方法論記事

社内の取り組みを用いた上顎再建の CAD/CAM サージカル ガイドの設計

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DOI：

10.3791/58015

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2018年8月24日

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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

この記事について

サマリー

コンピューター援用設計/計算機援用製造 (CAD/CAM) 手術ガイドを設計する方法のとおりです。切断面が分離、ユナイテッド、および必要な骨移動を簡単に視覚化するために厚きます。これらのデザインは、印刷し、精度の確認立体化することができます。

要約

コンピューター援用設計/コンピューター支援製造 (CAD/CAM) が今口腔外科の分取技法として評価されます。世界の限られた区域だけでこの技は安価で利用できるので、社内のアプローチを使用して CAD/CAM サージカル ガイド小説を開発しました。CAD ソフトウェアを使用して、上顎骨切除領域と切断面と腓骨の切断面と角度が決定されます。一度切除領域を決定すると、必要な面は、ブール修飾子を使用して抽出されます。これらの表面的な面に合わせて骨の表面や肥厚した固形物を安定させるために団結しています。切断ガイドの腓骨と上顎だけ、表面的な面を厚くことにより転送された骨のセグメントの配置を定義するも。CAD 設計は、.stl ファイルとして記録され、三次元 (3 D) が実際手術ガイドとして印刷します。ガイドの精度をチェックするには、3 D 印刷の顔と腓骨モデルを用いたモデル手術が実行されます。これらのメソッドは、商業ガイドがご利用いただけませんの外科医を支援するために使用可能性があります。

概要

CAD/CAM 技術の使用には、最近増加の歯科と義歯があります。このような CAD/CAM の進化、次は、CAD/CAM を使用して柄フラップ転送今悪性腫瘍1,2,3腫瘍広範切除後の下顎骨再建のフィールドで使用されます。欧米諸国でいくつかの企業は、供給し、下顎骨地域向けの CAD/CAM 切削ガイドを販売し始めています。顎骨の CAD/CAM の再建は精度4,5,6,7,8,9,10 面で利点を持っているとみなされて ,11。しかし、欠点は、限られた分野で世界的にこの手法があり、非常に高価な12です。したがって、上顎病変の CAD/CAM 復興しないまだ人気となっています。上顎再建の症例数が、下顎よりも低く、商業ガイドは一般的ではありません。

商業上顎 CAD/CAM ガイドは日本では販売されていない、ため社内のアプローチを使用して CAD/CAM サージカル ガイドを開発しました。CAD/CAM ガイドの臨床的有効性が既に報告された13,14,15,16,17,18,19, がないです。それらを設計する方法のレポートです。本報告の目的は、低コストの社内アプローチを用いた CAD/CAM の設計法を示すことです。

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プロトコル

この研究は筆者らの施設検討委員会によって承認され、すべての患者同意書フォームが完成しました。

1 材料の準備

  1. パソコン、顔面骨、腓骨、InVesalius20など変換ソフトウェアおよび三次元 (3 D) CAD ソフトウェア (例えば、ブレンダー21) の計算された断層撮影 (CT) データを使用します。
    注: 正確な設計のためには、最大厚さ 1 mm スライスの CT データの使用をお勧めします。実際の手術のシミュレーション、患者の CT データを使用します。研究では、無料の人間の 3次元データ22を使用します。
  2. 3 D プリンター23ネジ、金属板および小さいのこぎりを使用してだけでなく、デザインも実際のオブジェクト、結果をチェックします。
    注意: 本研究は実験的です。金属プレート、ネジ、および小さいのこぎりは、モデル手術に使用できます。金属板ではなくプラスチック製固定プレートは、サージカル ガイドと共に、3 D プリンターによっても印刷できます。
  3. 顔の骨と腓骨 (.stl フォーマット) の 3次元データに InVesalius20を使用しての画像データを転送します。
    注: CT データは本質的に二次元 (2 D) 写真の形で記録されます。したがって、3次元のデータを使用する前にデータを 3次元データに変換する必要は。フリー ソフトウェアは、この目的のために十分です。本報告では 3次元ファイルにデータを転送する方法は説明しません教育ビデオ、ガイド他の場所であります。
  4. ブレンダー21各 .stl ファイルをインポートします。
    メモ: CAD ソフトウェアは通常、.stl スタイル 3-D 形式を受け付けます。最初、上顎、腓骨 .stl でそれらをインポートすることによって、特定の CAD ソフトウェアでファイルを開いてください。

