Artykuł metodologiczny

Wytyczne oceny pooperacyjnej dla komputerowo wspomaganej rekonstrukcji żuchwy

6.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60363

⸱

28 stycznia 2020

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Oral and Maxillofacial Surgery/Pathology, Amsterdam UMC and Academic Centre for Dentistry Amsterdam (ACTA), Vrije Universiteit Amsterdam, 2Medical Technology, 3D Innovation Lab, Amsterdam UMC, Vrije Universiteit Amsterdam, 3Department of Plastic, Reconstructive and Hand Surgery, Amsterdam UMC, Vrije Universiteit Amsterdam

W tym artykule

Podsumowanie

Tutaj proponujemy praktyczne, wykonalne i powtarzalne wytyczne oceny wspomaganej komputerowo rekonstrukcji żuchwy, aby stworzyć jednolitość między badaniami dotyczącymi oceny dokładności pooperacyjnej. Niniejszy protokół stanowi kontynuację i określa wcześniejszą publikację niniejszych wytycznych dotyczących oceny.

Streszczenie

Prawidłowe porównania wyników dokładności pooperacyjnej w rekonstrukcji żuchwy wspomaganej komputerowo są trudne ze względu na niejednorodność metod obrazowania, klasyfikacji wad żuchwy i metodologii oceny między badaniami. W niniejszych wytycznych zastosowano podejście krok po kroku kierujące procesem obrazowania, klasyfikacji wad żuchwy i oceny objętości modeli trójwymiarowych (3D), po czym można przeprowadzić uzasadnioną metodę oceny dokładności ilościowej między pooperacyjną sytuacją kliniczną a przedoperacyjnym planem wirtualnym. Kłykcie oraz pionowe i poziome rogi żuchwy są używane jako kostne punkty orientacyjne do definiowania wirtualnych linii w oprogramowaniu do chirurgii wspomaganej komputerowo (CAS). Pomiędzy tymi liniami oblicza się osiowy, czołowy i strzałkowy kąt żuchwy zarówno na przed-, jak i pooperacyjnym modelu 3D (neo)żuchwy, a następnie obliczane są odchylenia. Poprzez nałożenie pooperacyjnego modelu 3D na przedoperacyjny wirtualnie planowany model 3D, który jest przymocowany do osi XYZ, można obliczyć odchylenie między przed- i pooperacyjnymi wirtualnie planowanymi pozycjami implantów dentystycznych. Niniejszy protokół stanowi kontynuację i określa wcześniejszą publikację niniejszych wytycznych dotyczących oceny.

Wprowadzenie

Chirurgia wspomagana komputerowo (CAS) w chirurgii rekonstrukcyjnej składa się z czterech następujących po sobie faz: fazy wirtualnego planowania, fazy modelowania trójwymiarowego (3D), fazy chirurgicznej i fazy oceny pooperacyjnej1. Faza planowania rozpoczyna się od wykonania tomografii komputerowej twarzoczaszki (CT) oraz tomografii komputerowej lub angiografii TK (CTA) w miejscu dawczym. Różne typy tkanek odpowiadają stopniowi tłumienia promieniowania rentgenowskiego, co prowadzi do skanowania wokseli o określonej wartości szarości w zakresie jednostek Hounsfielda (HU) (kość ludzka [+1000 HU], woda [0 HU] i powietrze [-1000 HU]). Obrazy te są przechowywane w formacie pliku DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Wybierając obszary zainteresowania (ROI) w oprogramowaniu do segmentacji, można generować modele 3D2. Najpopularniejszą i najbardziej wykonalną techniką segmentacji jest progowanie: woksele powyżej wybranej wartości progowej HU są włączane do ROI. Woksele te są następnie konwertowane na modele 3D w formacie pliku Standard Tessellation Language (STL)3, a następnie przesyłane do oprogramowania CAS w celu planowania osteotomii i projektowania urządzeń 3D4. W fazie modelowania zaprojektowane urządzenia są drukowane i sterylizowane w 3D, po czym następuje faza chirurgiczna. Końcowa faza oceny składa się z pooperacyjnej tomografii komputerowej czaszki pacjenta, po której następuje analiza dokładności porównująca wynik pooperacyjny z wirtualnym planem przedoperacyjnym

.

Nasz niedawno opublikowany systematyczny przegląd dotyczący dokładności wspomaganych komputerowo rekonstrukcji żuchwy wykazał niejednorodność w pozyskiwaniu obrazów, klasyfikacji wad żuchwy i metodologiach oceny. Ta niejednorodność ogranicza prawidłowe porównania wyników dokładności pooperacyjnych tkanek twardych między badaniami5. Standaryzacja faz CAS w procesie rekonstrukcji żuchwy jest ważna ze względu na nowe rozporządzenie Unii Europejskiej w sprawie wyrobów medycznych (MDR), które wymaga certyfikacji Conformité Européenne (CE) dla wszystkich różnych procesów CAS i które będzie działać od wiosny 2020 r6. W tym miejscu przedstawiamy praktyczne, wykonalne i powtarzalne wytyczne dotyczące oceny rekonstrukcji żuchwy wspomaganej komputerowo w celu zapewnienia jednolitości między badaniami dotyczącymi oceny dokładności pooperacyjnej. Protokół ten jest kontynuacją i określa wcześniejszą publikację tej wytycznej oceny7, która jest obecnie testowana w dużym, wieloośrodkowym badaniu kohortowym, w którym wszystkie rodzaje rekonstrukcji żuchwy będą analizowane pod kątem ich dokładności, mając na celu odkrycie dopuszczalnych zakresów wyników dotyczących funkcjonalności.

