뼈 결함의 재건을위한 환자 특정 임플란트의 3D 계획 및 인쇄

요약

이 프로토콜은 뼈 결함의 재건을 위한 3D 계획 및 인쇄의 사용을 설명합니다. 당사는 세분화 도구를 사용하여 3D 모델을 만든 다음 3D 설계 소프트웨어를 사용하여 복종 수술또는 제2단계와 수반되는 재건 목적으로 환자 특정 임플란트를 만듭니다.

초록

우리는 삶의 대부분의 측면, 특히 의학에서 3D 시대의 한가운데에 있습니다. 외과 훈련은 지속적으로 개발 3D 계획 및 인쇄 기능을 사용하여 의료 분야의 주요 선수 중 하나입니다. 컴퓨터 지원 설계(CAD) 및 컴퓨터 보조 제조(CAM)는 제품의 3D 계획 및 제조를 설명하는 데 사용됩니다. 3D 수술 가이드및 재건 임플란트의 계획 및 제조는 엔지니어에 의해 거의 독점적으로 수행됩니다. 기술 발전과 소프트웨어 인터페이스가 사용자 친화적으로 발전함에 따라 계획 및 제조를 임상의에게 이전할 가능성에 대한 의문이 제기됩니다. 이러한 변화에 대한 이유는 분명하다 : 외과 의사는 그가 설계하고자하는 것을 생각하고, 그는 또한 가능한 것을 알고 수술실에서 사용할 수 있습니다. 수술 중 시나리오/예기치 않은 결과에 대비할 수 있으며 외과 의사가 창의적이고 CAD 소프트웨어를 사용하여 새로운 아이디어를 표현할 수 있습니다. 이 방법의 목적은 임상의에게 자신의 수술 가이드와 재건 임플란트를 만들 수있는 능력을 제공하는 것입니다. 이 원고에서는 상세한 프로토콜이 3D 설계 소프트웨어를 사용하여 세분화 소프트웨어 및 임플란트 계획을 사용하여 세분화하는 간단한 방법을 제공합니다. 세분화 소프트웨어를 사용하여 세분화 및 stl 파일 생산에 따라 임상의는 뼈 이식 위치 지정을위한 요람이있는 간단한 환자 특정 재구성 플레이트 또는 보다 복잡한 플레이트를 만들 수 있습니다. 수술 가이드는 정확한 절제술, 적절한 재건 플레이트 포지셔닝을위한 구멍 준비 또는 뼈 이식 수확 및 재 윤곽을 위해 만들 수 있습니다. 플레이트 골절 과 외상 의 비 조합 치유 에 따라 하부 턱 재건의 경우 지속적인 부상.

서론

개인화된 약은 많은 분야에서 빠르게 발전하고 있습니다^1. 종양학적 개인화 된 치료는 많은 논의의 주제이며, 따라서 일반 인구에 잘 알려져있다. 3D 프린팅은 찰스 헐이 스테레오리소그래피^2를사용하여 물체의 3D 프린팅을 보여주는 처음 도입되었습니다. 그 이후로 3D 프린팅에 대한 다양한 기술이 개발되었습니다. 사용되는 방법은 장치의 목적에 따라 선택됩니다.

수술 분야는 빠르게 개인화 된 약을 포용하고 있습니다. 수술 분야에서 개인화 된 치료는 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용하여 가상 계획이 필요합니다. 첫 번째 단계에서는 항상 3D stl 파일을 만드는 세분화가 포함됩니다. 컴퓨터 보조 제조(CAM)는 3D 설계 부품의 제조 공정이라고 합니다. 기술의 첫 번째 활용은 수술 계획 및 모의^,수술^3,4,45를위한 수술 전 모형 인쇄에 사용되었다. 기술의 발달과 함께 수술자체와 환자의 뼈에 완벽하게 장착된 환자 특이적 재건 임플란트를 지원하기 위해 수술 가이드의 계획 및 제조에 이어^수술의가상 계획이^{6,7,,8,,9,,10으로}인기를 끌었다. 이 프로토콜의 목적은 임상의에게 자신의 수술 가이드를 만들고 환자 특정 임플란트를 재건 할 수있는 능력을 제공하는 것입니다. 이 방법은 스톡 플레이트를 사용하는 것보다 더 정확하며, 이는 완벽하게 맞으며 특정 결함의 특성에 따라 설계될 수 있기 때문입니다. 또한 외과 의사의 경험에 대한 의존도를 줄이고 수술 시간을 줄입니다.

프로토콜

이 연구는 의료 프로토콜과 윤리에 헬싱키의 선언을 따라 기관 윤리 검토 위원회는 연구를 승인했다.

1. 세분화 소프트웨어를 사용하여 세분화

참고: DICOM 파일의 가져오기 프로세스는 팝업 창에서 축, 관상 및 처진 평면의 방향이 필요하므로 설정을 완료합니다.

