Artigo de método

Concepção CAD/CAM guias cirúrgicos para reconstrução maxilar usando uma abordagem In-house

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DOI:

10.3791/58015

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24 de agosto de 2018

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1Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Kyoto Prefectural University of Medicine, 2Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Showa University Fujigaoka Hospital, 3Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Fukuchiyama City Hospital, 4Department of Plastic and Reconstructive Surgery, Saiseikai Shiga Hospital

Neste artigo

Resumo

Métodos para a concepção de um computer aided design/computer aided manufacturing (CAD/CAM) guia cirúrgica são mostrados. Planos de corte são separados, Unidos e engrossados para visualizar facilmente a transferência de osso necessário. Estes projetos podem ser tridimensionais, impresso e verificados quanto à precisão.

Resumo

Fabricação de projeto/computadorizada auxiliada por computador (CAD/CAM) agora está sendo avaliada como uma técnica preparativa para cirurgia maxilo-facial. Porque esta técnica é caro e está disponível em apenas zonas limitadas do mundo, nós desenvolvemos um romance guia cirúrgica CAD/CAM, usando uma abordagem in-house. Usando o software de CAD, a área de ressecção maxilar e planos de corte e o corte fibular aviões e ângulos são determinados. Uma vez que a área de ressecção é decidida, os rostos necessários são extraídos usando um modificador de Boolean. Estes rostos superficiais estão Unidos para caber na superfície dos ossos e engrossado para estabilizar os sólidos. Não só o corte orienta-se para a fíbula e maxilar mas também a disposição de localização dos segmentos ósseos transferidos é definida pelo espessamento as faces superficiais. O desenho do CAD é registrado como arquivos. STL e tridimensional (3D) impresso como guias cirúrgicos reais. Para verificar a exactidão dos guias, é realizada a cirurgia de modelo usando modelos 3-D-impresso do faciais e fibulares. Esses métodos podem ser usados para auxiliar os cirurgiões onde guias comerciais não estão disponíveis.

Introdução

O uso de técnicas de CAD/CAM tem recentemente aumento na dental e trabalho da dentadura. Acompanhando esta evolução do CAD/CAM, osteocutaneous flap transferências usando CAD/CAM agora são usadas no campo da reconstrução mandibular após uma ressecção ampla oncológica de tumores malignos1,2,3. Várias empresas em países ocidentais começaram a fornecer e vender um guia de corte de CAD/CAM para a região da mandíbula. Uma reconstrução de CAD/CAM da mandíbula é considerada para ter uma vantagem em termos de precisão4,5,6,7,8,9,10 ,11. No entanto, uma desvantagem é que esta técnica está disponível em áreas limitadas em todo o mundo e é muito caro,12. Assim, reconstrução de CAD/CAM para lesões maxilares não ainda se tornou popular. O número de casos de reconstrução maxilar é menor do que para a mandíbula, e guias comerciais não são comuns.

Porque guias comerciais de CAD/CAM maxilares não são vendidos no Japão, nós desenvolvemos guias cirúrgicos CAD/CAM, usando uma abordagem in-house. A eficácia clínica dos guias de CAD/CAM já foi relatado13,14,15,16,17,18,19, mas não há nenhuma relatório de como projetá-los. O objetivo do presente relato é apresentar o método de projeto do CAD/CAM usando uma abordagem de baixo custo em casa.

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Protocolo

Este estudo foi aprovado pelo Conselho de revisão institucional dos autores, e formulários de consentimento escrito foram completados por todos os pacientes.

