann durch die postoperative Segmentpositionierung beeinflusst sein. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Diskussion

Die dreisegmentale Le-Fort-I-Osteotomie ist komplexer als die einteilige Le-Fort-I-Osteotomie. Bei diesem Eingriff wird der Oberkiefer nicht nur mobilisiert, sondern auch in separate Knochensegmente geteilt. Nach der Segmentierung muss jedes Oberkiefersegment neu positioniert werden, um eine stabile postoperative Okklusion und die geplante transversale Korrektur zu erreichen^7,8. Daher hängt die Genauigkeit dieses Verfahrens von zwei wesentlichen Schritten ab: der präzisen präoperativen Planung der endgültigen Segmentpositionen und der genauen intraoperativen Übertragung der geplanten Osteotomielinien sowie der Knochenentfernungsareale^4,9. Das in diesem Protokoll beschriebene magnetisch verbundene Führungssystem wurde entwickelt, um diese beiden Schritte zu unterstützen, indem es die virtuelle chirurgische Planung mit der sequenziellen intraoperativen Anwendung von Hilfsführungen verbindet. Der erste kritische Schritt besteht darin, die virtuelle chirurgische Planung auf einer stabilen postoperativen Okklusion aufzubauen. In diesem Protokoll werden Modellchirurgie und die Montage von Zahnmodellen verwendet, um eine direkte visuelle und manuelle Bestätigung der postoperativen Okklusion nach der dreisegmentalen Le-Fort-I-Osteotomie zu ermöglichen¹⁰. Sobald die Okklusion bestätigt ist, kann die endgültige Position jedes Segments in der Software festgelegt werden. Die Menge an alveolärem und palatalem Knochen, die entfernt werden soll, sollte anschließend entsprechend den endgültigen Segmentpositionen geplant werden, anstatt allein aufgrund einer visuellen Schätzung. Vor der Gestaltung der Führung sollte der Verlauf der Osteotomielinien in Bezug auf die benachbarten Zahnwurzeln, den Nasenboden und den Gaumenknochen überprüft werden. Dieser Schritt dient dazu, das Risiko von Verletzungen umliegender Strukturen zu verringern und die kontrollierte Übertragung des geplanten Knochenentfernungsareals in das Operationsfeld zu erleichtern. Falls die Osteotomielinie zu nahe an einer Zahnwurzel verläuft oder die geplante Entfernung des Gaumenknochens zur Reduktion der Bogenbreite unzureichend ist, sollte der virtuelle Plan vor dem Druck der Führung angepasst werden. Der zweite kritische Schritt ist das stabile Anliegen der knochengetragenen Führung. Im Gegensatz zu zahngetragenen Führungen verfügen knochengetragene Führungen möglicherweise über weniger anatomische Unterhöhlungen zur Retention. Daher sollte die Führungsbasis, wenn möglich, auf stabile und unregelmäßige knöcherne Bereiche erweitert werden. Im Oberkiefer können die konkaven Flächen um die piriforme Öffnung und andere unregelmäßige knöcherne Oberflächen dazu beitragen, die Positionierung der Führung zu verbessern¹¹. Eine Führungsbasis, die nur auf einer flachen knöchernen Fläche platziert ist, kann das Risiko von Kippbewegungen oder einer Dislokation während der Osteotomie erhöhen. Daher sollten die Stabilität der Führung und die schrittweise Montage der Komponenten vor der Osteotomie überprüft werden, während detaillierte Fehlerbehebungen bei Kippbewegungen der Führung, magnetischer Verbindung und Sitz der Komponenten separat behandelt werden. Neben diesen Planungs- und intraoperativen Übertragungsschritten liefert die postoperative Beurteilung eine wichtige Grundlage zur Bewertung, ob das Protokoll erfolgreich umgesetzt wurde. Ein weiterer kritischer Schritt bei dieser Beurteilung ist die Interpretation der postoperativen Genauigkeit im Hinblick auf den Zweck des Führungssystems. Da diese Führung dazu konzipiert ist, die geplanten Osteotomielinien und Knochenentfernungsregionen zu übertragen, sollte die Übertragung des Osteotomiebereichs von der gesamten Neupositionierung der Oberkiefersegmente unterschieden werden, die durch das Einsetzen der Segmente, die Fixierung, postoperative Platten und die Modellrekonstruktion beeinflusst werden kann. Obwohl quantitative ROI-basierte Oberflächenabweichungsparameter der Vollständigkeit halber angegeben wurden, können diese Werte ebenfalls die Auswirkungen der postoperativen Segmentpositionierung widerspiegeln und sollten daher nicht als direkte Messgrößen der Genauigkeit der Osteotomielinienübertragung interpretiert werden. Entsprechend sollten die Farbkartenbefunde in diesem Protokoll als vorläufige Beurteilung der lokalen Oberflächenübereinstimmung zwischen den geplanten und postoperativen Osteotomiebereichen betrachtet werden, anstatt als direkter Nachweis der Genauigkeit der gesamten Oberkiefersegmentpositionierung.

