По мере того как технология превращается и становится более удобной, планирование операций и конкретных хирургических руководств и пластин фиксации должно выполняться хирургом. Мы представляем протокол для 3D-планирования ортогнатических скелетных движений и 3D-планирования и печати леденящихся пациентов пластин фиксации и хирургических руководств.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Лечение деформаций лица с использованием 3D-планирования и печати имплантатов-специфических пациентов
* These authors contributed equally
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Технологические достижения в области хирургического планирования и имплантатов для пациентов постоянно развиваются. Можно либо принять технологию для достижения лучших результатов, даже в менее опытных стороны, или продолжать без него. По мере того как технология превращается и будет более user-friendly, мы верим что давно пора позволить хирургу вариант запланировать его/ее деятельности и создать его/ее собственные пациент-специфические хирургические направляющие выступы и плиты фиксации позволяющ ему полный контроль над процессом. Мы представляем здесь протокол для 3D планирования операции с последующим 3D-планированием и печатью хирургических направляющих и имплантатов для конкретной фиксации пациента. В ходе этого процесса мы используем два коммерческих компьютерных дизайн (CAD) программного обеспечения. Мы также используем сброшенный принтер моделирования осаждения для хирургических руководств и селективный лазерный спекающий принтер для титановых имплантатов фиксации пациента. Процесс включает в себя приобретение компьютерной томографии (КТ), 3D-сегментации черепа и лицевых костей от КТ, 3D-планирование операций, 3D-планирование имплантата фиксации пациента в соответствии с окончательным положением костей, 3D-планирование хирургических направляющих для выполнения точной остеотомии и подготовки кости к фиксации пластин, а также 3D-печать хирургических руководств и пациент-фиксация пластин. Преимущества метода включают полный контроль над хирургией, запланированные остеотомии и пластины фиксации, значительное снижение цены, сокращение продолжительности операции, превосходная производительность и высокоточные результаты. Ограничения включают в себя необходимость овладения программами CAD.
Введение
3D-печать является аддитивным методом, основанным на постепенном размещении слоев из различных материалов, создавая тем самым 3D-объекты. Первоначально он был разработан для быстрого прототипирования и был введен в 1984 году Чарльз Халл, который считается изобретателем метода стереолитографии на основе затвердевания слоев фотополимерной смолы1. Технологические достижения в виртуальном планировании операций и планировании и печати имплантатов для пациентов постоянно развиваются. Инновации возникают как в области компьютерного дизайна (CAD), так и в технологиях 3D-печати2. Одновременно с развитием технологий программное обеспечение и принтеры становятся более удобными для пользователей. Это сокращает время, необходимое для планирования и печати и позволяет хирургу возможность планировать свои операции и создавать свои собственные пациент-специфические хирургические руководства и пластины фиксации в поле, которое было исключительно "площадка" инженера. Эти разработки также позволяют хирургам и инженерам внедрить новые приложения и проекты имплантатов для пациентов3,,4,,5.
Одним из таких применений является 3D-планирование ортогнатических операций с последующим 3D-планированием и печатью хирургических направляющих и пациентов конкретных пластин фиксации. Исторически, ортогнатических операций были запланированы с использованием артикуляторов. Facebow был использован для регистрации отношения верхней челюсти к височно-нижней части сустава, таким образом позиционируя отливки пациента в артикуляторе. Позже, хирургические движения были выполнены на слепки и акриловая пластина была готова, чтобы помочь с надлежащим позиционированием челюстей во время операции. Этот метод был использован в течение многих лет и до сих пор используется в настоящее время большинством, но использование конусного луча компьютерной томографии (КТ) вместе с внутриоральными сканерами и программным обеспечением CAD позволило для точного планирования, щадя необходимость facebows или слепки и движется к созданию цифровой планируетсяпластины 6. Этот метод уменьшил неточность ручных манипуляций и измерений, но все еще имел недостатки, включая использование нестабильной нижней челюсти в качестве отправной точки для позиционирования верхней челюсти и отсутствия контроля над вертикальным позиционированием верхней челюсти7. Таким образом, был введен новый метод. Этот метод называется "безваплоек" хирургии и основан на репозиционировании челюстей анатомически с помощью хирургических направляющих операций и пациента конкретных фиксации титановых пластин8. Этот метод устраняет недостатки описанного ранее метода цифровой пластины. Мы опишите этот метод, который позволяет хирургу полную свободу в планировании этих операций в специфическом для пациента порядке, с минимальными возможными ошибками и неточностями. Этот метод позволяет для "без вафелок" хирургии, что означает, что нет необходимости в использовании противоположной челюсти в качестве ссылки для репозиционирования костей, тем самым уменьшая неточности, полученные из этой зависимости9.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. Перепозиционирование челюстей
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел выполняется с помощью программного обеспечения изображений (т.е. дельфина).
