Gepersonaliseerde geneeskunde voor orbitale reconstructie ontwikkelt zich snel. Vanwege de delicate aard van de baan kunnen kleine discrepanties na fractuurreconstructie een stoornis in de visuele waarneming veroorzaken. Hier beschrijven we drie methoden voor virtuele 3D-reconstructie van orbitale defecten en hun indicaties en mogelijke valkuilen voor een correcte reconstructie.
Methodenartikel
Driedimensionale reconstructie van orbitale fracturen
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Reconstructie van orbitale fracturen kan een uitdaging zijn. De beperkte blootstelling, de betrokkenheid van verschillende wanddefecten en de variabele driedimensionale (3D) anatomie resulteren in moeilijkheden bij het bereiken van superieure resultaten in complexe gevallen. Het gebruik van patiëntspecifieke implantaten voor de reconstructie van orbitale defecten is veelbelovend. Toch is een goede virtuele planning in deze gevallen cruciaal, en daarom is het essentieel om de anatomie en de verschillende opties voor de planning te begrijpen. Dit protocol beschrijft drie methoden voor het reconstrueren van de defecten en beschrijft de indicaties voor elke methode. Geautomatiseerde computergestuurde reconstructie is de eenvoudigste methode, maar kan vooral worden gebruikt voor kleine defecten. Het herpositioneren van het gebroken segment is eenvoudig, wat resulteert in een goede anatomische continuïteit van de gebroken wand, maar er zijn niet-verbrijzelde fracturen nodig. Spiegelen is de methode bij uitstek bij verbrijzelde fracturen. Het nadeel van deze methode is de uitgebreide manipulatie die volgt op de spiegelfase, waardoor een hoog niveau van begrip van de anatomie en implicaties van de planner vereist is. Na een gedetailleerde beschrijving van de methoden worden de anatomische structuren gedemonstreerd die centraal moeten staan bij het reconstrueren en die over het hoofd worden gezien. Daarnaast worden de ondervonden valkuilen beschreven en besproken en hoe deze te vermijden. Deze methoden kunnen intern worden gebruikt of worden uitbesteed, maar het begrijpen ervan is cruciaal om betere resultaten te bereiken, zelfs in gevallen waarin de chirurg zichzelf niet plant.
Inleiding
De driedimensionale (3D) revolutie is op zijn hoogtepunt. Veel van de producten die we gebruiken zijn gemaakt door 3D-printers. In de geneeskunde zorgt deze technologie voor superieure precisie en vermindert het menselijke fouten1. Deze kwaliteit is van het grootste belang op chirurgisch gebied, waar nauwkeurigheid cruciaal is. Het oog is zowel belangrijk voor functionele behoeften als voor esthetische waarneming2. De baan is een skeletholte die bestaat uit 7 botten, die bescherming bieden aan de wereldbol. De benige baan beschermt en ondersteunt de bol. Het bevat zenuwen, bloedvaten, spieren en klierstructuren. De bodem van de oogkas is erg dun en grotendeels opgebouwd uit de processus orbitalis van de bovenkaak. Anterolateraal bestaat het uit het jukbeen en naar achteren uit het palatinebeen, dat een belangrijk herkenningspunt is bij orbitale bodemfracturen3. De mediale orbitale wand strekt zich uit van de voorste traankam tot de orbitale top. De lamina papyracea omvat het grootste deel van de mediale wand, een flinterdun bot dat gemakkelijk kan breken4. Geïsoleerde orbitale fracturen vormen een compromittering van 4%-16% van alle gezichtsfracturen5. Fracturen van de oogkas kunnen leiden tot veranderingen in de positie van het oog, wat zowel functionele visuele tekortkomingen als esthetische stoornissen veroorzaakt6. Zelfs een kleine beweging van de benige orbitale wanden kan resulteren in een aanzienlijke impact op het orbitale volume en de bolpositie5. Het nauwkeurig reconstrueren van verplaatste of verbrijzelde orbitale wanden is dus van het grootste belang. Zowel de orbitale bodem mediaal naar de infraorbitale zenuw als de mediale wand zijn relatief dun en hebben de neiging om gemakkelijk te breken tijdens stomp trauma aan de baan4. Beeldvorming en lichamelijk onderzoek zijn belangrijk bij het diagnosticeren van een orbitale fractuur. De meeste diagnostische beeldvormingsmodaliteiten omvatten coronale secties van computertomografie (CT)7. Een volledige beoordeling van de geblesseerde baan door een oogarts is noodzakelijk en omvat zicht, oogdruk, oculaire motiliteit, pupilonderzoek, gezichtsveld, spleetlampoogonderzoek, netvliesonderzoek en uitwendig onderzoek. Dit onderzoek moet ook worden uitgevoerd na de reconstructieve chirurgie. In het verleden werden orbitale defecten gereconstrueerd met behulp van bottransplantaten en later titaniumgaas 7,8. De beperkte blootstelling en de moeilijkheid om het bottransplantaat of titaniumgaas aan te passen aan het defect door middel van de transcutane of transconjunctivale chirurgische benadering, maakten de behoefte aan een nauwkeurigere methode noodzakelijk. Het gebruik van 3D-geprinte modellen voor het vooraf aanpassen van titaniumgaas werd geïntroduceerd9, gevolgd door patiëntspecifieke implantaten (PSI) voor nauwkeurige reconstructie van de defecten10. PSI is de laatste jaren steeds gebruikelijker geworden voor diverse doeleinden op verschillende chirurgische gebieden, zoals orthopedie, maxillofaciale chirurgie en neurochirurgie. Het gebruik van deze methode voor het verminderen van fracturen of voorafgaand aan ablatiechirurgie is vaak eenvoudig. Maar in de baan vereist de complexe anatomie en het vaak verbrijzelde bot een diep begrip van de orbitale anatomie om tot een goede reconstructie te komen11.