Mehrere Sicherheitsprüfungen, Modifikationen und Fehlerbehebungsschritte sollten vor der intraoperativen Anwendung des magnetischen Führungssystems berücksichtigt werden. Die magnetische Verbindung dient dazu, die gestufte Anwendung des Führungssystems zu vereinfachen. Kleine Neodym-Magnete können in begrenztem Raum ausreichende Anziehungskraft erzeugen und wurden bereits in medizinischen und zahnmedizinischen Anwendungen eingesetzt^12,13,14. In diesem Protokoll sind die Magnete in die Führungskomponenten eingebettet und werden nicht als implantierte aktive Geräte verwendet. Dennoch sollte die magnetische Sicherheit weiterhin berücksichtigt werden. Da eine kieferorthopädische Operation üblicherweise bei jungen Erwachsenen durchgeführt wird, sind Herzschrittmacher, implantierbare Kardioverter-Defibrillatoren und andere magnetempfindliche implantierte Geräte in dieser Patientengruppe selten^15,16. Dennoch sollten Patienten vor der Operation untersucht werden. Falls solche Geräte vorhanden sind, sollte die Verwendung magnetischer Komponenten mit dem Anästhesisten, Kardiologen und dem chirurgischen Team besprochen werden^17,18. Bei Patienten mit magnetempfindlichen implantierten Geräten sollte eine nichtmagnetische Führungskonstruktion oder eine alternative Führungsmethode in Betracht gezogen werden, es sei denn, die Verwendung magnetischer Komponenten wird vom zuständigen Fachteam genehmigt. Frühere Studien haben darauf hingewiesen, dass die Sterilisation die Haltekraft von Neodym-Magneten nicht wesentlich verringert¹⁹. Dennoch sollte die vollständige Führung-Magnet-Baugruppe nach der Sterilisation und vor der intraoperativen Anwendung überprüft werden. Obwohl die Magnete in die Führungskomponenten eingebettet sind und nur für einen kurzen Zeitraum im offenen Operationsfeld verwendet werden, sollte das Korrosionsrisiko weiterhin berücksichtigt werden, da Neodym-Eisen-Bor-(NdFeB)-Magnete korrodieren können, wenn ihre Schutzbeschichtung beschädigt ist²⁰. Die Anzahl, Position, Polarität, Ausrichtung und Haltekraft der Magnete sollten während der präoperativen Prüfung am dreidimensional gedruckten Modell bestätigt werden. Jede Führungskomponente mit falscher Magnetpolarität, lockerem Magnet, Bindungsversagen, Beschädigung der Beschichtung, Korrosion, Wackeln oder instabilem Sitz sollte nicht verwendet werden und vor der Operation neu hergestellt werden. Obwohl die patientenspezifische Führung für den Einmalgebrauch bestimmt ist, sollte eine Wiederverwendung der Magnete, falls erlaubt, den institutionellen Vorschriften für Aufbereitung und Infektionskontrolle folgen, und Magnete mit beschädigter Beschichtung, Korrosion oder verminderter Haltekraft sollten entsorgt werden. Bei diesem Führungssystem entspricht die Breite des magnetischen Verbindungsbereichs der geplanten Breite des Knochenabtrags bei der segmentalen Osteotomie. Sobald die Osteotomiebreite durch die postoperative Okklusion und die endgültigen Segmentpositionen festgelegt ist, sollte diese Breite nicht allein zur Verringerung des Führungsvolumens verändert werden. Daher sind Größe und Anzahl der Neodym-Magnete durch den verfügbaren Verbindungsraum, die Dicke der Führung und den Umfang der Weichteilfreilegung begrenzt. Falls die magnetische Verbindung während der präoperativen Prüfung instabil ist, sollten zuerst die Kontaktfläche, die Magnetausrichtung, die Einbettungstiefe der Magnete und der Sitz der Führung überprüft werden. Eine einfache Vergrößerung der Magnetgröße oder -anzahl könnte die Führung voluminöser machen und eine breitere Weichteilfreilegung erfordern. Falls die Führung