- Загрузите лицевые кости CT изображения DICOM файлы пациента (Рисунок 1A) в программное обеспечение, выбрав 3D кнопку слева и нажав Импорт Новый DICOM (Дополнительная рисунок 1). Введите режим 3D редактирования, нажав 3D Отсечение.
- Ориентируйте 3D-изображение с помощью кнопки ориентации слева. Создайте панорамное изображение с помощью кнопки рентгеновской сборки слева(Дополнительная диаграмма 2).
- Перейти к инструментам Ортогнатическое хирургическое планирование Запуск новой workup.
- Расположите сегменты в панорамном изображении. Обрезать каждый сегмент, чтобы содержать площадь соответствующей кости.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этап очистки полезен, когда для точности накладывается отсканированная зубная арка и Компьютерная томография для создания. Это не указывается в "без вафелой" хирургии, как показано здесь, и, таким образом, на данном этапе можно очистить КТ недостатки, если они существуют. - Выберите соответствующую остеотомию для пациента на левой сковороде под остеотомией (например, LeFort I, сегиттальный раскол и т.д.). Отметьте точное расположение линий остеотомии, перемещая желтые круги(Дополнительная рисунок 3).
ПРИМЕЧАНИЕ: Очень важно отметить, корневые вершины зубов, как расположение остеотомии решил здесь будет один выполняется позже на основе хирургических руководств. Всегда избегайте корней и поддерживайте расстояние 5 мм. - Отметьте различные ориентиры, слева нажав на нужное место для каждого предложенного ориентира.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это важно для измерений и целей движения на следующих этапах. - Выполняйте движения костных сегментов. Перетащите кость в нужное место, или для точности, нажмите правой кнопкой мыши и выберите входные движения с помощью клавиатуры.
- Для того, чтобы отслеживать движение ключевых ориентиров, нажмите кнопку Treat Options слева и выберите Show Landmark Offset и измерения таблицы.
ПРИМЕЧАНИЕ: В следующей вкладке можно наблюдать предварительную и постную практически запланированную операцию(Дополнительная диаграмма 4). - Экспортировать stl файлы двух различных положений костных сегментов, один в предоперационной стадии и один в послеоперационной стадии, используя слайд-бар слева и экспортных сегментов в stl кнопку слева.
2. Подготовка пациент-специфических пластин фиксации и хирургических направляющих
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел выполняется с использованием программного обеспечения 3D-дизайна (т.е. Geomagic Freeform).
- Нажмите файл (ru) Импортная модель (Дополнительная рисунок 5A) для импорта файлов stl, полученных от шага 1.9, показывающих положение верхней челюсти и середины после остеотомии, но до изменения положения в окончательном положении.
- Начните с планирования пациента конкретных пластин фиксации в конечном положении верхней челюсти. В палитре инструментов слева в категории «Самолеты» выберите «Создайте плоскость» (Дополнительная диаграмма 6A). Здесь будет выполнена первоначальная конструкция пластин. Ручно перемещай плоскость параллельно кости, где будет помещена пластина.
- Под категорией Эскиз (Дополнительная фигура 6B),выберите форму круга и создайте круги с размером, подходящим для винтов, которые будут использоваться позже. Создайте второй круг вокруг предыдущего 3 мм больше в диаметре, чтобы наметить пластину фиксации.
ПРИМЕЧАНИЕ: Размер кругов определяется на основе наборов фиксации, используемых в каждом институте. Круги расположены выше и ниже запланированной хирургической остеотомии (решена уже в разделе 1). - Проект дизайна от плоскости до кости. Под категорией Кривые (Дополнительная диаграмма 7),используйте инструмент эскиза проекта и выберите круги, которые будут переданы от плоскости к кости.