2. デザイン

  1. 骨除去の領域を決定して骨の欠損部を凝固
    1. 摘出するエリアを決定します。
      注: この実験によるシミュレーション外科で上顎骨の一部は切除範囲として設定できます。合計上顎後の復元が難しいので上顎の小さい部分だけ初心者のための選択であります。臨床設定で otorhinolaryngologists は、癌領域によると領域を決定します。
    2. 大きな飛行機を作ることし、オブジェクト モード (図 1 aと1 b) の除去のための区域の境界線上に置きます。第二面 (図 1 b-1 d) を配置することによって従うし、平面がの除去のため全体の領域を囲むまでそうし続けます。オブジェクト モードでのこれらの面を結合します。
    3. これらのすべての面の頂点を選択し、除去のための領域を囲む編集モードでエッジと面 (図 1e) することによって互いに接続します。
      注: 切除平面はコピーし、これらの元の平面は使用凝固、切除する際は破棄されるためを維持する必要があります。本研究ではあらゆる機会のすべての平面と立体をコピーして再利用することを可能するために勧めします。
    4. 編集モードでブール修飾子を使用して顔の骨から切除可能の固体を減算します。これは、結果、剃毛顔面骨 (図 1f)、上顎欠損モデルであります。
  2. 腓骨の骨を置くこと
    1. 上顎欠損領域 (図 2、) に、腓骨を配置します。マーカー (小さなキューブが図 2に示すように紫) として腓骨の 2 点 (8 cm 腓骨頭と 5 cm 外側のくるぶしから近位から遠位) に小さなキューブを配置します。
      注: 臨床場面で、腓骨は腓骨頭から 8 cm と 5 cm 外側のくるぶしから近位の間使用できます。このマーキングによって、我々 は簡単に使用できる領域を理解できます。
    2. 親のオブジェクト モードで設定として腓骨に小さなキューブをリンクします。
    3. 復興が必要な上顎の病変でいくつかのポイントにマーカーとして小さなキューブを配置します。このマーキングに必要な再生のポイントの可視性が増加します。
    4. 腓骨が正中線から配置されている場合は、オブジェクト モードで歯槽骨の前面の縁に腓骨を合わせてください。
    5. 最初の腓骨骨切り面 (図 2b) として正中上顎骨切り術の前の平面を使用します。
    6. オブジェクト モード (図 2c) で適切な場所に新しい骨切り面を配置します。親の設定として、この新しい飛行機を腓骨にリンクします。
      メモ: 腓骨の親を設定することによってこの新しい骨切り面と腓骨の間の相対的な回転方向は常に維持、腓骨が別の場所に移動する場合でも。これらの 2 つの切断面に囲まれた腓骨部腓骨の最初のブロックになります。
    7. 親のオブジェクト モードで設定として腓骨と骨切り術の 2 つの面をコピーします。両端に 2 つの切断面を持つ最初のブロック領域に再構成が必要な第 2 の領域は、このコピーした腓骨を移動 (図 2e) 2 番目の腓骨ブロックを計画します。
    8. オブジェクト モードで新しい平面を追加することによって 2 番目の切断面を配置します。
      注: 最初と 2 番目の切断面は腓骨の 2 番目のブロックの端になります。3 番目のブロックが必要な場合は、同様の手順が追加されます。腓骨の隣接するブロックの間の隙間の適切な長さを維持する必要があります。