1. 골격 세분화 메뉴에서 일반 피쳐를 선택합니다. 관심 세그먼트에 대해"-" 및"+"라는마커를 사용합니다. 스캔 을 통해 스크롤및 이동할 때 3D 재구성 모델 이나 다른 단면에 마커를 추가 합니다.
2. 세분화를 보여 주는 설정 단추를 선택합니다. 이 시점에서 표시를 수정하고 더 나은 정확도를 위해 새 표시를 추가합니다. 적용을 눌러 새 세그먼트를 만듭니다. 이렇게 여러 세그먼트를 만들 수 있습니다.
3. 세분화가 완료되면 파일을 3D 프린팅을 위한 stl 3D 파일로 내보내거나 3D 설계 CAD 프로그램에서 3D 재구성 임플란트를 계획합니다.

2. 3D 설계 소프트웨어를 사용하여 재건 임플란트 설계

1. 세분화 소프트웨어를 사용하여 골격 세분화를 미리 입력한 후 스트랄 파일을 3D 설계 소프트웨어로 가져옵니다(재료 표참조).
2. 추가 분리가 필요한 경우(예: 한 부품을 별도로 이동하려는 경우). 조각 점토 메뉴에서 면도 도구를 사용하여 골격을 두 부분으로 분리합니다. 클레이 선택/이동 메뉴에서 점토를 선택하고 작업할 부품을 표시합니다. 그런 다음 다음 단계에서 관찰된 위치를 조작하기 위해 이 부분을 복사하고 개체 목록에서 새 동일한 개체를 만듭니다.
3. 이 단계에서 세그먼트 이동을 수행합니다. 회전 축이 골격 부분에 설정되어 동일한 위치에 있어야 하는지 확인합니다. 클레이 선택/이동 메뉴에서 재배치를 선택하고 회전 축을 계획대로 설정합니다.
4. 인간의 두개골은 대부분 대칭이기 때문에, 누락 / 말 위치 세그먼트의 올바른 위치 / 교체를 얻기 위해 지침을 위해 건강한 면을 사용합니다. 미러링 기술을 사용하여 일반 면의 미러링 이미지를 만듭니다. 구조 점토 메뉴에서 미러 클레이 옵션을 사용하여 비행기를 두개골 중앙에 놓습니다.
5. 미러하프를 기준으로 필요한 경우 세그먼트 회전을 수행하고 구조 점토 메뉴의 클레이 추가 도구를 사용하여 avulsed 뼈 부분을 재구성합니다. 이 재건은 올바른 안면 윤곽을 재구성할 다음 단계에서 환자 특정 재건 임플란트를 구축하기 위해 수행됩니다.
6. 뼈 세그먼트를 재구성 한 후 환자 특정 재건 임플란트를 만듭니다. 곡선 메뉴에서 그리기 곡선 옵션을 사용하여 원하는 임플란트의 연속 외부 모양을 만듭니다.
7. 이 단계에서, 분간 세그먼트를 복제하여 분란을 분리하기 위해 부울 기능을 수행해야 합니다. 이 작업을 개체 목록 창에서 세그먼트를 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고 중복 옵션을 눌러 수행됩니다.
8. 중복된 새 세그먼트에서 작업합니다. 세부 점토 메뉴에서 엠보스 커브 옵션을 사용하여 재구성 임플란트의 볼륨을 만듭니다. 스케치된 임플란트의 바깥 쪽 형태를 선택한 다음, 스케치된 임플란트 내부에 원 모양의 커서를 뼈 표면에 놓습니다. 엠보그는 커서의 배치에 따라 골격의 바깥쪽 또는 안쪽에서 작동합니다. 그런 다음, 원하는 매개 변수를 선택 - 가장 중요한 것은, 임플란트의 두께를 제어하는 거리 옵션.
9. 임플란트를 뼈 세그먼트에서 분리합니다. 개체 목록에서 2.7단계에서 이전에 중복된 개체를 선택하고 마우스 오른쪽 단추를 클릭하고 부울을 선택합니다 → 에서 제거합니다. 그런 다음 생성된 임플란트를 포함하는 물체를 선택합니다.
10. 나사 고정 또는 혈관 신생을 허용하는 구멍이 필요한 경우, 비행기 범주를 선택 → 플레이트의 구멍이 설계된 병렬 평면을 만들 수있는 평면을 만듭니다. 수동 조작을 사용하여 비행기를 임플란트에 최대 병렬로 배치합니다. 스케치 메뉴에서 원을 선택하고 원하는 크기와 위치에 원을 만듭니다. 두 번째 더 큰 원을 만들 수 있으며, 이는 의도한 나사의 헤드의 카운터싱크 역할을 합니다.
11. 곡선 메뉴에서 프로젝트 스케치 옵션을 사용하여 평면에서 임플란트로 전송하도록 지정된 스케치를 선택합니다.
12. 나사에 대한 카운터싱크를 생성하려면 세부 점토 메뉴에서 곡선이 있는 엠보스 옵션을 사용합니다. 스케치의 외부 원을 선택하고, 원형 모양의 커서를 표면에 표시된 원형 영역 내부에 놓고 카운터싱크의 깊이(예: 0.3 mm)를 제어하는 거리에 들어갑니다. 프로세스를 완료하려면 적용 및 아래쪽을 눌러 부보스가 첨가제가 아닌 빼기 방식으로 수행되는지 확인합니다.
13. 구멍을 완료하려면 SubD Surfaces 메뉴에서 와이어 컷 SubD 옵션을 사용하여 2.10 단계에서 생성된 작은 원을 기반으로 임플란트에 수직으로 막대를 만듭니다.
14. 막대를 사용하여 구멍을 만들려면 Boolean > 2.9 단계에서와 같이 제거하십시오. 다른 한 로드를 선택하고, 객체 목록에서 마우스 오른쪽 클릭 → 부울 → 에서 제거 → 생성 된 임플란트.
    참고: 또는 원하는 나사를 생성/스캔할 수 있으며 부울 함수를 사용하여 원하는 구멍을 만들 수 있습니다.
15. 임플란트에서 메시를 만들려면(예를 들어 혈관 신생을 허용) 먼저 2.6 단계에서와 같이 계획된 메시의 스케치(곡선 옵션을 사용하여)를 생성한다.
    1. 세부 점토 메뉴에서 래핑된 이미지 옵션이 있는 엠보를 사용합니다. 메시가 생성될 이미지에 따라 이미지를 선택합니다(프로그램과 함께 제공되는 여러 템플릿이 있음). 이미지의 흰색 부분은 메시에 구하되고 검은색 부품이 절약됩니다.
    2. 수동 컨트롤을 사용하여 설계의 방향과 크기를 조정합니다. 생성된 구멍의 두께를 나타내는 거리를 설정하고 적용을누릅니다. 환자 특정 임플란트는 생산 준비가 되어 있습니다.