Protokół

Komitet Przeglądu Etyki Medycznej Centrum Medycznego Uniwersytetu VU (zarejestrowany w amerykańskim Biurze Ochrony Badań nad Ludźmi [OHRP] jako IRB00291) potwierdził, że ustawa o badaniach medycznych z udziałem ludzi (WMO) nie ma zastosowania do niniejszego badania. Numer FWA przypisany do Centrum Medycznego Uniwersytetu VU to FWA017598.

UWAGA: Wszystkie etapy niniejszego protokołu powinny zostać niezależnie zweryfikowane przez dwóch różnych obserwatorów.

1. Obrazowanie czaszki i miejsca pobrania przeszczepu

  1. Przeprowadź skanowanie przed- i pooperacyjne za pomocą wielodetektorowej tomografii komputerowej (MDCT), używając tej samej maszyny i ustawień skanera, przy parametrze grubości warstwy (ST) ustawionym na <1,25 mm. Wykonaj pooperacyjne badanie MDCT w ciągu sześciu tygodni po rekonstrukcji.
    UWAGA: W przypadku zastosowania adjuwantowej radioterapii, wykorzystaj pierwszy pooperacyjny skan MDCT wykonany przed rozpoczęciem terapii.

2. Klasyfikacja ubytku żuchwy

  1. Klasyfikuj defekt żuchwy zgodnie z klasyfikacją Brown i wsp.8.

3. Segmentacja obrazów DICOM z pooperacyjnej tomografii komputerowej

  1. Otwórz oprogramowanie medyczne 3D do przetwarzania obrazów (np. Mimics inPrint 3.0). Kliknij File (Plik), a następnie New from Disk (Nowy z dysku), co spowoduje otwarcie okna wyboru folderu. Wybierz folder zawierający obrazy DICOM z pooperacyjnego badania TK przeznaczone do importu (wybierz cały folder), wybierz odpowiednie badanie z listy i kliknij Convert (Konwertuj). Pojawi się okno służące do oceny orientacji czaszki.
  2. Zmień orientację, klikając lewym przyciskiem myszy znaki orientacji, a następnie kliknij OK, aby zatwierdzić.
  3. Przeprowadź 5-etapowy proces segmentacji.
    1. Aby utworzyć ROI (obszar zainteresowania), kliknij narzędzie Thresholding (Progowanie). Utwórz ROI, definiując próg obejmujący wszystkie woksele kości żuchwy w określonym zakresie wartości szarości, które są proporcjonalne do gęstości tkanki kostnej. Ręcznie dostosuj zakres Hounsfielda, przesuwając dwa suwaki po lewej i prawej stronie. Kliknij zielony przycisk, aby zatwierdzić segmentację.
      UWAGA: Narzędzie progowania pozwala użytkownikowi wybrać kość w określonym zakresie gęstości, wyrażonym w jednostkach Hounsfielda. Po tym kroku w zakładce ROI pojawi się nowy obszar, a oprogramowanie przejdzie do drugiego etapu procesu.
    2. Aby edytować ROI, wybierz narzędzie Isolate (Izoluj); kliknij żuchwę w widoku 3D, co spowoduje jej automatyczną izolację od czaszki i zmianę koloru na zielony. Wybierz opcję Create result in new ROI (Utwórz wynik w nowym ROI). Kliknij zielony przycisk, aby zatwierdzić izolację, po czym wszystkie niepołączone struktury znikną. Zmień nazwę ROI na „Mandible Post-op”.
      UWAGA: Opcjonalnie można użyć narzędzia Lasso, aby usunąć zakłócenia, edytując ROI bezpośrednio na obrazach lub w widoku 3D. W przypadku słabej jakości badania TK wyrostkiżuchwowe mogą być połączone z czaszką. W takim przypadku kliknij narzędzie Split (Podziel), które wymaga od użytkownika zdefiniowania pierwszego planu i tła. Wybierz Foreground (Pierwszy plan) i zaznacz żuchwę na przekrojach osiowych lub czołowych. Wybierz Background (Tło) i zaznacz szczękę oraz czaszkę na przekrojach osiowych lub czołowych. Obszar odpowiadający pierwszemu planowi zostanie zachowany w ROI, a obszar odpowiadający tłu zostanie usunięty. Kliknij zielony przycisk, aby zatwierdzić.
    3. Gdy ROI zostanie ukończone i będzie gotowe do konwersji na model 3D, kliknij przycisk Add Part (Dodaj część) na pasku narzędzi procesu. Kliknij narzędzie Solid Part (Część bryłowa). Wybierz część bryłową Mandible Post-op i zaznacz Off (Wyłączone) w opcjach Smoothing (Wygładzanie). Kliknij zielony przycisk, aby zatwierdzić.
    4. Po stworzeniu części oprogramowanie automatycznie przechodzi do czwartego etapu procesu: edycji części. Oceniając dokładność części na podstawie wyświetlonych na obrazach konturów, pomiń narzędzie Smooth (Wygładź).
    5. W ostatnim etapie procesu (przygotowanie do druku) wybierz część Mandible Post-op w menu eksportu, wybierz katalog wyjściowy, ustaw skalę 1,00 i kliknij zielony przycisk, aby zatwierdzić.
      UWAGA: Część „Mandible Post-op” została teraz wyeksportowana jako plik .STL.