Onlangs is een werk gepubliceerd over de nauwkeurigheid van deze methode in tegenstelling tot de traditionele benadering, waarbij gebruik wordt gemaakt van een nieuwe methode voor 3D-analyse. De resultaten tonen een 2,7-voudige toename van de nauwkeurigheid bij gebruik van PSI voor reconstructie. Bovendien werden minder complicaties op lange termijn waargenomen. Toch is het belangrijk om te beseffen dat zelfs kleine fouten kunnen leiden tot functionele en esthetische gebreken; Het is dus erg belangrijk om vertrouwd te raken met alle valkuilen van orbitale reconstructie11. Dit manuscript beschrijft de drie methoden die worden gebruikt voor virtuele 3D-reconstructie van orbitale defecten, hun indicaties, voordelen en nadelen. Dit maakt het mogelijk om zowel in-house als toezicht te houden op uitbestede 3D-reconstructie door clinici of ingenieurs.
Protocol
Dit protocol is goedgekeurd door de Institutionele Ethische Toetsingsraad en uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki over medisch protocol en ethiek. Er is toestemming van de patiënt verkregen voor het gebruik van CT-beelden
1. Segmentatie van de baan
OPMERKING: Dit gedeelte wordt uitgevoerd met behulp van de D2P-software (hierna segmentatiesoftware genoemd).
- Laad de CT-beeld-DICOM-bestanden van de patiënt in de software door op Bestand > DICOM-bestanden toevoegen te klikken (Afbeelding 2).
LET OP: Een DICOM-plakdikte van maar liefst 1 mm is aan te bevelen. - Selecteer de coronale weergave (weergegeven op het rechterscherm) en klik op Toevoegen (Figuur 3). Klik op het volgende scherm op 3D om de interface voor botsegmentatie te openen.
- Maak een nieuw masker (eerste stap in de segmentatiereeks).
- In de botsegmentatie-interface wordt het 3D-volume op het linkerscherm weergegeven en de coronale CT-weergave aan de rechterkant (Figuur 4). Klik op het pictogram Botsegmentatie aan de linkerkant van de onderste werkbalk en kies Dunne botten.
- Klik op afzonderlijke gebieden van de baan en het periorbitale gebied (dit kan worden gedaan op het linker volumescherm en het rechter DICOM-scherm) totdat de volledige baan volledig is gedefinieerd door de gekozen kleur (groen in dit voorbeeld) (Figuur 5). Controleer de nauwkeurigheid van het nieuwe masker dat is gemaakt door door verschillende DICOM-vlakken te scrollen.
OPMERKING: Men kan ongedaan maken (Ctrl Z) als een onnauwkeurige selectie wordt geïdentificeerd en dit gebied opnieuw selecteren op een andere ruimtelijke locatie. De functie Dunne botten gebruikt de laagste drempel voor het detecteren van botstructuren om ze te scheiden van zacht weefsel.
- Maak een mesh (tweede stap in de segmentatiereeks). Nadat u de eerste stap hebt voltooid en goedgekeurd, klikt u op 3D op de werkbalk (Afbeelding 6). Bekijk het 3D-model (Mesh) volledig op gladheid en de afwezigheid van holtes en sla het 3D-model vervolgens op als een STL-bestand door te klikken op Bestand > Opslaan > STL (Afbeelding 7).
OPMERKING: Figuur 8 en Figuur 9 demonstreren een aanvullende segmentatiemethode, Multi-slice interpolatie, in gevallen waarin de orbitale bodem niet wordt verkleind. - In het geval van grote, verbrijzelde breuken, volgt u de voorgaande stappen om een model van de contralaterale baan te segmenteren, dat zal worden gebruikt als leidraad voor reconstructie door het spiegelprincipe te implementeren.
2. Reconstructie van de orbitale wand
OPMERKING: Dit gedeelte wordt uitgevoerd met behulp van Geomagic Freeform (hierna 3D-ontwerpsoftware genoemd).
- Klik op Bestand > model importeren. Kies het STL-bestand dat is geëxporteerd in stap 1.4 van de segmentatiereeks. Klik op Details toevoegen en Fijne details toevoegen op de onderste werkbalk. Klik vervolgens op Toepassen (aanvullende figuur 1).