      注: 最初と 2 番目のブロックの間のギャップが快適な骨切り術を持つための鍵としてと見なされます。このギャップが広い場合、骨切り術は広い作業空間のために簡単になりますが、血管の長さは多少無駄になります。対照的に、ギャップが狭い場合、骨切りが面倒になりますが、未使用の骨の無駄を排除することによって、2 番目または 3 番目のブロックができます。
  3. 腓骨切断ガイドの設計
    1. 腓骨のみを可視化して (図 3、) オブジェクト モードで腓骨カッティング ガイドを設計するための切断面。
    2. 各切断面を小さく (図 3b-3 d) 編集モードでのエッジに沿って頂点をスライドさせて、腓骨の切断面の半分だけの領域を占有します。
      注: 切断ガイドの継ぎ手側は腓骨の外側面です。栄養血管は内側面にある、ためガイドを内側の側面に設計されていません。
    3. オブジェクト モード (図 4 a-4e) でソリッドを作成する両端の 2 つの面を結合します。これらのすべての面の頂点を選択し、エッジと面を長方形ソリッドを形成する編集モードで互いに接続します。
    4. ブール修飾子 (図 5 a-5 c) を使用してこの直方体から腓骨を減算します。
      注: この減算の表面は完全に腓骨の外側面にフィットします。すべての必要な腓骨のブロックで同じ手順が繰り返されます。
    5. オブジェクト モードで各控除の固体を結合しなさい。
    6. 減算固体 (図 5d) 近くのキューブを配置します。柱 (図 5e-5 g) に面を押し出します。減算のソリッドにこれらの柱を結合しなさい。これは腓骨カッティング ガイド (数字 5 h-5 j) です。
  4. 上顎の骨切り切断ガイド
    注: 上顎骨を切り取り、じゃないすべての切削面のためのガイドを設計に必要な限られた区域だけある腓骨を使用して再構築するため。通常、2 つの切断ガイドを内側の肺胞および横の頬骨エリアをカバーする設計されています。
    1. 上顎除去後元の残りの表面にあった上顎、頬骨の平面を準備しています。幅 1 cm のマージンは十分な (図 6、) です。
    2. 飛行機を厚くし、ソリッド化モディファイヤー (図 6b) を使用して編集モードでそれらを固める 2.4.1 の手順で準備面を押し出します。
    3. ステップ 2.1、両端で決定された切除平面上肥厚固体を削除します。これは上顎切断ガイドの設計方法です。
      注: はめあい面のギザギザは、継ぎ手の面積十分です。はめあい面がフラットになりがちの場合は、ガイドのずれを避けるために大面積が必要です。
  5. 腓骨のセグメントの固定ガイド
    注: 上顎に転送するのには、腓骨のセグメントの大きさと長さに正確と見なされますが、固定ガイドを使用しない場合、転送の場所が自由に逸脱することができます。腓骨と各切断面 (ステップ 2.2 製) としては、このセグメントで再度使用されます。
    1. 編集モードで腓骨と切断面の両端 (図 7 a及び7 b) と固体の積を取ることによってブール修飾子で各腓骨ブロックを構築します。
    2. 各腓骨ブロックの表面的な表面の半分を抽出します。
    3. これらのサーフェス オブジェクト モード (図 7c) のすべてを団結させます。
    4. 編集モードで小さな顔を削除するには、金属板を嵌合するためのスペースを確保する (図 8、) を切ったナイフを使用します。
    5. 表面を厚くには、編集モード (図 8 b-8 e) で凝固の修飾子を使用します。
      注: 2-3 mm の厚さの最小値は固定ガイドを安定させ、歪みを避けるために必要です。両端に翼を設計する場合任意の金属板を使用せず上顎へのガイドに役立ちます。