4. Orientacja osi XYZ

UWAGA: Przedoperacyjny model STL obejmuje czaszkę, (neo)żuchwę oraz wirtualnie zaplanowane implanty stomatologiczne (jeśli zostały zaplanowane). Należy pamiętać, że ocena jest łatwiejsza przy użyciu oddzielnych plików STL czaszki i żuchwy, przy zachowaniu ich stałego wzajemnego położenia. W przypadku, gdy przedoperacyjne modele STL czaszki i żuchwy są scalone, należy użyć medycznego oprogramowania 3D (zgodnie z opisanymi powyżej krokami), aby oddzielić żuchwę od czaszki.

  1. Uruchom oprogramowanie ewaluacyjne (Tabela materiałów). Przeciągnij przedoperacyjny plik STL (zawierający plan wirtualny) do wyskakującego okna.
  2. Wyznacz płaszczyznę frankfurcką, płaszczyznę pośrodkową strzałkową oraz nasion w celu ujednolicenia orientacji przedoperacyjnego modelu STL czaszki w osiach XYZ.
    1. Kliknij Construct | Plane | 3-Point Plane i utwórz punkt wirtualny, używając kombinacji Ctrl + lewy przycisk myszy na obu otworach słuchowych wewnętrznych oraz lewym brzegu podoczodołowym (płaszczyzna frankfurcka)9. Po wskazaniu na modelu STL kliknij Create and close.
    2. Kliknij Construct | Line | 2-Point Line i utwórz punkt wirtualny, używając kombinacji Ctrl + lewy przycisk myszy na nasion i basion (płaszczyzna pośrodkowa strzałkowa)10.
    3. Kliknij Construct | Point | Point i utwórz punkt wirtualny, używając kombinacji Ctrl + lewy przycisk myszy na nasion.
    4. Kliknij Operations | Main Alignment | Plane-Line-Point. Połącz aktualny parametr „Plane 1” z parametrem nominalnym „Plane Z”, aktualny parametr „Line 1” z parametrem nominalnym „Line Y” oraz aktualny parametr „Point 1” z parametrem nominalnym „Global coordinate system”.
      UWAGA: Przedoperacyjne modele STL czaszki i (nowej) żuchwy są teraz ustalone względem osi XYZ (Rysunek 1).

5. Ocena objętości przed- i pooperacyjnych modeli STL

UWAGA: Należy zbadać modele STL sprzed i po operacji pod kątem podobieństwa objętości, aby w maksymalnym stopniu wykluczyć niedokładności objętościowe między dwoma modelami, ponieważ mogą one wpływać na pomiary dokładności.

  1. W sekcji Actual Elements, gdzie wyświetlane są wszystkie „Meshes”, wybierz plik STL tylko przedoperacyjnej (neo)żuchwy. Kliknij Operations | CAD | Actual Mesh To CAD. W wyskakującym menu wybierz New CAD data, zmień nazwę pliku (np. „Mandible Pre-op”) i kliknij OK.
    UWAGA: Przedoperacyjny model STL jest teraz widoczny w lewym menu eksploratora w sekcji Nominal Elements | CAD.
  2. Przeciągnij do oprogramowania pooperacyjny model STL (stworzony w sekcji 3 protokołu). Zmień nazwę pliku (np. „Mandible Post-op”). W lewym menu eksploratora w sekcji Actual Elements, gdzie wyświetlane są wszystkie „Meshes”, wybierz plik STL. Kliknij Operations | Alignment | Single Element Transformation | 3-Point Alignment.
  3. W wyskakującym menu połącz 3 „Nominal points” na modelu „Mandible Pre-op” (np. górny wyrostek kondyla oraz narożniki poziomy i pionowy żuchwy) z 3 podobnymi „Actual points” na modelu „Mandible Post-op”, używając kombinacji ctrl + lewy przycisk myszy. Zatwierdź, klikając Apply and Close.
    UWAGA: Modele STL zostaną wstępnie nałożone na siebie w oparciu o te 3 punkty orientacyjne. Przyspieszy to obliczenia oprogramowania w kolejnych krokach.
  4. Odznacz Mandible Pre-op i zaznacz Mandible Post-op w lewym menu eksploratora. Kliknij narzędzie Select/Deselect on Surface na dolnym pasku narzędzi. Zaznacz powierzchnię na pozostałości żuchwy zarówno po stronie bocznej, jak i przyśrodkowej (w miejscu niedotykającym materiału do osteosyntezy).
  5. Kliknij Operations | Alignment | Main Alignment | Local Best Fit. W wyskakującym menu wybierz All CAD groups jako element docelowy. Ustaw maksymalną odległość na 10.0 mm. Zatwierdź, klikając Apply and Close.
    UWAGA: Wybrana część pozostałości żuchwy modelu „Mandible Post-op” zostanie precyzyjnie nałożona na analogiczną część modelu „Mandible Pre-op”. Oba modele są teraz gotowe do oceny objętości STL.
  6. Kliknij narzędzie Select/Deselect on Surface na dolnym pasku narzędzi. Zaznacz powierzchnię tylko po stronie bocznej w obrębie powierzchni wybranej w poprzednim kroku. Kliknij Inspection | CAD Comparison | Surface Comparison on Actual. W wyskakującym menu ustaw maksymalną odległość 10.0 mm i zatwierdź, klikając OK.
  7. Wyłącz widoczność (Toggle Visibility) modelu Mandible Post-op. Użyj narzędzia Select Patch i kliknij lewym przyciskiem myszy wybraną powierzchnię. Kliknij lupę na górnym pasku narzędzi. Na ekranie pojawi się okrągły pasek narzędzi. Kliknij Check | Deviation Label Arithmetic Mean, a wyświetlona zostanie średnia arytmetyczna w mm (Rycina 2).
  8. W przypadku średniej arytmetycznej <0.5 mm przejdź do sekcji 6 niniejszego protokołu. W przypadku średniej arytmetycznej >0.5 mm powtórz segmentację pooperacyjnego skanu CT (plik DICOM) w oprogramowaniu medycznym 3D, dostosowując wartości progowe. Powtarzaj segmentację i nakładanie, aż zostanie osiągnięta średnia arytmetyczna <0.5mm.
    UWAGA: Dwie objętości STL są teraz gotowe do wiarygodnego porównania dokładności.

