Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

תכנון CAD/CAM מדריכים כירורגית בלסת העליונה שחזור באמצעות גישה ללא צורך במיקור חוץ

Published: August 24, 2018 doi: 10.3791/58015
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 4, 1
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

Summary

שיטות עבור תכנון בעזרת מחשב בעזרת עיצוב/מחשב ייצור (CAD/CAM) כירורגי מדריך מוצגים. חיתוך מטוסים הם מופרדים, יונייטד, מעובה בקלות לדמיין את העברת עצם הצורך. עיצובים אלו יכולים להיות תלת מימדי מודפס ונבדק דיוק.

Abstract

עכשיו להיות מוערך בעזרת מחשב ייצור עיצוב/המחשב בסיוע (CAD/CAM) טכניקה מפוח לכירורגיה פה ולסת. כי טכניקה זו הוא יקר ולא זמין רק מוגבלת באזורים של העולם, פיתחנו רומן CAD/CAM מדריך כירורגי באמצעות גישה ללא צורך במיקור חוץ. באמצעות התוכנה CAD, נקבעים האזור כריתה בלסת העליונה, חיתוך מטוסים ואת חיתוך בעצמות הרגל מטוסים זוויות. ברגע האזור כריתה הוחלט פניהם הכרחי מופקים באמצעות צירוף בוליאני. הפרצופים האלה שטחית מאוחדים כדי להתאים את פני השטח של העצמות, מעובה לייצב המוצקים. לא רק החיתוך מנחה שוקית, הלסת העליונה אלא גם הסידור מיקום המקטעים עצם שהועברו מוגדרת על-ידי עיבוי על פניהם שטחית. עיצוב CAD נרשם כקבצי .stl, three-dimensionally (3-D) מודפס כקווי עזר כירורגי בפועל. כדי לבדוק את הדיוק של המדריכים, מבוצע ניתוח המודל באמצעות 3-ממד-מודפס פנים בעצמות הרגל דגמים. שיטות אלה ניתן להשתמש כדי לסייע מנתחים איפה מדריכים מסחריים אינם זמינים.

Introduction

השימוש בטכניקות CAD/CAM יש שיניים לאחרונה מוגברת ב ועבודה שיניים תותבות. בעקבות התפתחות זו של CAD/CAM, osteocutaneous דש בהעברות CAD/CAM המשמשים כיום בתחום של שיקום הלסת לאחר כריתה רחב oncologic של גידולים ממאירים-1,-2,-3. מספר חברות במדינות המערב החלו לספק ולמכור מדריך חיתוך CAD/CAM באזור הלסת התחתונה. שחזור CAD/CAM של הלסת התחתונה נחשב יש יתרון מבחינת הדיוק4,5,6,7,8,9,10 ,11. אולם, חיסרון הוא כי טכניקה זו הינה זמינה באזורים מוגבלים ברחבי העולם, זה יקר מאוד12. לפיכך, שחזורי CAD/CAM נגעים בלסת העליונה לא כבר הפך פופולרי. מספר המקרים של שחזור בלסת העליונה הוא נמוך מזה של הלסת התחתונה, מדריכים מסחריים אינן נפוצות.

כי מדריכים מסחרי CAD/CAM בלסת העליונה לא נמכרים ביפן, פיתחנו CAD/CAM מדריכים כירורגי באמצעות גישה ללא צורך במיקור חוץ. היעילות הקלינית של המדריכים CAD/CAM כבר דווח על13,14,15,16,17,18,19, אבל אין דו ח של כיצד לעצב אותם. מטרת ח הנוכחי היא להציג את שיטת עיצוב CAD/CAM, באמצעות גישה פנימית בעלות נמוכה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

מחקר זה אושרה על-ידי ועדה מוסדית של המחברים, טופסי הסכמה בכתב הושלמו על ידי כל המטופלים.

