3D-Planung und Druck von patientenspezifischen Implantaten zur Rekonstruktion von Knochendefekten

Dieses Protokoll ermöglicht die virtuelle Behandlung von Patienten mit knöchernen Defekten und die Erstellung neuartiger chirurgischer Führungs- und Fixierungsplatten. Mit diesem Protokoll können Implantate virtuell erstellt und so gestaltet werden, wie es für den Einsatz im Operationssaal mit überragender Genauigkeit und verkürzter Betriebsdauer machbar ist. Patientenspezifische Implantate, die mit unserem Protokoll geplant sind, basieren auf einer genauen 3D-Bildgebung, die perfekt passende Implantate ermöglicht und die Wiederherstellung der richtigen Gewebeanatomie, Symmetrie und Funktion ermöglicht.

Dieses Protokoll ermöglicht es Benutzern, komplexe Modelle oder Strukturen aus verschiedenen Materialien zu entwerfen und zu drucken und verschiedene Parameter wie ihre Stärke oder Fähigkeit zur Knochenregeneration zu untersuchen. Obwohl diese Programme sehr benutzerfreundlich sind, dauert es einige Zeit, um den computergestützten Designprozess zu meistern. Geduld und Praxis helfen dem Benutzer, besser und schneller zu werden.

Da dieses Protokoll viele Schritte der virtuellen Planung enthält, ist die Beobachtung der Phasen äußerst hilfreich. Wählen Sie für die Segmentierung des 3D-rekonstruierten Modells in der entsprechenden Segmentierungssoftware im Menü Knochensegmentierung Die Option Allgemein aus, und verwenden Sie das Plus-Tool, um das Segment des Interesses und das Minus-Werkzeug anzugeben, um die unerwünschten Segmente während des Scrollens und Bewegens durch den Scan anzuzeigen. Verwenden Sie die Schaltfläche Festlegen, die die Segmentierung initiiert, und klicken Sie auf Übernehmen, um das neue Segment zu erstellen.

Um eine gute Knochensegmentierung durchzuführen, sollte eine große Anzahl positiver und negativer Markierungen im 3D-rekonstruierten Modell verwendet werden. und alle anderen Ansichten. Wenn die Segmentierung abgeschlossen ist, korrigieren Sie die Markierungen und fügen Sie neue Markierungen hinzu, um bei Bedarf eine bessere Genauigkeit zu erzielen.

Exportieren Sie die Dateien als STL 3D-Dateien. Um das 3D-Rekonstruktionsimplantat zu entwerfen, importieren Sie die STL-Dateien in die 3D-Designsoftware und verwenden Sie das Werkzeug Rasieren, um den Knochen in zwei Teile zu trennen. Wählen Sie im Menü "Ton verschieben auswählen" das Werkzeug Ton aus und markieren Sie den Interessenbereich.

Kopieren Sie den markierten Bereich, und erstellen Sie ein neues identisches Objekt in der Objektliste, um die Position des Bereichs zu bearbeiten. Um sicherzustellen, dass die Drehachse auf dem Teil des Knochens festgelegt ist, der an derselben Position bleibt, wählen Sie Neupositionieren aus, und legen Sie die Rotationsachse wie geplant fest. Da der menschliche Schädel meist symmetrisch ist, verwenden Sie das Werkzeug "Spiegelton", um die korrekte Positionierung oder Platzierung des fehlenden oder falsch positionierten Segments zu erhalten und die Ebene in der Mitte des Schädels zu platzieren.

Führen Sie die Segmentrotation nach Bedarf aus, und verwenden Sie das Werkzeug Ton aus dem Menü "Ton konstruieren" verwenden, um den verwinkelten knöchernen Teil zu rekonstruieren. Wählen Sie im Menü Kurven die Option Kurve zeichnen aus, um eine kontinuierliche äußere Form des gewünschten Implantats zu erstellen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Segment, und wählen Sie Duplizieren aus, um das knöcherne Segment zu duplizieren.

Wenn Sie im neuen duplizierten Segment arbeiten, wählen Sie im Menü Detail Ton Emboss mit Kurve aus, um das Volumen des Rekonstruktionsimplantats zu erstellen. Wählen Sie die äußere Form des skizzierten Implantats aus, und platzieren Sie den kreisförmigen Cursor innerhalb des skizzierten Implantats auf der Oberfläche des Knochens. Wählen Sie die gewünschten Parameter aus, vor allem den Abstand, um die Dicke des Implantats zu steuern, und klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das duplizierte Segment, um Boolean und Remove From auszuwählen, und wählen Sie dann das Objekt aus, das das erstellte Implantat enthält.