OPMERKING: Het oppervlak van het geïmporteerde werkende model moet zeer nauwkeurig zijn met een grotere gladheid (lage waarde van randscherpte). - Kies op basis van de anatomie van de fractuur een van de drie volgende reconstructiemethoden die worden beschreven in stap 2.3 (Automatische reconstructie), 2.4 (Anatomische herpositionering) en 2.5 (Spiegelen).
- Automatische reconstructie
OPMERKING: Dit is de voorkeursmethode voor kleine defecten en gebieden met een vlakke, monotone topografie.- Bereik eerst de volledige kleicontinuïteit van de omtrek rond het defect (aanvullende figuur 2). Als er kleine openingen zijn rond het gebroken vloeroppervlak (witte pijl), gebruikt u de functie Klei toevoegen om deze gebieden handmatig met elkaar te verbinden om volledige continuïteit van de breukomtrek (zwarte pijl) te bereiken.
- Gebruik de functie Glad om de toegevoegde klei glad te strijken. Klik met de rechtermuisknop op het geactiveerde stuk Nieuw masker om Clay Utilities/Copy to Mesh te kiezen.
- Gebruik gaasgereedschappen voor het automatisch opvullen van openingen (aanvullende afbeelding 3). Gebruik op het maasobject van de baan onder Maasgebied selecteren de tool Lasso selecteren om de marges van de vloerdefecten te selecteren.
- Druk op Delete op het toetsenbord. Kies Gaten in gaas opvullen en klik op Het aantal keren vullen totdat de knop inactief wordt, waardoor het vloerdefect automatisch wordt hersteld.
- In de laatste stap - transformeer het gaas in klei. Klik met de rechtermuisknop op het net, Hulpprogramma's voor mazen, en klik vervolgens op Kopiëren naar klei.
- Anatomische herpositionering
OPMERKING: Dit is de voorkeursmethode in gevallen waarin het gebroken vloersegment heel blijft en zijn oorspronkelijke topografische anatomie behoudt.- Importeer twee verschillende STL's als verschillende objecten: (i) de baan en (ii) het niet-vermalen vloersegment (Figuur 8 en Figuur 9).
- Verplaats het segment (aanvullende afbeelding 4).
- Kies onder Klei selecteren/verplaatsen de tool Verplaatsen en deselecteer de optie Alleen verplaatsen . Verplaats de vloer handmatig zodat deze past op de anatomische intacte randen.
- Als een van de gefragmenteerde randen zich op de juiste anatomische locatie bevindt, kunt u ook het gereedschap Oorsprong verplaatsen gebruiken onder Klei selecteren/verplaatsen.
- Klik op Centreren en verplaats de drieklank (zwarte pijl) naar het rotatiecentrum aan de anatomisch correcte rand van het segment. Klik op Stuk verplaatsen en selecteer Alleen roteren.
- Houd de Shift-knop op het toetsenbord ingedrukt en draai het stuk door het midden van de drieklank naar de juiste anatomische positie.
OPMERKING: De anatomische reductie zou het defect perfect moeten aanvullen. Anders moet deze methode worden opgegeven en moet de volgende methode van reconstructie worden gebruikt - spiegelen.
- Mirroring
OPMERKING: Dit is de voorkeursmethode bij uitgebreide en verbrijzelde orbitale fracturen.- Importeer twee verschillende STL's als verschillende objecten: (i) de gebroken baan en (ii) de contralaterale baan.
- Begin met het maken van het spiegelbeeld van de intacte baan. Plaats het vlak met behulp van spiegelklei op de mediale zijde (blauwe lijn in aanvullende afbeelding 5B). Schakel Hele stuk spiegelen en Voorvertoning in en klik vervolgens op Toepassen.
- Leg nu de gespiegelde en gebroken banen over elkaar heen (aanvullende figuur 6). Selecteer met behulp van het gereedschap Registreer stukken de gespiegelde baan als de bron en de gebroken baan als het doel.
- Plaats markeringen op unieke anatomische locaties in de gespiegelde baan en op vergelijkbare locaties in de gebroken baan en klik vervolgens op Toepassen om de segmenten over elkaar heen te leggen. Klik op Automatisch voor optimale superpositie.
OPMERKING: De over elkaar heen gelegde gespiegelde baan dient als richtlijn voor de anatomische reconstructie van de gebroken oogkas.
3. Patiëntspecifiek implantaatontwerp op basis van de gereconstrueerde vloer
OPMERKING: Dit gedeelte wordt uitgevoerd met behulp van de 3D-ontwerpsoftware.
- Voorbereiding van de orbitale bodem (aanvullende figuur 7)
- Selecteer onder Klei selecteren/verplaatsen de optie Oorsprong verplaatsen > Naar centreren. Verplaats de drieklank naar het midden van de gespiegelde baanvloer. Kies Alleen roteren en plaats de Z-as verticaal, de X-as horizontaal en de Y-as anteroposterieur.