1. הכנה של חומרים

  1. השתמש מחשב אישי, נתונים מחושבים (CT) טומוגרפי של עצמות הפנים ו שוקית, תוכנת המרה כגון InVesalius20ותוכנות תלת-ממדיים (3-D) CAD (למשל, בלנדר21).
    הערה: עובי מרבי של 1 מ מ פרוסות של נתונים CT מומלצת בעל עיצוב מדויק. את הסימולציה כירורגי בפועל, שימוש בנתוני CT של המטופל. למחקר, להשתמש חינם נתונים תלת-ממדיים האנושי22.
  2. השתמש במדפסת תלת-ממדי של23, ברגים, לוחות מתכת, מסור קטן, כדי לבדוק לא רק את העיצובים אבל גם אובייקטים אמיתיים ותוצאות.
    הערה: המחקר הנוכחי הוא ניסיוני. לוחות מתכת, ברגים, מסור קטן יכול לשמש לניתוח מודל. במקום לוחות מתכת, צלחות פלסטיק-קיבוע ניתן גם להדפיס באמצעות המדפסת התלת-ממדי, יחד עם המדריכים כירורגי.
  3. העברת הנתונים הדמיה של עצמות הפנים והן שוקית לתוך נתונים תלת-ממדיים (בפורמט .stl) באמצעות InVesalius20.
    הערה: הנתונים CT בעיקרו של דבר מתועד בצורה של תמונות דו מימדי (2-D). לכן, לפני השימוש של נתונים תלת-ממדיים, יש צורך להמיר את הנתונים לתוך נתונים תלת-ממדיים. תוכנה חופשית היא מספיק למטרה זו. דו ח זה אינו מסביר כיצד להעביר את הנתונים לתוך קובץ תלת-ממד; סרטוני הדרכה ומדריכי זמינים במקום אחר.
  4. לייבא כל קובץ .stl לתוך בלנדר21.
    הערה: תוכנות CAD מקבל בדרך כלל תבנית תלת-ממדי בסגנון .stl. ב- .stl הראשון, בלסת העליונה, בעצמות הרגל יש לפתוח קבצים בתוכנות CAD ספציפיות על-ידי ייבוא אותם.