3. 3次元印刷モデル手術と実質ガイド

メモ: このレポートの主な目的はサージカル ガイドの設計の方法を紹介します以下の手順は、3次元印刷が必要ない場合は必要ではありません。

  1. 3 D 印刷をすることができます .stl フォーマットでガイドのデザインをエクスポートします。
  2. すべてのガイドと骨を印刷します。
    注: 印刷、いかだは滑らかな表面印刷を邪魔し、ギザギザの表面と貧しい合わせて骨につながるので、滑らかにする必要がある面は上向きにする必要がありますと見なされます。
  3. モデル手術をとおり実行します。
    1. 実際に同様の手術に合わせて、上顎を顔面骨モデルをまず切断 (図 9、)。その後、鋸を使用して切断面に沿って顔の骨をカットします。
    2. 腓骨の骨モデルに腓骨切断ガイドを取り付けるし、(図 9b) に切る。腓骨のブロックを (図 9 c 9 d) 固定ガイドに接続します。
    3. ネジとプレート (図 9e) を使用して上顎欠損部に複雑なこの固定ガイドを修正します。ネジとプレートを用いて固定ガイドのつかない領域で上顎に腓骨セグメントを固定した後、固定ガイドを削除します。復興 (図 9f) は完了です。
  4. 3 D 再生像をスキャンし、3次元スキャナー24使用 .stl フォーマットで記録します。
  5. 比較後モデル手術 .stl ファイル比較ソフトウェア25を使用して再建された CAD デザイン (図 10)。
    注: 仮想復興デザインとガイド付き復興モデルを比較すると、実際の精度が計算されます。CAD/CAM の精度は、下顎骨再建102.5 mm 偏差内において得られる、ためこの方法では似たような精度が必要。必要な精度が得られない場合は、仮想のデザインをやり直します。

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結果

ここに示す手順を使用して、切除領域は最初に決定されます。CAD ソフトウェアを使用して切除領域は完全に顔に囲まれました。このエリアは、ブール演算によって顔面骨から減算しました。欠損、腓骨イメージが置かれ、腓骨の切断面は、適切な復元ポイントに置かれました。すべて腓骨の切断面は、親の設定で腓骨にリンクされていた。これらの面はより小さくなされし、固形物に統一されました。腓骨はこれらの固体を求めたし、腓骨切断ガイドになった。また顔面の骨の残りの表面の肥厚を認めた;これらはなった上顎切断ガイドです。腓骨のセグメントの表面的な側面はユナイテッド、固定ガイドになる抽出します。最後に、腓骨切断ガイド、上顎切断ガイドおよび腓骨の固定ガイドは、ミキサーで設計されていた。ガイドのこれらのデザインは、.stl フォーマットでエクスポートしました。彼らは 3次元印刷 (図 9 a ・ 9 b) によって実際にプラスチック製のオブジェクトをなった。

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ディスカッション

CAD/CAM 復興は切断ガイド4,5,6,7,8 を使用している間正確な骨切りの長さ、幅、および骨の切削角度の達成に貢献すると考えられて ,9,10、11,12,13,14,15,

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開示事項

著者申告するものがあります。

謝辞

この作品は、日本学術振興会科研費助成番号 JP17K11914 によって支えられた部分的。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
情報技術センター、レナートアーチャー、カンピーナス、ブラジルInVesaliusフリーソフトウェア https://www.cti.gov.br/en/invesalius
The Blender Foundation、アムステルダム、オランダBlenderソフトウェア
TurboSquid、Inc. 935 Gravier St.、Suite 1600、ニューオーリンズ、ルイジアナ州。無料の3D骨格データファイルFree3D 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. カリフォルニア州サンブルーノビデオ共有ウェブサイト。
Artec 3D, 2, rue Jean Engling, LuxembourgArtec Eva Litehttps://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite
CloudCompareCloudComparehttp://www.danielgm.net/cc/
フリー https://www.blender.org/ のhttps://www.youtube.com/results?search_query=invesalius+dicom+to+stl

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  21. Blender. , Available from: https://www.blender.org/ (2018).
  22. Free3D. , Available from: https://free3d.com/3d-models/human (2018).
  23. MakerBot Replicator+. , Available from: https://www.makerbot.com/replicator/ (2018).
  24. Artec Eva Lite. , Available from: https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite (2018).
  25. The CloudCompare. , Available from: http://www.danielgm.net/cc/ (2018).
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