In Fällen, für die Bohrungen zur Schraubenfixierung oder Angiogenese erforderlich sind, verwenden Sie die Funktion Ebene erstellen, um eine parallele Ebene zu erstellen, in der die Bohrungen für die Platte ausgelegt sind. Wenn die Ebenen in maximaler Parallelität zum Implantat positioniert sind, wählen Sie im Menü Skizze einen Kreis aus und erstellen Sie Kreise der gewünschten Größe und Position innerhalb des Segments. Verwenden Sie im Menü Kurven die Option Projektskizze, um die Skizzen festzulegen, die von der Ebene in das Implantat übertragen werden sollen.

Um die Senke für die Schrauben zu generieren, wählen Sie im Menü Detail Ton die Option Prägung mit Kurve aus, und platzieren Sie den kreisförmigen Cursor innerhalb des markierten kreisförmigen Bereichs auf der Segmentoberfläche. Um die Bohrungen im Menü "Unterdoberflächen" abzuschließen, verwenden Sie die Option Drahtschnitt-SubD, um Stäbe senkrecht zum Implantat zu erstellen. Um die Bohrungen mit den Stäben zu erstellen, wählen Sie Boolean und Remove From aus, und wählen Sie jede Stange nacheinander aus, indem Sie mit der rechten Maustaste auf Boolean klicken, Von entfernen und ein Implantat erstellen in der Objektliste.

Um ein Netz im Implantat zu erstellen, verwenden Sie Kurve zeichnen, um eine Skizze des geplanten Netzes zu generieren, wie gezeigt. Verwenden Sie im Menü "Detail Clay" emboss with Wrapped Image, um ein Vorlagenbild auszuwählen, nach dem das Netz entworfen wird. Die weißen Bereiche des Bildes werden subtrahiert, und die schwarzen Bereiche bleiben erhalten.

Passen Sie die Richtung und Größe des Entwurfs manuell an, und legen Sie die Dicke des generierten Entwurfs fest, und klicken Sie dann auf Anwenden. Das patientenspezifische Implantat ist dann produktionsbereit. Diese Bilder stammen von einer 40-jährigen Patientin mit einer gebrochenen Rekonstruktionsfixierungsplatte aus einer früheren Verletzung und einer unfraktionistischen Fraktur im linken Unterkieferkörper.

Die Segmentierung des Unterkiefers wurde wie nachgewiesen durchgeführt, um die gebrochene Fixierplatte zu trennen. Mit Hilfe der 3D-Designsoftware wurde das linke Segment des Unterkiefers in die richtige anatomische Position neu positioniert. Die Spiegelung der rechten gesunden Seite wurde durchgeführt, um eine ordnungsgemäße Rekonstruktion des fehlenden Knochens zu ermöglichen.

Das patientenspezifische Implantat könnte dann auch mit Löchern für Befestigungsschrauben konstruiert werden. Ein Netz wurde entwickelt, um eine zusätzliche Knochentransplantatplatzierung zu ermöglichen, entsprechend der richtigen Kontur des Kiefers auf der Grundlage der gesunden Seite und um eine überlegene Angiogenese durch die Löcher im Netz zu ermöglichen. Das aus Titan bedruckte Implantat mit selektiver Lasersintertechnologie und postoperativen Ergebnissen kann in diesen Bildern beobachtet werden.

Beachten Sie die Kontinuität des Unterkiefers, die korrekte vertikale Position des linken Unterkiefersegments und die Symmetrie in der Körperkontur, die mit dem patientenspezifischen Implantat als äußere reine Kontur und einem Iliaskammknochentransplantat zum Füllen der Hohlräume rekonstruiert wurde. Berücksichtigen Sie bei der Entwicklung des patientenspezifischen Implantats die Planung einer Platte mit minimaler Größe, die stark genug ist, um Tragkräfte zu ermöglichen und gleichzeitig Scher- und Drehmomentkräften standzuhalten. Patientenspezifische Implantate können auch für craniooplastische, orthopädische Verfahren entwickelt werden und können potenziell für die Gestaltung von Weichgewebe in allen Organen verwendet werden.

Dieses Protokoll ermöglicht derzeit die Planung neuartiger Implantate für Operationen und Forschungsstudien und kann schließlich den Implantatbioprinting und die Regeneration fremder Materialien erleichtern.