Naarmate de technologie zich ontwikkelt en gebruiksvriendelijker wordt, moet de planning van operaties en patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten door de chirurg worden uitgevoerd. We presenteren een protocol voor 3D-planning van orthognathic skeletbewegingen en 3D-planning en afdrukken van patiëntspecifieke fixatieplaten en chirurgische gidsen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Behandeling van gezichtsmisvormingen met behulp van 3D-planning en afdrukken van patiëntspecifieke implantaten
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Technologische vooruitgang in chirurgische planning en patiëntspecifieke implantaten zijn voortdurend in ontwikkeling. Men kan ofwel de technologie om betere resultaten te bereiken, zelfs in de minder ervaren hand, of verder gaan zonder. Naarmate de technologie zich ontwikkelt en gebruiksvriendelijker wordt, geloven we dat het tijd is om de chirurg de mogelijkheid te geven zijn/haar operaties te plannen en zijn/haar eigen patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten te maken, waardoor hij volledige controle over het proces krijgt. We presenteren hier een protocol voor 3D-planning van de operatie, gevolgd door 3D-planning en het afdrukken van chirurgische gidsen en patiëntspecifieke fixatieimplantaten. Tijdens dit proces maken we gebruik van twee commerciële computer-assisted design (CAD) software. We gebruiken ook een gefuseerde depositie modellering printer voor de chirurgische gidsen en een selectieve laser sintering printer voor de titanium patiënt-specifieke fixatie implantaten. Het proces omvat computertomografie (CT) imaging acquisitie, 3D-segmentatie van de schedel en gezichtsbeenderen van de CT, 3D-planning van de operaties, 3D-planning van patiënt-specifieke fixatie implantaat volgens de uiteindelijke positie van de botten, 3D-planning van chirurgische gidsen voor het uitvoeren van een nauwkeurige osteotomie en het voorbereiden van het bot voor de fixatie platen, en 3D-printen van de chirurgische gidsen en de patiënt-specifieke fixatie platen. De voordelen van de methode zijn volledige controle over de operatie, geplande osteotomies en fixatieplaten, aanzienlijke prijsverlaging, vermindering van de werkingsduur, superieure prestaties en zeer nauwkeurige resultaten. Beperkingen zijn onder meer de noodzaak om de CAD-programma's onder de knie te krijgen.
Inleiding
3D-printen is een additieve methode gebaseerd op geleidelijke plaatsing van lagen uit verschillende materialen, waardoor 3D-objecten worden gemaakt. Het werd oorspronkelijk ontwikkeld voor rapid prototyping en werd geïntroduceerd in 1984 door Charles Hull, die wordt beschouwd als de uitvinder van de stereolithografie methode op basis van stollende lagen van fotopolymeer hars1. De technologische vooruitgang in de virtuele planning van operaties en het plannen en afdrukken van patiëntspecifieke implantaten zijn voortdurend in ontwikkeling. Innovaties doen zich zowel voor op het gebied van computer assisted design (CAD) software als in 3D-printtechnologieën2. Gelijktijdig met de ontwikkelingen in de technologie worden de software en printers gebruiksvriendelijker. Dit verkort de tijd die nodig is voor de planning en het afdrukken en stelt de chirurg in staat om zijn/haar operaties te plannen en zijn/haar eigen patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten te maken in een veld dat uitsluitend de "speeltuin" van een ingenieur was. Deze ontwikkelingen stellen chirurgen en ingenieurs ook in staat om nieuwe toepassingen en ontwerpen van patiëntspecifieke implantaten3,4,5te introduceren.