2. עיצוב

  1. מחליטים על האזור של הסרת עצם וגיבוש פגם עצם
    1. מחליטים על האזור להוציא.
      הערה: בניתוח זה הדמיה ניסיוניים, כל חלק הלסת העליונה ניתן להגדיר כאזור נכרת. מכיוון שחזור לאחר maxillectomy הכולל הוא קשה, רק חלק קטן הלסת העליונה תהיה בחירה למתחילים. בסביבה קלינית, otorhinolaryngologists יחליטו האזור לפי האזור סרטני.
    2. לעשות מטוס גדול ומניחים אותו על הגבול של האזור להסרת במצב האובייקט (דמויות 1a ו 1b). בצע את זה על-ידי הצבת המטוס השני (דמויות 1b-1 י), להמשיך לעשות זאת עד המטוסים להקיף את כל האזור להסרת. לאחד המטוסים במצב של האובייקט.
    3. בחר הקודקודים של כל המטוסים האלה ולחבר אותם אחד לשני על ידי הפיכת קצוות ופנים (איור 1e) במצב עריכה כדי להקיף את האזורים להסרת.
      הערה: המטוסים כריתה צריך להיות מועתקים ומתוחזק כי המטוסים המקורי בשימוש יימחקו כאשר שהשרף מתהווה הכריתה. במחקר הנוכחי, העתקת כל מטוס ואת אחיד על כל אירוע מומלץ כדי להפוך אותו ניתן לעשות בהם שימוש חוזר.
    4. להחסיר המוצק resectable מן העצם פנים באמצעות צירוף בוליאני במצב עריכה. התוצאה היא עצם פנים מגולחות (איור 1f), אשר הוא הדגם הפגם בלסת העליונה.
  2. הצבת עצם שוקית
    1. הצב שוקית לאזור הפגם בלסת העליונה (איור 2). במקום קוביות קטנות-שתי נקודות (דיסטלי מן הראש בעצמות הרגל הפרוקסימלית של בוודאי 5 ס"מ 8 ס"מ) ב השוקית כסמני (סגול קוביות קטנות מוצגים באיור2).
      הערה: במצבים קליניים, שוקית יכול לשמש בין דיסטלי מהראש בעצמות הרגל 8 ס"מ ו הפרוקסימלית של בוודאי 5 ס"מ. על ידי סימון זו, נוכל בקלות להבין את האזורים בהם ניתן להשתמש.
    2. קישור קוביות קטנות השוקית כהורה הגדרת במצב של האובייקט.
    3. מניחים קוביות קטנות כסמנים במספר נקודות הנגע בלסת העליונה שבו שחזור הוא הכרחי. עם סימון זו, הנראות של נקודות רבייה הכרחי הוא גדל.
    4. מתאים השוקית לשוליים קבלה של העצם מכתשיים במצב אובייקט, אם השוק ממוקם מן האמצע.
    5. להשתמש את המטוס הקודם של osteotomy בלסת העליונה קו האמצע מטוס osteotomy בעצמות הרגל הראשונה (איור 2b).
    6. במקום מטוס חדש osteotomy ובמידת במצב האובייקט (איור 2c). לקשר את המטוס החדש הזה השוקית כהורה הגדרת.
      הערה: על ידי הגדרת האב השוקית, הכיוון היחסי בין המטוס החדש הזה osteotomy השוקית תמיד נשמר גם אם השוק מועבר אל מקומות שונים. אזור השוק המוקפת המטוסים חיתוך שני הופך הרחוב בעצמות הרגל הראשונה.
    7. העתק השוקית ואת שני מטוסים של osteotomy כהורה הגדרת במצב של האובייקט. העבר הזה שוקית שהועתקו, אשר יש אזור בלוק הראשון עם שני מטוסים חיתוך משני הכיוונים, התחום השני שבו שחזור הוא הכרחי (איור 2e) לתכנן את הבלוק שוקית השני.
    8. המקום המישור החותך השני על-ידי הוספת מטוס חדש במצב של האובייקט.
      הערה: המישור החותך הראשון והשני יהפוך הקצוות של גוש שוקית השני. אם בלוק השלישי הוא הכרחי, נהלים דומים נוספים. לשמור על האורך המתאים של הפערים בין הבלוקים בעצמות הרגל סמוכים.
      הערה: הפער בין הרחוב הראשון והשני נחשב להיות מפתח שיש osteotomy נוחים. אם פער זה הוא רחב, osteotomy יהיה קל בגלל מרחב העבודה רחב, אך אורך כלי הדם מבוזבזים במקצת. לעומת זאת, אם הפער הוא צר, osteotomy הופך להיות בעייתי, אבל הרחוב השני או השלישי יכול להיות מתוכנן על ידי סילוק הפסולת של עצם שאינו בשימוש.
  3. עיצוב המדריכים חיתוך בעצמות הרגל
    1. דמיינו רק השוקית ומטוסים חיתוך לעיצוב המדריך חיתוך שוקית במצב האובייקט (איור 3).
    2. להפוך כל מטוס חיתוך קטן כדי לכבוש רק חצי האזור של המקטע גזירה שוקית על ידי הזזה קודקודים לאורך שולי (3b דמויות-3d) במצב עריכה.
      הערה: לצד התאמת המדריך גזירה היא ההיבט לרוחב של השוק. כי בכלי הדם המזינים ממוקמים האספקט המדיאלי, המדריך אינו מיועד בהיבט המדיאלי.
    3. לאחד את שני מטוסים של הקצוות כדי לבנות מוצק במצב האובייקט (4a דמויות-4e). בחר את הקודקודים של כל המטוסים האלה ולחבר אותם אחד לשני על ידי הפיכת לקצוות במצב עריכה כדי ליצור מוצק מלבני.
    4. להחסיר השוקית מ הסולידי מלבני זה באמצעות צירוף בוליאני (דמויות 5a-ג 5).
      הערה: השטח של חיסור זה מתאים לחלוטין את ההיבט לרוחב בעצמות הרגל. אותם הליכים חוזרים ונשנים בכל פינה בעצמות הרגל הכרחי.
    5. לאחד את כל מוצק החיבור במצב של האובייקט.
    6. מניחים קוביית ליד החיבור מוצקים (איור 5d). הבלטת פרצופים כדי להפוך עמודי (5e דמויות-5 g). להתאחד עמודים אלה כדי מוצקים החיבור. זהו המדריך חיתוך בעצמות הרגל (h 5 דמויות-5j).
  4. מדריך חיתוך osteotomy הלסת העליונה
    הערה: כדי לגזור את הלסת העליונה, אין צורך לעצב את המדריך עבור כל משטח חיתוך, כי רק באזורים מוגבלים מחדש באמצעות השוקית. בדרך כלל, שני מדריכים חיתוך, אשר מכסים את האזורים העול מכתשי, לרוחב המדיאלי, מתוכננים.
    1. להכין המטוסים בלסת העליונה ואת העול אשר היו פני השטח הנותר המקורי לאחר הסרת בלסת העליונה. שוליים של 1 ס מ רוחב הוא מספיק (איור 6).
    2. הבלטת הפרצופים מוכן בשלב 2.4.1 כדי לעבות את המטוס וכדי לחזק אותם במצב עריכה תוך שימוש בביטוי המגביל solidify (איור 6b).
    3. מחיקת המוצק מעובה על המטוסים כריתה, אשר היו החליט בצעד 2.1, משני הכיוונים; . זה איך תוכננו המדריכים חיתוך בלסת העליונה.
      הערה: אם המשטח מתאים משונן, אזור קטן יותר הולם מספיקה. אם המשטח מתאים הוא נוטה להיות שטוח, שטח גדול יש צורך להימנע בכל גלישה של המדריך.
  5. מדריך קיבוע המקטעים בעצמות הרגל
    הערה: מקטעים בעצמות הרגל כי הם כדי שנעביר את הלסת העליונה נחשבים מדויקים גודל ואורך, אבל המיקום של העברת ניתן לסטות בחופשיות אם המדריך קיבוע אינו בשימוש. השוק ואת כל מטוס חיתוך (כפי שנעשתה בשלב 2.2) משמשים שוב קטע זה.
    1. לבנות כל בלוק בעצמות הרגל ב בביטוי המגביל בוליאני לוקח את האזור בצומת בין השוק לבין המוצק עם חיתוך מטוסים בשני הקצוות (איורים 7 א ו- 7 ב) במצב עריכה.
    2. תמצית מחצית השטח שטחית של כל בלוק בעצמות הרגל.
    3. לאחד את כל המשטחים האלה במצב האובייקט (איור 7c).
    4. מחיקת פרצופים קטנים במצב עריכה באמצעות סכין לחתוך ( איור 8) כדי לאבטח את הרווחים עבור התאמת את לוחות מתכת.
    5. לעבות את פני השטח באמצעות צירוף solidifying במצב עריכה (דמויות 8 ב'-8e).
      הערה: מינימום 2-3 מ מ עובי יש צורך לייצב את המדריך קיבוע ולהימנע עיקום. אם האגף מעוצב משני הכיוונים, זה יעזור המדריך הלסת העליונה ללא שימוש בכל לוחות מתכת.