schwer einzusetzen oder zu entfernen ist, können die Außenkontur und nichtfunktionale Kanten gekürzt werden, jedoch sollten die Osteotomieschlitze und der für den Knochenabtrag relevante Verbindungsbereich nicht verändert werden, ohne den virtuellen chirurgischen Plan erneut zu überprüfen. Falls die Führung intraoperativ wackelt oder die zweite Komponente nach der Maxillarunterbrechung nicht einrastet, sollte die Führung nicht gewaltsam positioniert werden. Weichteileinschlüsse, unvollständige knöcherne Freilegung, Blutgerinnsel, Knochenfragmente, Stabilität der ersten Komponente und Magnetausrichtung sollten vor dem erneuten Einsetzen der Führung überprüft werden. Falls ein stabiler Sitz nicht erreicht werden kann, sollte die Führung verworfen und eine alternative Führungsmethode verwendet werden. Falls die palatinale Osteotomielinie schlecht sichtbar ist, sollten Freilegung, Spülung, Blutstillung und Weichteilretraktion verbessert werden, bevor fortgefahren wird. Falls ein Magnet sich löst oder die Harzführung während der Osteotomie bricht, sollte die Führung sofort entfernt werden, und alle Magnete oder Führungsteile müssen vor der Wundverschluss erfasst und gezählt werden. Eine sterilisierte Ersatzkopie der patientenspezifischen Führung sollte nach Möglichkeit stets bereitgehalten werden; andernfalls sollte die Osteotomie anhand des präoperativen Plans, anatomischer Landmarken oder einer anderen verfügbaren Führungsmethode abgeschlossen werden. Falls die palatinale Osteotomie mit einem herkömmlichen Fräser oder Sägeblatt schwer durchführbar ist, kann ein ultraschallbasiertes Knochenskalpell in Betracht gezogen werden. Dies kann sinnvoll sein, da der harte Gaumen dünn und dicht ist und das Gaumen-Weichgewebe ebenfalls dünn ist. Piezoelektrische Instrumente können mineralisiertes Gewebe mit geringerem Risiko für Weichteilverletzungen schneiden, jedoch kann die Schnittgeschwindigkeit langsamer sein^21,22. Eine ausreichende Spülung sollte verwendet werden, um die Wärmeentwicklung zu reduzieren²³. Außerdem kann das für den 3D-Druck verwendete Harzmaterial spröde sein und unter übermäßiger intraoperativer Kraft brechen²⁴. In zukünftigen Studien könnte der metallische 3D-Druck, beispielsweise mittels Titanlegierung, in Betracht gezogen werden, um die mechanische Festigkeit des Führungssystems zu verbessern, wobei jedoch Genauigkeit, Kosten, Herstellbarkeit und klinische Anwendbarkeit weiterer Bewertung bedürfen^25,26.

Diese Methode weist mehrere Einschränkungen auf. Obwohl das Konstruktionsprinzip an verschiedene dreiteilige Le-Fort-I-Osteotomiemuster angepasst werden kann, konzentriert sich die repräsentative Anwendung in diesem Protokoll auf die Reduktion der Zahnbogenbreite mittels extraktionsschonender bilateraler Erstprämolarenlücken. Bevor der Arbeitsablauf auf andere Segmentationsmuster oder Fälle einer transversen Expansion angewendet wird, ist eine weitere Validierung erforderlich. Außerdem erfordert die zweite Komponente der Führung nach der Maxillarunterbrechung weiterhin eine ausreichende Exposition und einen stabilen Sitz. Eine unzureichende Exposition oder ein instabiler Sitz können die Genauigkeit der palatinalen Osteotomie beeinträchtigen. Schließlich bewertet das aktuelle Protokoll hauptsächlich die Übertragung der Osteotomielinie und die Durchführbarkeit der Führung. Es beweist jedoch nicht, dass die Methode die Operationsdauer, Blutung, postoperative Schwellung oder Komplikationen reduziert. Diese Ergebnisse sollten in zukünftigen klinischen Studien mit größeren Stichproben und vergleichenden Studiendesigns untersucht werden.