Een van deze toepassingen is 3D-planning van orthognathic operaties, gevolgd door 3D-planning en het afdrukken van chirurgische gidsen en patiëntspecifieke fixatieplaten. Historisch gezien werden orthognathic operaties gepland met behulp van articulators. Een gezichtsboog werd gebruikt om de relatie van de bovenkaak met het temporomandibulaire gewricht te registreren en zo de afgietsels van de patiënt in de articulator te positioneren. Later werden de chirurgische bewegingen uitgevoerd op de afgietsels en een acrylwafer werd bereid om te helpen met de juiste positionering van de kaken tijdens de operatie. Deze methode werd gebruikt voor vele jaren en wordt nog steeds gebruikt tegenwoordig door de meeste, maar het gebruik van kegelbundel computerlicht tomografie (CT) samen met intra-orale scanners en CAD-software toegestaan voor een nauwkeurige planning, het sparen van de noodzaak van gebogen of afgietsels en de overgang naar de oprichting van digitaal geplande wafers6. Deze methode verminderde de onnauwkeurigheid van handmatige manipulatie en metingen, maar had nog steeds gebreken, waaronder het gebruik van de instabiele onderkaak als referentiepunt voor het positioneren van de bovenkaak en het gebrek aan controle over de verticale positionering van de bovenkaak7. Zo werd een nieuwe methode geïntroduceerd. Deze methode wordt de "waferless" operatie genoemd en is gebaseerd op herpositionering van de kaken anatomisch met behulp van chirurgische snijgeleiders en patiëntspecifieke fixatie titanium platen8. Deze methode lost de nadelen op van de eerder beschreven digitale wafermethode. We zullen deze methode beschrijven, die de chirurg volledige vrijheid geeft bij het plannen van deze operaties op een patiëntspecifieke manier, met minimale mogelijke fouten en onnauwkeurigheden. Deze methode maakt een "waferless" operatie mogelijk, wat betekent dat er geen noodzaak is om de tegengestelde kaak te gebruiken als referentie voor het herpositioneren van de botten, waardoor de onnauwkeurigheden die uit deze afhankelijkheid zijn afgeleid9afnemen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Herpositionering van de kaken
OPMERKING: Deze sectie wordt uitgevoerd met behulp van de imaging software (d.w.z. Dolphin).
- Laad de gezichtsbotten CT-beeld DICOM bestanden van de patiënt (Figuur 1A) in de software door het selecteren van de 3D-knop aan de linkerkant en klik op Import New DICOM (Aanvullende figuur 1). Voer de 3D-bewerkingsmodus in door op 3D te klikken | Bewerken.
- Oriënteer de 3D-afbeelding met de oriëntatieknop aan de linkerkant. Maak een panoramisch beeld met behulp van de knop Röntgenfoto's van bouwen aan de linkerkant(Aanvullende figuur 2).
- Ga naar Hulpmiddelen | Orthognathic Chirurgische Planning | Nieuwe opbouw starten.
- Plaats de segmenten in de panoramische afbeelding. Snijd elk segment bij om de oppervlakte van het overeenkomstige bot te bevatten.
OPMERKING: De reinigingsfase is handig wanneer, voor de nauwkeurigheid, een gescande tandboog en een CT-scan zijn bovenop om een wafer te maken. Dit is niet aangegeven in een "waferless" operatie zoals hier gepresenteerd en dus in dit stadium kan men ct-onvolkomenheden schoon te maken als ze bestaan. - Kies de juiste osteotomie voor de patiënt aan de linkerkant pan onder osteotomies (zoals LeFort I, sagittale split, enz.). Markeer de exacte locatie van de osteotomielijnen door de gele cirkels te verplaatsen(Aanvullende figuur 3).
OPMERKING: Het is uiterst belangrijk om de wortelapexen van de tanden op te merken, omdat de locatie van de osteotomie die hier is besloten, degene zal zijn die later wordt uitgevoerd op basis van de chirurgische gidsen. Vermijd altijd de wortels en houd een afstand van 5 mm. - Markeer verschillende oriëntatiepunten door links op de juiste locatie te klikken voor elk voorgesteld oriëntatiepunt.
LET OP: Dit is belangrijk voor metingen en bewegingsdoeleinden in de volgende fasen. - Bewegingen van botsegmenten uitvoeren. Sleep het bot naar de juiste locatie of klik voor nauwkeurigheid met de rechtermuisknop en kies Invoerbewegingen met toetsenbord.
- Als u de beweging van belangrijke oriëntatiepunten wilt bijhouden, drukt u op de knop Opties voor behandeling aan de linkerkant en kiest u Oriëntatiepuntverschuivings- en meettabellen weergeven.
OPMERKING: In het volgende tabblad kan de pre en post vrijwel geplande bewerking worden waargenomen( Aanvullende figuur 4). - Exporteer de stl-bestanden van de twee verschillende posities van botsegmenten, één in de preoperatieve fase en één in de postoperatieve fase, met behulp van de schuifbalk aan de linkerkant en de exportsegmenten in stl-knop aan de linkerkant.