6. Superpozycja wyrostków kondylarnych

  1. Odznacz opcję Mandible Pre-op i zaznacz Mandible Post-op w lewym menu eksploratora. Kliknij narzędzie Select/Deselect on Surface na dolnym pasku narzędzi. Zaznacz całe powierzchnie obu wyrostków kłykciowych, rysując płaszczyzny (strona boczna i przyśrodkowa) od najbardziej guzowego punktu incisura mandibulae (wcięcia żuchwy) prostopadle do tylnej krawędzi granicy między kłykciem a narożnikiem pionowym.
  2. Kliknij Operations | Alignment | Main Alignment | Local Best Fit. W wyświetlonym menu wybierz All CAD groups jako element docelowy. Ustaw maksymalną odległość na 10.0 mm. Zatwierdź, klikając Apply and Close.
    UWAGA: Wybrane kłykcie z modelu „Mandible Post-op” zostaną dokładnie nałożone na kłykcie z modelu „Mandible Pre-op” (Rysunek 3).

7. Obliczanie kątów żuchwy w płaszczyźnie koronarnej, osiowej i strzałkowej

UWAGA: Identyfikacja punktów orientacyjnych kości jest wykonywana oddzielnie na modelach STL „Mandible Pre-op” oraz „Mandible Post-op”. Odznacz model Mandible Post-op podczas identyfikacji punktów orientacyjnych w modelu „Mandible Pre-op” i odwrotnie.

  1. Wybierz Mandible Pre-op w lewym menu eksploratora. Kliknij Construct | Point | Surface Point, aby wyznaczyć punkty wirtualne na powierzchni górnej wyrostkaż낮owskiego (CS), tylnej powierzchni wyrostka (CP), rogu pionowego (VC) i rogu poziomego (HC) zgodnie z klasyfikacją Brown i wsp.8.
  2. Wybierz Mandible Post-op w lewym menu eksploratora. Kliknij Construct | Point | Projection Point, aby wyznaczyć punkty wirtualne na CS, CP, VC i HC zgodnie z klasyfikacją Brown i wsp.8.
    UWAGA: W przypadku defektów klasy Brown Ic, IIc lub IVc wyznacz punkty wirtualne na najbardziej górnej i tylnej części pionowego segmentu przeszczepu kostnego lub tytanowego/protetycznego wyrostka. Jeśli resekcja żuchwy obejmuje jeden lub więcej rogów, wybierz najniższy punkt płaszczyzny osteotomii między dwoma segmentami przeszczepu kostnego. Gdy resekcja żuchwy obejmuje tylko połowę rogu poziomego lub pionowego (pozostałość żuchwy obok segmentu przeszczepu kostnego), wyznacz punkt wirtualny na segmencie przeszczepu kostnego w najniższej części płaszczyzny osteotomii. W przypadku defektu żuchwy klasy I wg Browna wyznacz punkt wirtualny na najbardziej przedniej i dolnej części poziomego segmentu przeszczepu kostnego i uznaj ten punkt wirtualny za róg poziomy. W przypadku (dodatkowych) osteotomii poza anatomicznym rogiem pionowym lub poziomym, wyznacz osteotomię położoną najbliżej tych rogów jako róg pionowy lub poziomy.
  3. Aby utworzyć linię między 2 punktami wirtualnymi, kliknij Construct | Line | 2-Point Line. Wybierz 2 punkty w sekcji construction elements w wyskakującym menu, aby połączyć je linią. Kliknij Create and close.
  4. Utwórz płaszczyznę pośrodkową w obu modelach Mandible Pre-op i Mandible Post-op, klikając Construct | Plane | Plane in Viewing Directions. Wybierz 2 punkty na osi Z.
  5. Aby utworzyć kąt między 2 liniami lub między linią a płaszczyzną, kliknij Construct | Angle | 2-Directions Angle. Następnie wybierz Line 1 oraz Line/Plane 2 w wyskakującym menu. Kliknij Create and close.
  6. Połącz wszystkie Mandible Pre-op angles z Mandible Post-op angles, wybierając kąt Mandible Pre-op w menu eksploratora, a następnie klikając Magnifying Glass | Measuring Principle | Link to Actual Element. Wybierz odpowiadający kąt Mandible Post-op i kliknij OK.
  7. Na podstawie uzyskanych danych wyznacz prawy i lewy czołowy kąt żuchwy między liniami od CS do VC a linią pośrodkową (ML).
    1. Wyznacz prawy i lewy osiowy kąt żuchwy między liniami od VC do HC a ML.
    2. Wyznacz strzałkowy kąt żuchwy między liniami od CP do VC a liniami od VC do HC.
    3. Oblicz i zaraportuj odchylenia w stopniach (°) między kątami pooperacyjnymi a wirtualnymi kątami planowanymi.