Im Vergleich zur manuellen Markierung wandelt diese Methode den virtuellen Osteotomieplan in eine patientenspezifische intraoperative Vorrichtung um. Dadurch können visuelle Schätzungen, wiederholtes Knochenabschleifen und empirische Anpassungen während der dreisegmentalen Le-Fort-I-Osteotomie⁶ verringert werden. Durch die voroperative Definition der Osteotomielinien und der zu entfernenden Knochenareale kann die Vorrichtung zudem überflüssigen Knochenabtrag reduzieren und die Kontrollierbarkeit der Segmentanordnung verbessern. Im Vergleich zu herkömmlichen einteiligen Vorrichtungen liegt der Hauptvorteil dieser Methode in ihrem gestuften, modularen Design. Die erste Komponente der Vorrichtung wird vor der Maxillarfraktur verwendet, um die Le-Fort-I-Osteotomie und die interdentalen Osteotomien zu führen. Die zweite Komponente wird nach der Fraktur angebracht, um die palatinale Osteotomie zu leiten. Diese Abfolge entspricht dem chirurgischen Ablauf der dreisegmentalen Le-Fort-I-Osteotomie und vermeidet die Verwendung einer einzigen Vorrichtung unter unterschiedlichen chirurgischen Bedingungen. Da der Erhalt der palatinalen Mukosa, der absteigenden Gefäße des Gaumens und der Segmentdurchblutung bei segmentalen Le-Fort-I-Osteotomien von entscheidender Bedeutung ist, kann dieser gestufte Ansatz helfen, vaskulär-schonende chirurgische Prinzipien zu unterstützen, indem unnötige Exposition und Manipulation reduziert werden. Die Segmentdurchblutung wurde in diesem Protokoll jedoch nicht direkt bewertet. Das patientenspezifische Design ermöglicht zudem, dass die Knochenabtragsbreiten links und rechts getrennt entsprechend der endgültigen Okklusion und Segmentpositionen geplant werden können. Daher kann das Vorrichtungssystem asymmetrischen Knochenabtrag berücksichtigen, der bei der dreisegmentalen Le-Fort-I-Osteotomie häufig auftritt, insbesondere bei Patienten mit übermäßiger Breite des Oberkieferbogens, die eine Verringerung der Bogenbreite erfordern.

Insgesamt bietet diese Methode einen reproduzierbaren Arbeitsablauf, der die virtuelle chirurgische Planung, den digitalen Schablonendesign, den dreidimensionalen Druck, die Magnetmontage und die intraoperative Anwendung verknüpft. Sie könnte Chirurgen dabei helfen, die geplante Osteotomie konsistenter zu übertragen, und könnte auch für die chirurgische Ausbildung nützlich sein. Künftige Studien sollten diese Methode mit der manuellen Osteotomie oder herkömmlichen Schablonen vergleichen, um zu ermitteln, ob sie die Operationsdauer, chirurgische Traumata und Komplikationen reduzieren kann.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
3-matic Research 13.0	Materialise	Version 13.0	Zur digitalen Konstruktion der Führungskomponenten verwendet, einschließlich Zuschneiden, Umhüllen, Markieren, Entfernen von Hinterschneidungen, Invertieren, Verdicken, Beschneiden und booleschen Operationen.
Autoscan-DS-EX pro	SHINING 3D	https://www.shining3ddental.com/solution/ds-ex-pro-lab-sacnner/	3D-Scanner; Dient zum Scannen der oberen und unteren zahnärztlichen Modelle sowie der Okklusionsaufzeichnung.
Calibra Universal Dual-Harz-Selbstadhäsiv	Dentsply Sirona	https://www.dentsplysirona.com/en-in/discover/discover-by-brand/calibra-cements/calibra-universal.html	Harzzement; Zum Verbinden von Neodym-Magneten in der 3D-gedruckten chirurgischen Führung.
CT-Scanner	Siemens Healthineers, Erlangen, Deutschland	https://www.siemens-healthineers.com/computed-tomography	64-Zeilen/128-Schicht; Wird zur dreidimensionalen Rekonstruktion des kraniofazialen/maxillären Modells verwendet.
Edge MAX/Edge E2	RAYSHAPE	https://www.rayshape3d.com/3d-printers/edge-e2/	3D-Drucker; Wird zum Drucken der ersten und zweiten Führungskomponenten verwendet.
Geomagic Wrap 2021	3D Systems	Version 2021	Wird zur Überlagerung von postoperativen Modellen und zur Abweichungsanalyse mittels Farbkarte verwendet.
Mimics Research 21.0	Materialise	Version 21.0	Wird zur Segmentierung, dreidimensionalen Rekonstruktion und Entfernung unnötiger Strukturen verwendet.
Neodym-Magnete	Kauf bei Jinyixin Magnetics	https://jingxin-magnet.com/	3 mm Durchmesser × 1,5 mm  Dicke; In die vorgesehenen Magnetschlitze eingebettet, um die erste und zweite Führungskomponente zu verbinden.
ProPlan CMF	Materialise	Version 3.0.1	Wird für die virtuelle kieferorthopädische Operationsplanung verwendet, einschließlich Le-Fort-I-Osteotomie, BSSRO-Planung, Segmentierung und Okklusionsregistrierung.
Harz	RAYSHAPE	SGV2/Model 1 lvory	Wird zur Herstellung der intraoperativen, magnetisch verbundenen Osteotomieführungen verwendet.
ShapeCure	RAYSHAPE	https://www.rayshape3d.com/post-processing/uv-curing-machine-shapecure/	Härtungsgerät