2. Bereiding van patiëntspecifieke fixatieplaten en chirurgische gidsen
OPMERKING: Deze sectie wordt uitgevoerd met behulp van de 3D-ontwerpsoftware (d.w.z. Geomagic Freeform).
- Klik op Bestand | Import Model (Aanvullende figuur 5A) om de stl-bestanden verkregen uit stap 1.9 met de positie van de bovenkaak en het middengezicht na de osteotomie, maar voorafgaand aan de herpositionering in de uiteindelijke positie te importeren.
- Begin met het plannen van de patiëntspecifieke fixatieplaten in de uiteindelijke positie van de bovenkaak. Selecteer in het gereedschapspalet links onder de categorie Vlakken de optie Vlak maken ( aanvullendefiguur 6A). Hier wordt het eerste ontwerp van de platen uitgevoerd. Beweeg het vlak handmatig parallel met het bot waar de plaat zal worden geplaatst.
- Kies onder de categorie Schets (Aanvullend figuur 6B)een cirkelvorm en maak cirkels met een maat die geschikt is om de schroeven later te gebruiken. Maak een tweede cirkel rond de vorige 3 mm groter in diameter om de fixatieplaat te schetsen.
OPMERKING: De grootte van de cirkels wordt bepaald op basis van de fixatiesets die in elk instituut worden gebruikt. De cirkels worden boven en onder de geplande chirurgische osteotomie geplaatst (al besloten in sectie 1). - Projecteer het ontwerp van het vliegtuig tot op het bot. Gebruik onder de categorie Curven (Aanvullend figuur 7)het projectschetsgereedschap en kies de cirkels die van het vlak naar het bot worden overgebracht.
- Als u de buitenste cirkels voor het ontwerp van de buitenste randplaat wilt verbinden, kiest u onder de categorie Curven het gesplitste gereedschap en definieert u het deel van de cirkel dat wordt verwijderd om een verbinding met de aangrenzende cirkels mogelijk te maken. Kies met de optie Selecteren het gedefinieerde deel van de cirkel en verwijder deze. Gebruik onder de categorie Curven het gereedschap Tekencurve en sluit de buitenste cirkels aan om een doorlopende buitenvorm van de patiëntspecifieke plaat te maken.
- Voordat u de fixatieplaat maakt, dupliceert u de bovenkaak door met de rechtermuisknop te klikken en te selecteren Dupliceren in de objectlijst(aanvullend figuur 7A). Hierdoor kan het gebruik van het Booleaanse gereedschap in de volgende fasen de fixatieplaat maken.
- Gebruik onder de categorie Detail Clay het reliëf met curvegereedschap. Hierdoor wordt het volume van de fixatieplaat gemaakt op basis van de eerder geprojecteerde curven. Kies de buitenste vormcurve en plaats vervolgens de cirkelvormige cursor binnen en op het oppervlak van de gevormde plaat (let op dat de cursor moet worden geplaatst op de kant te worden reliëf). Kies onderaan de parameters van de functie, voornamelijk de optie Afstand die de dikte van de toekomstige fixatieplaat regelt.
- Scheid de plaat van de bovenkaak. In dit stadium wordt de Booleaanse optie uitgevoerd. Kies de originele bovenkaak, klik met de rechtermuisknop in de objectlijst en klik op Booleaan | Verwijderen uit | Bovenkaak met plaat.
- Om de gaten voor de schroeven te maken, trekt u de schroeven/scan ze en gebruikt u de Booleaanse optie of gebruikt u het subgereedschap. Gebruik onder de categorie Subd Surfaces (Supplementair figuur 8)het gereedschap Doorgesneden snijwerk om staven loodrecht op de plaat te maken in de grootte van de gewenste gaten, die wordt uitgevoerd op basis van de cirkels die in stap 2.3 zijn gemaakt en afkomstig zijn van het loodrechte vlak.
- Trek vervolgens de staven van de plaat af met de Booleaan | Verwijderen uit techniek.
LET OP: In dit stadium is de laatste fixatieplaat gereed (Aanvullend figuur 9). Geschikte chirurgische gidsen moeten worden gepland voor de osteotomie om ervoor te zorgen dat de platen perfect passen. - Om de geleiders te maken, herpositioneert u de bovenkaak naar de oorspronkelijke locatie, maar met de schroefgaten die in het bot zijn gemarkeerd volgens de fixatieplaat die in de uiteindelijke positie van de kaak is gemaakt (let op de gaten in het middengezicht veranderen niet van positie als het middengezicht in dezelfde positie blijft).