8. Obliczenie odchyleń XYZ i odległości XYZ wirtualnie zaplanowanych implantów stomatologicznych

UWAGA: Podczas planowania przedoperacyjnego należy zastosować odpowiednią średnicę i wysokość implantu stomatologicznego (wliczając śrubę przykryciową), aby zapewnić prawidłowe porównanie.

  1. Kliknij Konstrukcja | Punkt | Punkt następnie należy utworzyć punkt wirtualny, wykonując Ctrl + lewy klik myszy w środku i na górze śrub przykrywkowych implantów stomatologicznych w Żuchwa przed operacją Proszę o przesłanie tekstu źródłowego do przetłumaczenia.
  2. Kliknij Konstruuj | Punkt | Punkt powierzchni a następnie utwórz punkt wirtualny, używając kombinacji Ctrl + lewy przycisk myszy na środku i górnej części śrub przykrywkowych implantów stomatologicznych w Żuchwa po operacji plik
  3. Kliknij prawym przyciskiem myszy na pierwszym implancie dentystycznym w Żuchwa przedoperacyjnieKliknij Zasada pomiaru | Odnośnik do rzeczywistego elementuWybierz ten sam implant stomatologiczny z Żuchwa po operacjiPowtórz tę procedurę dla wszystkich implantów stomatologicznych.
  4. Zaznacz wszystkie punkty na implantach stomatologicznych w obu... Żuchwa przedoperacyjnie oraz Żuchwa po operacji pliki w lewym menu eksploratora. Kliknij ikonę lupy na pasku narzędzi powyżej. Na ekranie pojawi się okrągły pasek narzędzi. Kliknij Sprawdzić i wybierz dXYZ aby wykazać odległość XYZ w mm na implant stomatologiczny, stosując wzór:

    Wzór na odległość, dXYZ=sqrt((x2-x1)²+(y2-y1)²+(z2-z1)²), ilustracja pojęcia matematycznego.

Wyniki

W naszym oddziale przeprowadzono rekonstrukcję defektu żuchwy klasy III według Jamesa Browna z wykorzystaniem wolnego przeszczepu z kości strzałkowej jako miejsca dawczego. Bezpośrednie kierowane osadzenie implantów stomatologicznych wykonano przy użyciu prowadnicy do cięcia kości strzałkowej, która zawierała również prowadnice dla implantów stomatologicznych. Rekonstrukcję oceniono zgodnie z przedstawionymi wytycznymi. Obliczono i przedstawiono odchylenia kąta żuchwy w płaszczyźnie czołowej, osiowej i strzałkowej (°) oraz odległości XYZ sześciu implantów stomatologicznych (mm) (Rysunek 4 i Rysunek 5).