3. תלת-ממדי הדפסה עבור ניתוח מודל וקווי עזר אמיתית

הערה: המטרה העיקרית של דו ח זה נועד להציג את שיטת עיצוב מדריכים כירורגי; ההליך המתואר להלן אינה הכרחית אם הדפסת תלת-ממד לא נחוצה.

  1. לייצא את העיצובים של המדריכים בתבנית .stl, אשר יכול להיות תלת מימד להדפסה.
  2. הדפס כל המדריכים ועצמות.
    הערה: בהדפסה, רפסודות נחשבים להפריע הדפסה משטח החלקה ולהוביל מתאימים משטח ועניים משוננים עד העצם, אז המטוס אגרסיביים חייב להיות מופנה כלפי מעלה.
  3. לבצע את הניתוח דגם כדלקמן:
    1. ניתוח דומה לזה בפועל, מתאים נשימה עמוקה חיתוך מדריך למודל של עצמות הפנים קודם (איור 9). . תעצור את העצם הפנים יחד עם המישור החותך באמצעות מסור.
    2. לצרף את המדריך חיתוך בעצמות הרגל למודל של העצם בעצמות הרגל, לחתוך אותו לחתיכות (איור 9ב'). לצרף את אבני בעצמות הרגל המדריך קיבעון (איורים 9 c ו- 9 d).
    3. תקן זה הקיבעון מדריך מורכבים הפגם בלסת העליונה באמצעות ברגים צלחות (איור 9e). לאחר תיקון של מקטעי בעצמות הרגל הלסת העליונה באזור שבו המדריך קיבעון לא לצרף באמצעות ברגים, צלחות, הסר את המדריך קיבעון. בזאת על השחזור (איור 9f).
  4. לסרוק את התמונה שיחזר ממד 3 ולתעד אותה בתבנית .stl באמצעות סורק תלת-ממדי של24.
  5. להשוות את הקובץ .stl דגם שלאחר ניתוח, עיצוב CAD משוחזר (איור 10) באמצעות השוואה תוכנה25.
    הערה: על ידי השוואת העיצוב שחזורים וירטואליים, דגם שחזור מודרכים, דיוק בפועל מחושבת. כי דיוק CAD/CAM מתקבל תוך סטייה 2.5 מ"מ שיקום הלסת10, לדיוק דומה צריך להידרש בשיטה זו. אם אין אפשרות להשיג את הדיוק הנדרשת, בצע מחדש את העיצוב וירטואלי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