- Selecteer onder Klei selecteren/verplaatsen de optie Stuk verplaatsen. Selecteer Geavanceerde instellingen weergeven/verbergen en wijzig Stap vertalen in 0,8 mm. Klik op pijlpunten in de rode rechthoek om de gespiegelde baan in de breukbaan te laten zinken totdat de intacte randen van het gebroken gebied beginnen te verschijnen.
- Klik nog een keer op de neerwaartse pijlpunt in de groene rechthoek om de bodem van de gespiegelde baan nog eens 0,8 mm te laten zinken. Deze diepte komt overeen met de PSI-dikte, waardoor de oorspronkelijke vloer wordt nagebootst.
- Selecteer onder Klei selecteren/verplaatsen de optie Klei selecteren en gebruik de tool Lasso selecteren . Selecteer de anatomische omtrek van de vloer. Kies Selectie omkeren en verwijder vervolgens de rest.
OPMERKING: Strijk de randen van de vloer glad of voeg klei toe om in de randen van de gebroken oogkas te passen.
- Maak de omtrek van het net (aanvullende afbeelding 8).
- Selecteer zowel baan- als vloerobjecten, klik met de rechtermuisknop en kies Booleaans/Combineren als nieuw om een enkel object van de baan te maken, inclusief de anatomisch verkleinde en verzonken vloer. Strijk de randen nog een extra keer glad.
- Dupliceer het uiteindelijke object. Klik met de rechtermuisknop en kies Doorzien, gevolgd door Inschakelen. Selecteer onder Curven de optie Curve tekenen en schets een vorm net rond het oorspronkelijke gebroken gebied - de curve moet op de randen van de gebroken baan rusten. De kromming kan alleen op de nieuw gemaakte vloer rusten in ontbrekende botgebieden.
- Wanneer het volledige overzicht is voltooid, klikt u op het pictogram Aanpassen aan klei op Maken . Maak op dezelfde manier de verankeringsarmen van de PSI.
OPMERKING: De achterste rand moet in continuïteit rusten en niet over de achterste benige richel (Figuur 1D). De zijgrenzen van het gaas moeten minimaal voorbij het defect uitsteken om over de gezonde benige randen te rusten. Plaats de verankeringsarm op goed gedefinieerde gesegmenteerde delen van de onderste orbitale rand. Denk er altijd aan om belangrijke oriëntatiepunten te vermijden. Veilige dissectie in de baan wordt in de literatuur beschouwd als tussen 31-36 mm, maar een op maat gemaakte planning per geval wordt aanbevolen12,13.
- Voltooi de PSI (aanvullende figuur 9).
- Selecteer onder Detail klei de optie Reliëf met curve en kies een afstand van 0,8 mm. Selecteer de binnenkant van het omlijnde gebied en klik op Verhogen. Gebruik Add Clay en Smooth om de verankeringsarmen te verbinden met het hoofdgedeelte van het implantaat (aanvullende afbeelding 9B, zwarte pijlen).
- Gebruik de functies Booleaans en Verwijderen uit van het gedupliceerde object. Klik in de objectenlijst met de rechtermuisknop op Kleigrofheid en kies 0,1 mm. Kies onder Sculpt Clay het Carve-gereedschap en stel de gereedschapsgrootte in op 2,1 mm. Maak bevestigingsgaten op het verste deel van de verankeringsarmen.
- Stel de gereedschapsgrootte in op 1.5 mm en 1 mm om afvoergaten op de rest van de PSI te maken. Maak geen gaten in de buurt van de randen van het implantaat. Voer Booleaanse en Verwijderen uit uit om de oorspronkelijke gebroken baan af te trekken van de uiteindelijke PSI.
NOTITIE: Bevestigingsgaten moeten passen op het schroefsysteem dat in de operatiekamer wordt gebruikt. Gebruik een diameter van 2,1 mm bevestigingsgaten voor het aanpassen van schroeven met een diameter van 1,5 mm. De laatste stap van de ontwerpsequentie moet altijd de oorspronkelijke gebroken baan aftrekken van de uiteindelijke PSI om de passieve zitting van de mesh in een baan om de aarde intraoperatief te garanderen.
- Exporteer het mesh-object als een STL-bestand voor het uiteindelijke productieproces.
Resultaten
Alle in dit protocol beschreven methoden zijn in ons instituut toegepast. Een representatieve casus wordt gepresenteerd om de eenvoudige toepassing van de methode aan te tonen. Figuur 1 toont een geval van een orbitale bodemfractuur. Figuur 1A,B toont de verplaatsing van de orbitale bodem in respectievelijk coronale en sagittale CT-weergaven. Let op de grote verplaatsing, zowel in het antero-posterieure aspect als in het latero-laterale aspect. Er bestaan laterale en mediale richels en de achterste richel is intact maar bevindt zich in een zeer achterste positie.