Modele czaszki 3D w widokach czołowym i bocznym, analiza struktury anatomicznej, obrazowanie medyczne.
Rysunek 1: Jednolita orientacja przedoperacyjnego modelu STL czaszki w osiach XYZ z rzutowaniem płaszczyzny frankfurckiej na oś Z (linia czerwona), płaszczyzny pośrodkowej na oś Y (linia zielona) oraz nasion na oś X (linia niebieska). Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Trójwymiarowy diagram analizy odkształceń z kodowaniem kolorystycznym i paskiem skali; badanie z zakresu inżynierii konstrukcji.
Rycina 2: Część prawej strony żuchwy (bez uwzględnienia materiału do osteosyntezy, który powoduje artefakty rozproszenia) z przedoperacyjnego wirtualnie zaplanowanego modelu STL nałożona na pooperacyjny model STL. Następnie z oprogramowania CAS wykorzystuje się do obliczenia średniej arytmetycznej. Odchylenie rzędu 0,02 mm między obiema objętościami w tym przykładzie mieści się w normie (<0,5 mm) w celu przejścia do następnego kroku wytycznych oceny. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Wizualizacja trójwymiarowego modelu kości szczęki, analiza anatomii stomatologicznej, technika rekonstrukcji szkieletowej.
Rysunek 3: Nałożenie pooperacyjnego modelu STL (szary) na przedoperacyjny model STL, skorygowany zgodnie z planem wirtualnym (niebieski). Do algorytmu iteracyjnego najbliższego punktu (czerwony) wybrano wyłącznie oba wyrostki kondylarne. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Schemat analizy kąta żuchwy; planowanie wirtualne a wyniki pooperacyjne; III klasa według Browna.
Rysunek 4: Rekonstrukcja ubytku klasy III według Browna z wykorzystaniem wolnego przeszczepu skóry i kości z kości strzałkowej jako miejsca pobrania. W tym przykładzie sześć zaplanowanych wirtualnie implantów stomatologicznych zostaje osadzonych pierwotnie podczas rekonstrukcji przy użyciu prowadnicy 3D. Kąty wieńcowe, osiowe i strzałkowe są obliczane zarówno na przedoperacyjnym, wirtualnie zaplanowanym modelu 3D, jak i na pooperacyjnym modelu 3D. Odchylenia między kątami w stopniach (°) są przedstawione. CS, wyrostek kłykci górny; CP, wyrostek kłykci tylny; VC, narożnik pionowy; HC, narożnik poziomy; ML, linia pośrodkowa strzałkowa; FFF, wolna łata z kości strzałkowej. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Analiza odkształcenia kości żuchwy; tabele danych; skan 3D; odchylenie strukturalne; badanie anatomiczne.
Rycina 5: Odchyły implantów stomatologicznych w osiach X, Y i Z oraz odległość XYZ (dXYZ) sześciu implantów stomatologicznych umieszczonych z wykorzystaniem szablonu. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Dyskusja

Niniejsze wytyczne dotyczące oceny pooperacyjnej mają na celu ułatwienie zwiększenia jednolitości analizy dokładności rekonstrukcji żuchwy wspomaganych komputerowo. Nacisk kładziony jest na cztery elementy decydujące o powodzeniu rekonstrukcji żuchwy: (1) położenie obu kłykci, (2) kąty płaszczyzn osteotomii, (3) rozmiar, położenie i mocowanie segmentów przeszczepu kostnego oraz (4) położenie implantów dentystycznych (jeśli są wykonywane natychmiast i uwzględniane w wirtualnym planowaniu).

W pierwszym kroku proponowanego przez nas protokołu zalecamy skanowanie MDCT zarówno w przypadku obrazowania przed-, jak i pooperacyjnego, ponieważ jakość obrazów TK wpływa na dokładność objętościową segmentowanych modeli STL. Największe odchylenia objętości występują w modelach STL podzielonych na segmenty ze skanera tomografii komputerowej wiązki stożkowej (CBCT) DICOMdata 11. Te odchylenia objętości wpływają na dokładność i dopasowanie drukowanych w 3D szablonów i przewodników, a tym samym wpływają również na pooperacyjne pomiary dokładności między przed- i pooperacyjnymi modelami STL. Dlatego zalecamy stosowanie skanerów MDCT zarówno w obrazowaniu przed, jak i pooperacyjnym w celu rekonstrukcji żuchwy za pomocą CAS. Grubość plastra jest najbardziej wpływającym czynnikiem wpływającym na dokładność objętości STL i powinna być ustawiona <1,25 mm. Większa grubość warstwy powoduje utratę szczegółów w modelach STL i wpływa na dokładność pomiarów12,13. Niedawno opublikowany przegląd systematyczny dotyczący dokładności rekonstrukcji żuchwy za pomocą CAS wykazał słaby opis w sekcji materiałów i metod parametrów tomografu komputerowego stosowanych przez autorów5. Naszym zdaniem, badania CAS powinny zawsze określać rodzaj i parametry metod obrazowania przed- i pooperacyjnego w sekcji materiały i metody. Aby uniknąć długotrwałych zmian objętości, kształtu i położenia segmentów przeszczepu kostnego, pooperacyjne badanie MDCT należy wykonać w ciągu sześciu tygodni po rekonstrukcji14. W przypadku radioterapii uzupełniającej należy wykonać pierwsze pooperacyjne badanie MDCT przed terapią, aby uniknąć patologii związanej z promieniowaniem w kości żuchwy15.