1. preparação de materiais

  1. Use um computador pessoal, dados de (CT) tomográficos computados de osso facial e fíbula e software de conversão como o InVesalius20tridimensional (3D) software de CAD (e.g., liquidificador,21).
    Nota: Recomenda-se uma espessura máxima de fatias de 1mm de dados de CT para uma concepção exata. Para a simulação cirúrgica real, use dados de CT do paciente. Para a pesquisa, use dados 3D humano livre22.
  2. Use uma impressora 3D23, parafusos, placas de metal e uma pequena serra, para verificar não só os projetos, mas também objetos reais e resultados.
    Nota: O presente estudo é experimental. Placas de metal, parafusos e uma pequena serra podem ser usados para a cirurgia de modelo. Em vez de placas de metal, plástico-fixação placas também podem ser impressos pela impressora 3D, juntamente com as guias cirúrgicos.
  3. Transferi os dados da imagem latente do osso facial e fíbula em dados 3D (formato. STL) usando o InVesalius20.
    Nota: Dados de CT é essencialmente gravados sob a forma de imagens bidimensionais (2D). Assim, antes de utilizar os dados em 3D, é necessário converter os dados em dados 3D. Software livre é suficiente para esta finalidade. Este relatório não explica como transferir os dados em um arquivo em 3D; guias e vídeos instrutivos estão disponíveis em outro lugar.
  4. Importe cada arquivo. STL para liquidificador21.
    Nota: O software CAD geralmente aceita um formato 3-d. STL-estilo. No primeiro, o maxilar e o fibular. STL arquivos devem ser abertos no software CAD específico por importá-los.