CT is geüpload naar de segmentatiesoftware (Figuur 2 en Figuur 3). Vervolgens werd de segmentatie van de gebroken baan (Figuur 4, Figuur 5, Figuur 6 en Figuur 7) en de vloer (Figuur 8 en 9) uitgevoerd, waardoor twee STL-bestanden werden gemaakt. De STL-bestanden zijn geüpload naar een 3D-ontwerpsoftware (aanvullende afbeelding 1). Kleine hiaten werden gecorrigeerd en er werd een mazen gemaakt (aanvullende figuur 2). De opening was niet klein genoeg voor het gebruik van automatische opening (aanvullende figuur 3). Het gebroken segment kon niet in de juiste positie worden gebracht. Merk op dat beide randen van het segment zijn verplaatst en dat een functie met alleen rotatie dus niet mogelijk was (aanvullende afbeelding 4). Er was te veel vermaling; er was dus behoefte aan de spiegeltechniek (Aanvullende Figuur 5 en Aanvullende Figuur 6). Het gereconstrueerde segment werd inferieur verplaatst om overprojectie van de uiteindelijke PSI in de orbitale ruimte te voorkomen (aanvullende figuur 7). Het is belangrijk om te onthouden dat de PSI-dikte groter is dan die van commerciële geprefabriceerde orbitale titaniumplaten. Er werd een PSI gemaakt met verankeringsarmen en afvoergaten (aanvullende afbeelding 8 en aanvullende afbeelding 9). De kromming van de verankeringsarmen helpt bij het vinden van de enige exacte ruimtelijke positie van het gaas intraoperatief. Elk intraoperatief schommelen van het gaas betekent onjuiste positionering of ontwerpfouten. Denk er ook aan om bij het ontwerp van de verankeringsarmen uit de buurt te blijven van het infraorbitale foramen. De overvloed aan drainagegaten is een verplicht onderdeel van het ontwerp om intraorbitaal oedeem/bloedophoping te voorkomen, wat een risico op het ontwikkelen van het orbitale compartimentsyndroom met zich meebrengt.
Na een geforceerde ductietest omvatte de chirurgische ingreep een incisie in het middenvoet. In deze gevallen is ook een transconjunctivale incisie mogelijk. Na een subperiostale dissectie werd het orbitale wanddefect blootgelegd. De orbitale inhoud die inferieur in de maxillaire sinus was verplaatst, werd verhoogd en de PSI werd in een ondubbelzinnige positie geplaatst op basis van de nauwkeurige anatomische match van de benige richels en de inferieure orbitale rand (verankeringsarmen). Een geforceerde ductietest werd opnieuw uitgevoerd voordat de chirurgische snee werd gesloten, die geen mechanische beperkingen van de oogbeweging vertoonde. Daarnaast is het belangrijk om te controleren op oculaire proptosis na dissectie en plaatsing van het implantaat. Het botvlies en de huid werden gehecht. Postoperatieve CT werd uitgevoerd.
Figuur 1C,D toont de gereconstrueerde baan met behulp van een PSI in respectievelijk coronale en sagittale CT-weergaven. Let op het gebruik van de laterale en mediale richels ter ondersteuning van de PSI-plaatsing, terwijl u de achterste richel vermijdt, aangezien deze zeer posterieur gepositioneerd is. Plaatsing van de richel eroverheen kan leiden tot bewegingsbeperkingen en veranderingen in het orbitale volume. Het achterste uiteinde van de PSI was dus ontworpen om in het verlengde van de richel te liggen.
Figuur 1: Pre- en postoperatieve beeldvorming van een patiënt die lijdt aan een orbitale bodemfractuur. (A) Preoperatieve coronale CT-weergave die de orbitale bodemfractuur demonstreert die wordt waargenomen door een verplaatst fractuursegment. (B) Sagittale weergave van dezelfde patiënt die de inferieur verplaatste gebroken orbitale bodem demonstreert. (C) Postoperatieve coronale CT-weergave van dezelfde patiënt met de reconstructie van de vloer met behulp van een PSI. Let op de superieure structuur en positie van de PSI. (D) Sagittale weergave van dezelfde patiënt. Let op de anatomische reconstructie van de vloer met behulp van de PSI die de "luie S"-structuur in het achterste deel van de vloer laat zien. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Afbeelding 2: Upload CT voor segmentatie. Als u de DICOM wilt invoegen, drukt u op de knop Bestand > DICOM-bestanden toevoegen voor het importeren en segmenteren van het 3D-model. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Kies het juiste vliegtuig. Coronale multiplanaire reformatie (MPR) van de CT van de patiënt wordt geselecteerd met een plakbreedte van 1 mm. Klik op de knop Toevoegen . Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Interface voor botsegmentatie. Het 3D-model wordt aan de linkerkant waargenomen en de coronale CT-weergave aan de rechterkant. Druk op het pictogram Botsegmentatie op de werkbalk en kies de optie Dunne botten . De eerste stap in het segmentatieproces is het definiëren van het nieuwe masker (rechtsboven in de rechterbovenhoek van het scherm). Let op: de plakbreedte is 1.000 mm (linkerbovenhoek van het scherm). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Gebied definiëren voor segmentatie. (A) Klik op een gebied van de gebroken benige oogkas om te beginnen met het definiëren van een nieuw masker (groen gebied). (B) Elke klik voegt een extra volume van een benig segment toe. (C) Blijf verschillende gebieden selecteren totdat de volledige baan is gemarkeerd. Dit proces kan zowel in de 3D-weergave als in de segmentweergave worden uitgevoerd. (D) Voordat u naar de volgende stap gaat, controleert u of alle benige delen van de baan zijn geselecteerd op de axiale en sagittale weergaven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Een mesh maken. Selecteer de 3D-knop op de werkbalk. Een geselecteerd masker wordt ingebouwd in een model dat wordt gedefinieerd als Mesh. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Inspecteren en exporteren van het gaas. Op het linkerscherm wordt een 3D-model (Mesh) van de baan weergegeven. Druk op Bestand > Opslaan als en kies onder Opmaak STL. Een STL-model van de baan zal worden geëxporteerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8: Segmentatiemethode voor interpolatie met meerdere segmenten. In gevallen waarin het gebroken segment van de vloer niet wordt verbrijzeld (rechter coronale weergave), wordt de multi-slice interpolatie gebruikt om een afzonderlijke mesh voor dit segment te creëren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 9: Maak het gebroken segment. Met behulp van de interpolatie met meerdere segmenten en vervolgens het pictogram Verfgebieden is het mogelijk om het gebroken segment op de coronale weergave in verschillende willekeurige segmenten te selecteren. Vervolgens wordt de segmentatie uitgevoerd met behulp van de interpolatiefunctie voor de automatische selectie van het gebroken segment. Het vloersegment kan nu worden geëxporteerd als een STL-bestand. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Aanvullende afbeelding 1: Importeer STL naar de 3D-ontwerpsoftware. Klik op Bestand > Model importeren en selecteer het STL-bestand dat is geëxporteerd in Afbeelding 7. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 2: Draai klei om tot gaas. Eerst wordt volledige kleicontinuïteit van de omtrek rond het defect bereikt en vervolgens wordt de transformatie van klei naar gaas uitgevoerd. (A) Kleine openingen rond het gebroken vloeroppervlak (witte pijl), (B) Deze gebieden handmatig met elkaar verbinden om volledige continuïteit van de breukomtrek te bereiken (zwarte pijl). (C) Gladstrijken van de toegevoegde klei. (D) Het maken van de nieuwe Mesh. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 3: Automatische opvulling van openingen. (A) Het selecteren van de marges van de defecten. (B) Schrappen van de marges. (C,D) Vul de gaten totdat de vloer volledig is nagemaakt (D). Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 4: Anatomische herpositioneringsvolgorde. In het geval dat het gebroken segment uit één stuk is verplaatst, is anatomische herpositionering de gemakkelijkste en meest nauwkeurige optie. (A) De STL's van de baan en die van het vloersegment worden geïmporteerd (aanvullende figuur 1) en het vloerstuk wordt geactiveerd (klik met de rechtermuisknop - Activeren). (B) Onder Klei selecteren en verplaatsen is het gereedschap Verplaatsen gekozen en is de optie Alleen verplaatsen uitgeschakeld. (C) De vloer wordt handmatig verplaatst om in de anatomische intacte randen te passen. (D) Een andere methode om het gebroken segment te verplaatsen is mogelijk in gevallen waarin een van de gefragmenteerde randen op de juiste anatomische locatie is geplaatst. Tijdens deze herpositioneringsmethode wordt het rotatiecentrum in de ruimte gefixeerd. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 5: Spiegeltechniek. In het geval van grote en verbrijzelde orbitale defecten zal de spiegeltechniek een nauwkeuriger resultaat opleveren. (A) Rechter orbitale bodem die een groot deel van het bot mist. De linker intacte baan was gesegmenteerd. (B) Met behulp van het gereedschap Spiegelklei wordt de vlakke positie gericht op de mediale zijde (blauwe lijn). (C) Hele stuk spiegelen en Voorbeeld zijn aangevinkt en vervolgens Toepassen. (D) Nieuw gespiegeld object van de linker intacte baan. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 6: Superpositie van de gespiegelde en gebroken banen. (A) Met behulp van het gereedschap Registerstukken wordt de gespiegelde baan geselecteerd als de bron en de gebroken baan als het doel. (B) Markeringen worden geplaatst op unieke anatomische locaties in de gespiegelde baan en vergelijkbare locaties in de gebroken baan, vervolgens wordt op Toepassen geklikt om de segmenten over elkaar heen te leggen. (C) Automatisch is geselecteerd voor optimale superpositie. (D) De over elkaar heen gelegde gespiegelde baan dient als leidraad voor de anatomische reconstructie van de gebroken baan. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 7: Voorbereiding van de orbitale bodem. De gereconstrueerde vloer wordt op de verticale as 0,8 mm ingedrukt. Deze verticale afstand komt overeen met de dikte van het ontworpen titanium gaas, waardoor wordt voorkomen dat het gaas de binnenkant van de baan binnendringt en het volume vermindert. (A) Onder Klei selecteren/verplaatsen is Oorsprong verplaatsen geselecteerd en vervolgens Naar Centreren. De drieklank wordt verplaatst naar het midden van de gespiegelde baanbodem. Alleen roteren is gekozen en de Z-as is verticaal geplaatst, de X-as horizontaal en de Y-as anteroposterieur (B) Onder Klei selecteren/verplaatsen is Stuk verplaatsen geselecteerd. Vervolgens worden Geavanceerde instellingen tonen/verbergen en Vertaalstap gewijzigd in 0,8 mm. Pijlpunten in de rode rechthoek worden aangeklikt om de gespiegelde baan in de breukbaan te laten zinken totdat de intacte randen van het gebroken gebied net beginnen te verschijnen. (C) Er wordt nog een klik op de neerwaartse pijlpunt in de groene rechthoek uitgevoerd om de vloer van de gespiegelde baan nog eens 0,8 mm te laten zinken. Deze diepte komt overeen met de PSI-dikte, waardoor de oorspronkelijke vloer wordt nagebootst. (D) Onder Klei selecteren/verplaatsen is Klei selecteren geselecteerd en wordt het gereedschap Lasso selecteren gebruikt. De anatomische omtrek van de vloer wordt geselecteerd. Selectie omkeren wordt gekozen en vervolgens wordt de rest verwijderd. De randen van de vloer worden gladgestreken, of klei wordt toegevoegd om in de randen van de gebroken baan te passen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 8: Ontwerp de PSI. (A) Baan- en vloerobjecten worden geselecteerd, er wordt met de rechtermuisknop op geklikt en Booleaans/Combineren als Nieuw wordt gekozen om een enkel object van de baan te maken, inclusief de anatomisch verkleinde en ingedrukte vloer. Grenzen worden nog een keer gladgestreken. (B) Het uiteindelijke object wordt gedupliceerd, er wordt met de rechtermuisknop op geklikt en er wordt See Through gekozen, gevolgd door Aanzetten. (C) Tekencurve wordt geselecteerd onder Curven en er wordt een omtrek gemaakt net rond het oorspronkelijke gebroken gebied - de curve moet op de randen van de gebroken baan rusten. De kromming kan alleen op de nieuw gemaakte vloer rusten in ontbrekende botgebieden (bijv. laterale achterrand in het voorbeeld - zwarte pijl). Wanneer het volledige overzicht is voltooid, wordt op het pictogram Aanpassen aan klei bij maken geklikt. (D) Op dezelfde manier worden de verankeringsarmen van de PSI gemaakt. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 9: Voltooi de PSI. Het gaas en de verankeringsarmen worden in reliëf gemaakt en vervolgens met elkaar verbonden. Er worden bevestigings- en afvoergaten gemaakt. (A) Onder Detailklei wordt reliëf met curve geselecteerd en wordt een afstand van 0,8 mm gekozen. De binnenkant van het omlijnde gebied is geselecteerd en er wordt op Verhogen geklikt. (B) Add Clay en Smooth worden gebruikt om de verankeringsarmen te verbinden met het hoofdgedeelte van het implantaat (zwarte pijlen). (C) De functies Booleaanse en Verwijderen uit worden toegepast op het gedupliceerde object. (D) In de objectenlijst wordt met de rechtermuisknop op Kleigrofheid geklikt -0,1 mm is gekozen. Onder Sculpt Clay wordt gekozen voor het Carve-gereedschap en wordt de gereedschapsgrootte ingesteld op 2,1 mm - er worden bevestigingsgaten gemaakt op het meest afgelegen deel van de verankeringsarmen. De gereedschapsgrootte is ingesteld op 1,5 mm en 1 mm om drainerende gaten op de rest van de PSI te creëren - gaten in de buurt van de randen van het implantaat worden vermeden. Een definitief patiëntspecifiek implantaat wordt gepresenteerd. Booleaans en Verwijderen uit worden altijd gebruikt om de oorspronkelijke gebroken oogkas af te trekken van de uiteindelijke PSI om een passieve zitting van het implantaat op de benige randen van de gebroken oogkas te garanderen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Discussie
Reconstructie van een orbitale fractuur is een van de belangrijkste maar meest delicate taken van de maxillofaciale chirurg14. Reconstructie omvat het werken rond het zeer gevoelige en eminente orgaan van het oog via een externe kleine incisie, wat resulteert in slechts gedeeltelijke zichtbaarheid van het operatieveld. Vanwege deze moeilijkheid kan het gebruik van een PSI voor reconstructie de nauwkeurigheid aanzienlijk verbeteren en zo de morbiditeit minimaliseren15. Dat gezegd hebbende, kan een onjuist ontwerp als gevolg van een slecht begrip van de juiste anatomie, 3D-reconstructieprincipes van elk onderdeel, PSI-eigenschappen en hun effecten, en de juiste behandeling tijdens de operatie resulteren in het onvermogen om de gecreëerde PSI tijdens de operatie te gebruiken of in verschillende morbiditeiten die gemakkelijk kunnen worden vermeden16.