- Чтобы соединить внешние круги для конструкции верхней границы, выберите под категорией кривых инструмент разделения и определите часть круга, которая будет удалена, чтобы обеспечить подключение к соседним кругам. Используя опцию выбора, выберите определенную часть круга и удалите ее. Под категорией Кривые, используйте инструмент кривой рисования и соедините внешние круги для создания непрерывной внешней формы пластины для конкретного пациента.
- Перед созданием пластины фиксации, дублировать верхнюю челюсть, нажав правой кнопкой мыши и выбрав Duplicate из списка объектов(Дополнительная рисунок 7A). Это позволит использовать инструмент Boolean на следующих этапах для создания пластины фиксации.
- Под категорией Detail Clay используйте тиснение с помощью инструмента кривой. Это создает объем пластины фиксации на основе ранее прогнозируемых кривых. Выберите внешнюю кривую формы, а затем поместите кругообразный курсор внутри и на поверхности формы пластины (обратите внимание, что курсор должен быть помещен на стороне, чтобы быть тиснением). В нижней части выберите параметры функции, в основном вариант расстояния, который контролирует толщину будущей пластины фиксации.
- Отделить пластину от верхней челюсти. На этом этапе выполняется вариант Boolean. Выберите оригинальную верхнюю челюсть, правый щелчок из списка объектов и нажмите Boolean Удалить из Верхняя челюсть с плитой.
- Чтобы создать отверстия для винтов, либо нарисуйте винты/сканировать их, а затем использовать опцию Boolean или использовать инструмент SubD. В категории SubD Surfaces (Дополнительная диаграмма 8),используйте инструмент SubD с проволокой для создания стержней, перпендикулярно пластине в размере желаемых отверстий, которые выполняются на основе кругов, созданных в шаге 2.3, происходящих из перпендикулярной плоскости.
- Далее, вычесть стержни из пластины с помощью Boolean Удалить из техники.
ПРИМЕЧАНИЕ: На этом этапе окончательная пластина фиксации готова(Дополнительная рисунок 9). Соответствующие хирургические направляющие должны быть запланированы для остеотомии для того, чтобы пластины, чтобы соответствовать идеально. - Чтобы создать направляющие, переместите верхнюю челюсть на исходное место, но с помощью винтовых отверстий, отмеченных в кости в соответствии с пластиной фиксации, созданной в конечном положении челюсти (обратите внимание, что отверстия в середине не меняют положение, так как середина лица остается в том же положении).
- Для выполнения этого, перепозиционировать челюсть с кривыми для отверстий, используемых для окончательной пластины фиксации в исходное расположение челюсти до движения. В категории Select/Move Clay используйте опцию Register Pieces. выбрать Источник (движение верхней челюсти) и Цель (верхняя челюсть и середина перед движением). Используйте большое количество фиксированных точек на обоих объектах для точности в репозиционировании.
- На основе вновь расположенных отверстий создаютхирургические направляющие таким же образом, как описано для пластин фиксации (шаги 2.3'2.10).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Для наблюдения за клиническим применением метода, мы представляем случай 23-летняя женщина. Она страдала от кондилярной гиперплазии в более молодом возрасте в правом кондиле, что привело к асимметрии обеих челюстей. На рисунке 1A показана ретрогнатическая верхняя челюсть и прогнатическая нижняя челюсть, демонстрирующая расхождения между челюстями. В фронтальном представлении суровая асимметрия может быть соблюдена как детальная с использованием желтых и красных линий. Использование изображен...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
3D-планирование и печать является одним из наиболее быстро развивающихся методов в хирургической области. Это не только перспективный инструмент на будущее, но и практический инструмент, используемый в настоящее время для высокоточных хирургических результатов и конкретных решений для пациентов. Это позволяет высокоточные результаты и снижает зависимость от опыта хирурга10. Это решает многие недостатки предыдущих старых методов моды хирургических, но затраты задерживают полную реализацию метода
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Финансирования этой работы не поступало.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Программное обеспечение для визуализации дельфинов | Dolphin Imaging Systems LLC (Patterson Dental Supply, Inc) | 3D-анализ и виртуальное планирование ортогнатических операций | |
| Geomagic Freeform | 3D-системы | Sculpted Engineering Design |
Ссылки
- 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).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