2. design

  1. Decidir sobre a área de remoção de osso e solidificando um defeito ósseo
    1. Decida sobre a área a ser extirpado.
      Nota: Nesta cirurgia experimental simulação, qualquer parte da maxila pode ser definida como uma área extirpada. Porque a reconstrução após maxilectomia total é difícil, apenas uma pequena parte da maxila será uma escolha para iniciantes. Em um ambiente clínico, otorrinolaringologistas decidirá a área de acordo com a região de cancerosa.
    2. Fazer um avião grande e coloque-o sobre a borda da área para remoção no modo de objeto (figuras 1a e 1b). Siga isso colocando um segundo avião (figuras 1b-1D) e continuar a fazê-lo até os aviões cercam toda a área para a remoção. Una esses aviões no modo de objeto.
    3. Selecione os vértices de todos estes aviões e conectá-los uns aos outros, tornando as arestas e faces (Figura 1e) no modo de edição para cercar as áreas para a remoção.
      Nota: Os aviões excisão devem ser copiados e mantidos porque estes aviões originais são usadas e descartadas quando solidificar a excisão. No presente estudo, copiar cada avião e sólido em todas as ocasiões é recomendado para que seja possível para reutilizá-los.
    4. Subtrai o sólido ressecável do osso facial usando um modificador de Boolean no modo de edição. Isso resulta em um osso facial raspado (Figura 1f), que é o modelo de defeito maxilar.
  2. Colocar um osso da fíbula
    1. Coloque uma fíbula na área do defeito maxilar (Figura 2a). Coloque pequenos cubos em dois pontos (8 cm distal da cabeça da fíbula e 5 cm proximal do maléolo lateral) a fíbula como marcadores (roxo pequenos cubos são mostrados na Figura 2).
      Nota: Em situações clínicas, uma fíbula pode ser usada entre 8 cm distal da cabeça da fíbula e 5 cm proximal do maléolo lateral. Por essa marcação, podemos facilmente compreender as áreas que podem ser usadas.
    2. Link pequenos cubos para a fíbula como um pai de configuração no modo de objeto.
    3. Coloque cubos pequenos como marcadores em vários pontos na lesão maxilar onde a reconstrução é necessária. Com essa marcação, aumenta a visibilidade dos pontos de reprodução necessária.
    4. Cabe a fíbula à margem da frente do osso alveolar no modo de objeto, se a fíbula é colocada da linha média.
    5. Use o plano anterior da osteotomia maxilar mediana como um primeiro avião de osteotomia da fíbula (Figura 2b).
    6. Coloque um novo avião de osteotomia, se for caso disso, no modo de objeto (Figura 2c). Link este novo avião para a fíbula como um pai de configuração.
      Nota: Definindo o pai como a fíbula, a orientação relativa entre este novo plano de osteotomia e a fíbula é sempre mantida mesmo se a fíbula moveu-se para lugares diferentes. A área da fíbula que está rodeada por estes planos de dois corte torna-se o primeiro bloco da fíbula.
    7. Copie a fíbula e dois aviões da osteotomia como um pai de configuração no modo de objeto. Mova este fíbula copiada, o que tem a primeira área de bloco com dois planos de corte em ambas as extremidades, para a segunda área onde a reconstrução é necessária (Figura 2e) para planejar o segundo bloco de fíbula.
    8. Coloque o segundo plano de corte, adicionando um novo avião no modo de objeto.
      Nota: O plano de primeiro e segundo corte tornará as extremidades do segundo bloco de fíbula. Se um terceiro bloco é necessário, procedimentos semelhantes são adicionados. O comprimento adequado dos desvios entre os blocos adjacentes fibulares deve ser mantido.
      Nota: A diferença entre o primeiro e o segundo bloco é considerada para ser a chave para ter uma osteotomia confortável. Se esta lacuna é ampla, a osteotomia será fácil por causa do espaço de trabalho grande, mas o comprimento vascular é desperdiçado um pouco. Por outro lado, se a abertura é estreita, osteotomia torna-se problemático, mas o segundo ou terceiro bloco pode ser projetado, eliminando o desperdício do osso não utilizado.
  3. Projetando os guias de corte fibular
    1. Visualizar apenas a fíbula e planos de corte para projetar o guia de corte de fíbula no modo de objeto (Figura 3a).
    2. Faça cada plano de corte menor para ocupar apenas metade da área da seção de corte da fíbula deslizando os vértices ao longo das bordas (figuras 3b-3d) no modo de edição.
      Nota: O lado de encaixe do guia de corte é a face lateral da fíbula. Porque os vasos de alimentação estão localizados na face medial, o guia não é projetado na face medial.
    3. Una dois aviões das extremidades para construir um sólido no modo de objeto (figuras 4a-4e). Selecione os vértices de todos estes aviões e conectá-los uns aos outros, tornando as arestas e faces no modo de edição para formar um sólido rectangular.
    4. Subtrai a fíbula deste sólido rectangular, usando um modificador booleano (figuras 5a-5C).
      Nota: A superfície desta subtração de completamente se encaixa a face lateral da fíbula. Os mesmos procedimentos são repetidos em cada bloco fibular necessário.
    5. Una cada sólido subtraído no modo de objeto.
    6. Coloque um cubo de perto os sólidos subtraídos (Figura 5d). EXTRUDE faces para fazer pilares (figuras 5e-5 g). Una estes pilares para os sólidos subtraídos. Este é o guia de corte fibular (figuras 5 h-5j).
  4. Guia de corte de osteotomia de maxila
    Nota: Para cortar o maxilar, não é necessário projetar o guia para todas as superfícies de corte, porque apenas as áreas limitadas são para ser reconstruída usando o perónio. Geralmente, dois guias de corte, que cobrem as áreas de zigomática alveolares e laterais medial, são projetados.
    1. Prepare os maxilares e zigomático aviões que foram a superfície restante original após a retirada do maxilar. Uma margem de 1 cm de largura é suficiente (Figura 6um).
    2. EXTRUDE faces preparadas na etapa 2.4.1 para engrossar o avião e solidificá-los no modo de editar usando o modificador de solidificar (Figura 6b).
    3. Excluir o sólido de espessados sobre os aviões de ressecção, que eram decididos no passo 2.1, em ambas as extremidades; Isto é como os guias de corte maxilar são projetados.
      Nota: Se a superfície de montagem é irregular, uma área menor de encaixe é suficiente. Se a superfície de montagem é apta a ser plana, uma grande área é necessária para evitar qualquer deslizamento do guia.
  5. Guia de fixação para os segmentos de fibulares
    Nota: Fibular segmentos que estão a ser transferidos para a maxila são considerados precisos em tamanho e comprimento, mas a localização da transferência pode desviar-se livremente se não for utilizado o guia de fixação. A fíbula e cada plano de corte (como feito no passo 2.2) são usadas novamente neste segmento.
    1. Construa cada bloco fibular no modificador booleano tirando a área de interseção entre a fíbula e o sólido com planos de corte em ambas as extremidades (figuras 7a e 7b) no modo de edição.
    2. Extrair a metade da superfície de cada bloco fibular superficial.
    3. Una todas estas superfícies no modo de objeto (Figura 7c).
    4. Exclua pequenas faces no modo de editar usando uma faca de corte ( Figura 8um) para proteger os espaços para a montagem de placas de metal.
    5. Engrosse a superfície usando um modificador de solidificação no modo edit (figuras 8b-8e).
      Nota: Um mínimo de 2 a 3 mm de espessura é necessário estabilizar o guia de fixação e evitar empenamento. Se a asa é projetada em ambas as extremidades, ajudará o guia para a maxila sem usar qualquer placas de metal.