Klasyfikacja wad żuchwy jest potrzebna do porównania rekonstrukcji o podobnym stopniu skomplikowania. W 2016 roku Brown i wsp.8 zaproponowali klasyfikację wad żuchwy opisującą cztery klasy, z zależnością między liczbą klas a złożonością rekonstrukcji. Wyrównanie przed- i pooperacyjnych modeli STL w oprogramowaniu CAS w celu oceny dokładności rekonstrukcji wprowadza pewne trudności. Narzędzie programowe do nakładania przesuwa wybraną część modelu STL (źródło), aby jak najlepiej dopasować stałą część modelu STL (odniesienie) przy użyciu iteracyjnego algorytmu najbliższego punktu. Jednak nałożenie całej (neo)żuchwy jest niedokładne ze względu na rozproszenie płytki (płytek) rekonstrukcyjnej, co doprowadzi do przesunięć całej rekonstrukcji, nie odzwierciedlających pooperacyjnej pozycji klinicznej żuchwy16. Ten sam problem pojawia się przy nakładaniu na siebie izolowanych fragmentów rekonstrukcji17. Nałożenie żuchwy, w tym szczęki i czaszki, jest niedokładne, ponieważ otwarcie ust zawsze będzie inne podczas skanowania przed- i pooperacyjnego. Dlatego, aby ocenić pooperacyjną pozycję (neo)żuchwy, zdecydowaliśmy się stworzyć kąty żuchwy (zapoczątkowane przez De Maesschalck i wsp.18) zarówno na przedoperacyjnych, jak i pooperacyjnych modelach STL oddzielnie, aby ominąć problemy z nakładaniem. Jednak, aby ocenić pozycje implantów dentystycznych, musieliśmy koniecznie wyrównać oba modele za pomocą narzędzia programowego do nakładania. Aby dostosować przed- i pooperacyjne modele STL do najbliższego podejścia do klinicznej pooperacyjnej relacji międzyszczękowej, uważamy, że nałożenie tylko obu wyrostków kłykciowych jest najbardziej wykonalną, znormalizowaną i odtwarzalną metodą. Chociaż na pozycję pooperacyjną obu kłykci może mieć wpływ niedokładna rekonstrukcja neomandible, stosunek międzyszczękowy dostosuje się do linii środkowej, a tym samym uśrednia położenie obu kłykci wokół płaszczyzny środkowej19. W naszym protokole tylko przedoperacyjny model STL jest szybko mocowany do osi XYZ za pomocą narzędzia płaszczyzna-linia-punkt w oprogramowaniu CAS, co stanowi punkt odniesienia, na podstawie którego można określić pooperacyjne odchylenia implantów dentystycznych. Stałe położenie czaszki na osi XYZ może prowadzić do niewielkich różnic cefalometrycznych między obserwacjami. Nie ma to jednak wpływu na wymiary implantu dentystycznego, ponieważ nie ma wpływu na odległość XYZ w mm między pozycjami implantów dentystycznych, gdy pooperacyjny model 3D jest nakładany na stały przedoperacyjny model 3D z wybranymi tylko obydwoma kłykciami do iteracyjnego algorytmu najbliższego punktu.

Jak opisano powyżej, De Maesschalck i wsp.18 byli pionierami metody oceny dokładności tkanek twardych w rekonstrukcji żuchwy przy użyciu CAS, omijając potrzebę wyznaczania płaszczyzny osteotomii i omijając użycie narzędzia do nakładania. Najpoważniejszą wadą tej metody jest to, że nie określono w niej metody używanej do wyznaczania płaszczyzny strzałkowej, która musi być ustandaryzowana i odtwarzalna. Nie uwzględniono również wirtualnie planowanych implantów zębowych i brakuje zróżnicowania między złożonością odbudów żuchwy. Do naszego protokołu włączyliśmy ocenę pozycji pooperacyjnych wirtualnie planowanych implantów dentystycznych, ponieważ liczba autorów stosujących implanty stomatologiczne z przewodnikiem w przyszłości prawdopodobnie wzrośnie. W 2016 roku Schepers i wsp.20 zaproponowali doskonałą metodę oceny pooperacyjnej wirtualnie planowanych implantów dentystycznych w rekonstrukcji żuchwy przy użyciu CAS poprzez pomiar odchylenia punktu środkowego (mm) i odchylenia kątowego (°) na implant dentystyczny. Głównym ograniczeniem tej metody jest ilość pomiarów na jeden implant, co zmniejsza wykonalność i powoduje utratę wglądu w dokładność całej rekonstrukcji. Proponujemy bardziej uproszczoną metodę, polegającą na określeniu jednej liczby rekapitulacyjnej na implant dentystyczny poprzez pomiar odległości XYZ (dXYZ w mm). W przypadku rehabilitacji stomatologicznej pozycja szyjki implantu dentystycznego ma decydujące znaczenie dla przyszłej protetyki. Dlatego nasz protokół oceny zaleca tworzenie wirtualnych punktów na szyjce implantów dentystycznych w przed- i pooperacyjnych modelach STL. Aby ocena implantów dentystycznych była wykonalna, zdecydowaliśmy się pominąć pomiary odchylenia kątowego, ponieważ odchylenia kątowe do 15° można skorygować za pomocą łączników implantów ustawionych pod kątem.

Proponowane przez nas wytyczne mają zastosowanie do wszystkich typów miejsc dawczych i dopuszczają różne możliwości mocowania przeszczepu kostnego. Również rozproszenie w tomografii komputerowej metalowych części mocujących w obrazowaniu pooperacyjnym nie będzie miało wpływu na pomiary zgodnie z wytyczną5. W niniejszych wytycznych ewaluacyjnych użyliśmy oprogramowania Mimics inPrint 3.0 i GOM Inspect Professional 2019. Jednak protokół opisuje narzędzia programowe, które są dostępne we wszystkich pakietach oprogramowania CAS. Niniejsze wytyczne mają na celu przyczynienie się do znacznie bardziej ustandaryzowanego i jednolitego podejścia do obiektywizacji relacji między dokładnością a wszystkimi różnymi podejściami w fazach CAS. Istnieje wiele miejsca na dalszy postęp w określaniu dopuszczalnych odchyleń kąta żuchwy dla każdej klasy Browna, ich związku z pozycjami pooperacyjnymi wirtualnie planowanych implantów dentystycznych oraz akceptowalnych odchyleń implantów dentystycznych (dXYZ) dla przyszłej protetyki. Obecnie nasz dział prowadzi wieloośrodkowe badanie w celu walidacji tej wytycznej w dużej kohorcie, która również uwzględnia wszystkie wyżej wymienione zmienne.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