결과

부러진, 재고 공급, 이전 부상에서 재건 고정 플레이트와 부서에 제시 그녀의 아래턱의 왼쪽 몸에 비 조합 골절을 가진 40 세 여성 환자. 이미징은 부러진 고정 플레이트와 아래턱의 왼쪽 세그먼트를나타낸다(도 1). 세분화 소프트웨어를 사용하여, 하부 턱의 분할은 깨진 고정 플레이트(보충 도 1 및 보충 도 2)를분리 수행하였다. 3D 설계 소프트웨어를 사용하여, 하악의 왼쪽 세그먼트는 올바른 해부학 적 위치(보충 도 3 및 보충 도 4)로재배치되었다. 오른쪽 건강한 면의 미러링은 누락된 뼈의 적절한 재건을 가능하게하였다(보충도 5). 환자 특이적 임플란트는 고정 나사구멍을 포함한설계되었다(보충 수치 6, 7, 8).

토론

수술 절차의 가상 계획에 대한 컴퓨터의 지속적인 개발 사용으로, 다른 개발 기술과 의 결합, 3D 프린팅, 외과 치료의 완전히 새로운 시대로 이어졌다. 정확도는 이러한 기술과 환자 특정 치료의 목표이며, 미래의 목표로 외과 가이드 및 환자 특정 재건 임플란트의 형태로 제시됩니다. 우리는 다른 미래 프로토콜의 일환으로 수술 가이드를 논의합니다. 현재 프로토콜에서는 DICOM 이미지를 모델로 인쇄할 수 있는 3D stl 파일로 세분화하는 데 대해 설명합니다. 우리는 또한 환자 특정 임플란트의 3D 가상 계획에 대해 논의합니다. 누락되거나 변위된 뼈 조각의 재건을 돕기 위해 다양한 기능을 사용합니다. 세그먼트의 재위치 및 건강한 측면의 미러링은 이러한 기능입니다. 뼈의 계획된 윤곽을 사용하여 임플란트의 건설이 상세하다. 고정 나사를 고정하고 골 접목 배치를 위한 메쉬 또는 요람을 설계하고 혈관 신생을 가능하게 하는 구멍이 표시됩니다. 항상 디자인이 폐쇄가능한 연조직으로 크기가 제한되어 있음을 기억하십시오. 적절한 혈관 신생을 허용하고...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
D2P (DICOM to Print)	3D 시스템		파일을 생성하는 세분화 소프트웨어
Geomagic Freeform	3D 시스템		조각 엔지니어링 설계