3. impressão 3-d para cirurgia de modelo e guias Real

Nota: O objetivo principal deste relatório é mostrar o método de concepção de guias cirúrgicos; o procedimento descrito abaixo não é necessário se impressão 3-d não é necessária.

  1. Exporte os desenhos dos guias em formato. STL, que pode ser 3-d imprimido.
  2. Imprima todas as guias e os ossos.
    Nota: Na impressão, jangadas são consideradas perturbar a impressão de superfície suave e conduzir a um ajuste pobre e superfície irregular para o osso, então o avião que precisa ser suave deve ser apontado para cima.
  3. Realizar a cirurgia de modelo como segue:
    1. Cirurgia semelhante ao real, ajustar o maxilar primeiro guia para o modelo de osso facial de corte (Figura 9um). Em seguida, corte o osso facial juntamente com o plano de corte usando uma serra.
    2. Fixar a guia de corte fibular para o modelo de osso fibular e corte em pedaços (Figura 9b). Anexe os blocos fibulares o guia de fixação (figuras 9 c e d 9).
    3. Conserte este guia de fixação complexo para o defeito maxilar com parafusos e placas (Figura 9e). Após a fixação dos segmentos fibulares para a maxila na área onde o guia de fixação não se conectar por meio de placas e parafusos, retire o guia de fixação. Isso completa a reconstrução (Figura 9f).
  4. Digitalizar a imagem 3-D-reconstruída e gravá-lo em formato. STL usando um scanner 3D24.
  5. Compare o arquivo. STL cirurgia pós-modelo e o desenho CAD reconstruída (Figura 10) usando comparação software25.
    Nota: Comparando o projeto de reconstrução virtual e o modelo de reconstrução guiada, precisão real é calculado. Precisão de CAD/CAM é obtido dentro de um desvio de 2,5 mm na reconstrução mandibular10, deve ser necessário uma precisão similar neste método. Se a precisão requerida não pode ser obtida, refazer o projeto virtual.

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Resultados

Usando o procedimento aqui apresentado, a área de ressecção determinou-se primeiro. Usando o software de CAD, a área de ressecção foi completamente circunscrita por rostos. Esta área foi subtraída do osso facial por uma operação booleana. A imagem da fíbula foi colocada sobre o defeito e fibular corte rostos foram colocados nos pontos adequados reconstruídos. Corte tudo fibular rostos estavam ligados à fíbula em um pai de configuração. Esses caras foram feitas menores e se uniram para faz...

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Discussão

Reconstrução de CAD/CAM é considerada para contribuir para a realização de uma osteotomia exato comprimento, largura e ângulo em ossos de corte durante o uso de corte guias4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,

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Divulgações

Os autores não têm nada a declarar.

Agradecimentos

Este trabalho foi parcialmente suportado pelo JSPS KAKENHI Grant número JP17K11914.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Centro de Tecnologia da Informação, Renato Archer, Campinas, BrasilInVesaliusSoftware livre https://www.cti.gov.br/en/invesalius
The Blender Foundation, Amsterdã, HolandaBlenderSoftware livre https://www.blender.org/
TurboSquid, Inc. 935 Gravier St., Suite 1600, New Orleans, LA.Arquivo de dados esqueléticos 3D gratuitoFree3D https://free3d.com/3d-models/human
MakerBot Industries, LLC One MetroTech Center, 21st Fl, Brooklyn, NY.MakerBot Replicator+https://www.makerbot.com/replicator/
YouTube (Google, Inc.), 901 Cherry Ave. San Bruno, CAsite de compartilhamento de vídeo.
Artec 3D, 2, rue Jean Engling, LuxemburgoArtec Eva Litehttps://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite
CloudCompareCloudComparehttp://www.danielgm.net/cc/
https://www.youtube.com/results?search_query=invesalius+dicom+to+stl

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  23. MakerBot Replicator+. , Available from: https://www.makerbot.com/replicator/ (2018).
  24. Artec Eva Lite. , Available from: https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite (2018).
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