To badanie nie otrzymało żadnego konkretnego grantu od agencji finansujących w sektorze publicznym, komercyjnym lub non-profit.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Oprogramowanie GOM Inspect Professional 2019GOMEvaluation
naśladuje oprogramowanie medyczne 3D 3Dna obrazach
oparte

Bibliografia

  1. Rodby, K. A., et al. Advances in oncologic head and neck reconstruction: systematic review and future considerations of virtual surgical planning and computer aided design/computer aided modeling. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 67 (9), 1171-1185 (2014).
  2. Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).
  3. Marro, A., Bandukwala, T., Mak, W. Three-Dimensional Printing and Medical Imaging: A Review of the Methods and Applications. Current Problems in Diagnostic Radiology. 45 (1), 2-9 (2016).
  4. Mitsouras, D., et al. Medical 3D Printing for the Radiologist. Radiographics. 35 (7), 1965-1988 (2015).
  5. van Baar, G. J. C., Forouzanfar, T., Liberton, N., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A systematic review. Oral Oncology. 84, 52-60 (2018).
  6. European Union Medical Device Regulation. Regulation (EU) 2017/745 of the European Parliament and of the Council of 5 April 2017 on medical devices, amending Directive 2001/83/EC, Regulation (EC) No 178/2002 and Regulation (EC) No 1223/2009 and repealing Council Directives 90/385/EEC and 93/42/EEC. Official Journal of the European Union. 60 (117), (2017).
  7. van Baar, G. J. C., Liberton, N., Forouzanfar, T., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A postoperative evaluation guideline. Oral Oncology. 88, 1-8 (2019).
  8. Brown, J. S., Barry, C., Ho, M., Shaw, R. A new classification for mandibular defects after oncological resection. Lancet Oncology. 17 (1), e23-e30 (2016).
  9. Pittayapat, P., et al. Three-dimensional Frankfort horizontal plane for 3D cephalometry: a comparative assessment of conventional versus novel landmarks and horizontal planes. European Journal of Orthodontics. 40 (3), 239-248 (2018).
  10. Green, M. N., Bloom, J. M., Kulbersh, R. A simple and accurate craniofacial midsagittal plane definition. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 152 (3), 355-363 (2017).
  11. van Eijnatten, M. B. F., de Graaf, P., Koivisto, J., Forouzanfar, T., Wolff, J. Influence of ct parameters on stl model accuracy. Rapid Prototyping Journal. 24 (4), 679-685 (2017).
  12. Whyms, B. J., et al. The effect of computed tomographic scanner parameters and 3-dimensional volume rendering techniques on the accuracy of linear, angular, and volumetric measurements of the mandible. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 115 (5), 682-691 (2013).
  13. Taft, R. M., Kondor, S., Grant, G. T. Accuracy of rapid prototype models for head and neck reconstruction. Journal of Prosthetic Dentistry. 106 (6), 399-408 (2011).
  14. Disa, J. J., Winters, R. M., Hidalgo, D. A. Long-term evaluation of bone mass in free fibula flap mandible reconstruction. The American Journal of Surgery. 174 (5), 503-506 (1997).
  15. Jereczek-Fossa, B. A., Orecchia, R. Radiotherapy-induced mandibular bone complications. Cancer Treatments Reviews. 28 (1), 65-74 (2002).
  16. Tarsitano, A., et al. Accuracy of CAD/CAM mandibular reconstruction: A three-dimensional, fully virtual outcome evaluation method. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 46 (7), 1121-1125 (2018).
  17. Roser, S. M., et al. The accuracy of virtual surgical planning in free fibula mandibular reconstruction: comparison of planned and final results. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 68 (11), 2824-2832 (2010).
  18. De Maesschalck, T., Courvoisier, D. S., Scolozzi, P. Computer-assisted versus traditional freehand technique in fibular free flap mandibular reconstruction: a morphological comparative study. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 274 (1), 517-526 (2017).
  19. Hidalgo, D. A., Pusic, A. L. Free-flap mandibular reconstruction: a 10-year follow-up study. Plastic and Reconstructive Surgery. 110 (2), 438-451 (2002).
  20. Schepers, R. H., et al. Accuracy of secondary maxillofacial reconstruction with prefabricated fibula grafts using 3D planning and guided reconstruction. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 44 (4), 392-399 (2016).

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Klasyfikacja ubytków żuchwyanaliza modeli 3Dpomiar kąta żuchwypozycjonowanie implantów stomatologicznychporównanie planu wirtualnegoocena dokładności pooperacyjnejidentyfikacja punktów orientacyjnych wyrostka stawowegostrzałkowe kąty żuchwyanaliza porównawcza powierzchni
Wytyczne oceny pooperacyjnej dla komputerowo wspomaganej rekonstrukcji żuchwy
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.