- Om dit uit te voeren, herpositioneren de kaak met de rondingen voor de gaten die worden gebruikt voor de uiteindelijke fixatieplaat naar de oorspronkelijke locatie van de kaak voorafgaand aan de beweging. Gebruik onder de categorie Klei selecteren/verplaatsen de optie Stukken registreren. kies de Bron (bovenkaakpostbeweging) en het doel (bovenkaak en middengezicht voorafgaand aan de beweging). Gebruik een groot aantal vaste punten op beide objecten voor nauwkeurigheid in de herpositionering.
- Op basis van nieuw geplaatste gaten creëren de chirurgische geleiders op een vergelijkbare manier als beschreven voor de fixatieplaten (stappen 2.3−2.10).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Om het klinische gebruik van de methode te observeren, presenteren we een geval van een 23-jarige vrouw. Ze leed aan condylar hyperplasie op jongere leeftijd in de juiste condyle resulterend in asymmetrie van beide kaken. Figuur 1A toont de retrognathic bovenkaak en prognathische onderkaak vertonen de verschillen tussen de kaken. In de frontale weergave kan de ernstige asymmetrie worden waargenomen als gedetailleerd met behulp van de gele en rode lijnen. Met behulp van de beeldvormingssoftwa...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
3D-planning en -printen is een van de snelst evoluerende methoden op chirurgisch gebied. Het is niet alleen een veelbelovend instrument voor de toekomst, maar een praktisch hulpmiddel dat tegenwoordig wordt gebruikt voor zeer nauwkeurige chirurgische resultaten en patiëntspecifieke oplossingen. Het zorgt voor zeer nauwkeurige resultaten en vermindert de afhankelijkheid van de ervaring van de chirurg10. Het lost veel van de nadelen van de vorige oude mode chirurgische methoden, maar de kosten vertr...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Er is geen financiering ontvangen voor dit werk.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Dolphin imaging software | Dolphin Imaging Systems LLC (Patterson Dental Supply, Inc) | 3D-analyse en virtueel plannen van orthognatische operaties | |
| Geomagic Freeform | 3D-systemen | Gesculpteerd engineeringontwerp |
Referenties
- Hull, C. W. Apparatus for production of three-dmensonal objects by stereo thography. , Arcadia, CA. US4575330A (1986).
- Shilo, D., Emodi, O., Blanc, O., Noy, D., Rachmiel, A. Printing the Future-Updates in 3D Printing for Surgical Applications. Rambam Maimonides Medical Journal. 9 (3), 20(2018).
- Emodi, O., Shilo, D., Israel, Y., Rachmiel, A. Three-dimensional planning and printing of guides and templates for reconstruction of the mandibular ramus and condyle using autogenous costochondral grafts. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (1), 102-104 (2017).
- Leiser, Y., Shilo, D., Wolff, A., Rachmiel, A. Functional reconstruction in mandibular avulsion injuries. Journal of Craniofacial Surgery. 27 (8), 2113-2116 (2016).
- Rachmiel, A., Shilo, D., Blanc, O., Emodi, O. Reconstruction of complex mandibular defects using integrated dental custom-made titanium implants. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (4), 425-427 (2017).
- Lauren, M., McIntyre, F. A new computer-assisted method for design and fabrication of occlusal splints. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (4), 130-135 (2008).
- Song, K. -G., Baek, S. -H. Comparison of the accuracy of the three-dimensional virtual method and the conventional manual method for model surgery and intermediate wafer fabrication. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 107 (1), 13-21 (2009).
- Mazzoni, S., Bianchi, A., Schiariti, G., Badiali, G., Marchetti, C. Computer-aided design and computer-aided manufacturing cutting guides and customized titanium plates are useful in upper maxilla waferless repositioning. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 73 (4), 701-707 (2015).
- Hanafy, M., Akoush, Y., Abou-ElFetouh, A., Mounir, R. Precision of orthognathic digital plan transfer using patient-specific cutting guides and osteosynthesis versus mixed analogue-digitally planned surgery: a randomized controlled clinical trial. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 49 (1), 62-68 (2019).
- Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. Biomedical Engineering Online. 15 (1), 115(2016).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