In dit protocol worden de verschillende 3D-reconstructiemethoden beschreven en worden hun indicaties besproken. Er zijn ook gedetailleerde stappen voor elke methode en de nadruk op de valkuilen die men moet vermijden bij het ontwerpen van de PSI.
Er worden drie methoden beschreven voor het reconstrueren van orbitale fracturen. De eerste methode, die gebruikmaakt van automatisering van de ontwerpsoftware en tot op heden kleine defecten vereist voor een goede reconstructie, is dus de minst gebruikelijke van de methoden. De tweede is anatomische herpositionering, die, indien van toepassing, resulteert in zeer goede resultaten terwijl er minder ervaring en begrip van de ontwerper nodig is. De derde en meest voorkomende is de spiegeltechniek, die een hoog niveau van begrip vereist van de complexe anatomie, de breukkenmerken, PSI-eigenschappen en de belangrijkste gebieden voor het reconstrueren van elk specifiek geval.
Deze methode kan worden toegepast op verschillende orbitale wanddefecten en op meerdere wanddefecten zoals beschreven door Krasovsky A et al.11. Deze methode kan zowel worden gebruikt voor recent verworven fracturen als voor oudere onjuist genezen fracturen.
In ons instituut is de ontwerper ook de chirurg, wat naar onze mening resulteert in superieure resultaten, zowel tijdens de ontwerpfase als tijdens de operatie. Deze opstelling is tot op heden echter niet mogelijk in de meeste instituten, en daarom worden zowel chirurgen als ingenieurs aangespoord om dit protocol te gebruiken om de andere kant van deze relatie beter te begrijpen, valkuilen te vermijden en een hoger niveau van orbitale reconstructie te bereiken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| D2P (DICOM naar Print) | 3D systemen | https://oqton.com/d2p/ | Segmentatiesoftware om 3D stl bestanden te maken |
| Geomagic Freeform | 3D systemen | https://oqton.com/freeform/ | Gevormd technisch ontwerp |
Referenties
- Prendergast, M. E., Burdick, J. A. Recent advances in enabling technologies in 3D printing for precision medicine. Adv Mater. 32 (13), 1902516(2020).
- Rajantie, H., et al. Health-related quality of life in patients surgically treated for orbital blow-out fracture: a prospective study. Oral Maxillofac Surg. 25, 373-382 (2021).
- Som, P., Shugar, J., Brandwein, M. Anatomy and physiology of the sinonasal cavities. Head Neck Imaging. 3, 87-147 (2003).
- René, C. Update on orbital anatomy. Eye. 20 (10), 1119-1129 (2006).
- Nakamura, T., Gross, C. W. Facial fractures: analysis of five years of experience. Arch Otolaryngol. 97 (3), 288-290 (1973).
- Parsons, G. S., Mathog, R. H. Orbital wall and volume relationships. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 114 (7), 743-747 (1988).
- Ellis, E. III, Tan, Y. Assessment of internal orbital reconstructions for pure blowout fractures,cranial bone grafts versus titanium mesh. J Oral Maxillofac Surg. 61, 442(2003).
- Emodi, O., Nseir, S., Shilo, D., Srouji, H., Rachmiel, A. Antral wall approach for reconstruction of orbital floor fractures using anterior maxillary sinus bone grafts. J Craniofac Surg. 29 (4), e421-e426 (2018).
- Blumer, M., et al. Customized titanium reconstruction of orbital fractures using a mirroring technique for virtual reconstruction and 3d model printing. J Oral Maxillofac Surg. 79 (1), 200.e201-200.e200 (2021).
- Blumer, M., Essig, H., Steigmiller, K., Wagner, M. E., Gander, T. Surgical outcomes of orbital fracture reconstruction using patient-specific implants. J Oral Maxillofac Surg. 79 (6), 1302-1312 (2021).
- Krasovsky, A., et al. Comparison of patient specific implant reconstruction vs conventional titanium mesh reconstruction of orbital fractures using a novel method. J Craniomaxillofac Surg. 52 (4), 491-502 (2024).
- Danko, I., Haug, R. H. An experimental investigation of the safe distance for internal orbital dissection. J Oral Maxillofac Surg. 56 (6), 749-752 (1998).
- Rontal, E., Rontal, M., Guilford, F. Surgical anatomy of the orbit. Ann Otol Rhinol Laryngol. 88, 382-386 (1979).
- Sigron, G. R., et al. Functional and cosmetic outcome after reconstruction of isolated, unilateral orbital floor fractures (blow-out fractures) with and without the support of 3d-printed orbital anatomical models. J Clin Med. 10 (16), 3509(2021).
- Kotecha, S., Ferro, A., Harrison, P., Fan, K. Orbital reconstruction: a systematic review and meta-analysis evaluating the role of patient-specific implants. Oral Maxillofac Surg. 27 (2), 213-226 (2023).
- Stoor, P., et al. Rapid prototyped patient specific implants for reconstruction of orbital wall defects. J Craniomaxillofac Surg. 42 (8), 1644-1649 (2014).
Herprints en machtigingen