באמצעות ההליך המובאת כאן, היה נחוש את האזור כריתה קודם. באמצעות תוכנות CAD, האזור כריתה היה ומוקפת לחלוטין על ידי פניהם. אזור זה היה המופחת פנים העצם על ידי פעולה בוליאנית. התמונה שוקית הונח על הפגם, חיתוך בעצמות הרגל פרצופים יכניסו את הנקודות המתאימות המשוחזרת. חיתוך בעצמות הרגל כל הפרצופים היו קשורים כמו כן, הורה הגדרת העצם. הפרצופים האלה נעשו קטנים יותר, היו מאוחדים כדי להפוך מוצקים. השוק היה המופחת אלה מוצקים והפך אז המדריכים חיתוך בעצמות הרגל. משטחי העצם פנים הנותרים היו גם לעבות; אלה הפכו מדריכי חיתוך בלסת העליונה. הצדדים שטחית של המקטעים בעצמות הרגל יונייטד, חילוץ כדי להיות מדריך קיבעון. לבסוף, המדריך חיתוך בעצמות הרגל, את חיתוך בלסת העליונה, הוראות המדריך קיבוע בעצמות הרגל תוכננו בבלנדר. אלה עיצובים של המדריכים יוצאו בתבנית .stl. הם הפכו ממש פלסטיק אובייקטים על-ידי הדפסה תלת-ממדית (איורים 9 א ו- 9b).

מודל ניתוח בוצע (איורים 9 c-דירה 9-אף). חיתוך בלסת העליונה מדריך ומדריך חיתוך בעצמות הרגל מצויד לחלוטין היו עצמות הפנים, העצם בעצמות הרגל מודלים. חיתוך הדגמים עם מסור ותיקון את התוצאות עם לוחיות טיטניום וברגים נעשו גם. לאחר הקיבעון, תמונת שיחזר ממד 3 נקבע ע י סורק תלת-24. הקובץ .stl דגם שלאחר ניתוח, עיצוב CAD שיחזר הושוו בנוגע לדיוק של מדריכים, נהלים באמצעות השוואה תוכנה25. נתוני הניתוח דגם מוצגות באיור איור 10; ניתן לבצע השחזור כ תוך סטייה 2 מ מ.

Figure 1
איור 1 : להחליט על האזור של כריתה בלסת העליונה. קובץ .stl () המקורי עצמות הפנים מיובא על בלנדר. (b) הראשון חיתוך מטוס נוסף העול הנגע. (ג) הבא חיתוך המטוס מונחת. (ד) המישור החותך של האזור מכתשי מוגדר גם הוא. (e) החיתוך מטוסים חייבים להיות מאוחדים, המקיפים את האזור כריתה לחלוטין. (f) באמצעות צירוף בוליאני, האזור maxillectomy יופחת מן העצם פנים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : תכנון מיקום המקטעים בעצמות הרגל. () .stl בעצמות הרגל הקובץ מיובא על בלנדר. בחלק הדיסטלי של השוק ממוקם באזור מכתשי קודם. (b) החיתוך המטוס מועתקים, מקושר השוקית כהורה הגדרת. (ג) בהתאם להעדפה של המנתח התכנון, המישור החותך הבא מושם על השוק. האזור בעצמות הרגל דחוקה בין שני מטוסים אלה הופך המקטע הראשון בעצמות הרגל הכרחי. (ד) כדי לקבוע את המיקום של החלק הבא בעצמות הרגל, השוקית שהועתק מונחת. המטוסים חיתוך הבא ממוקמים גם על פי הדין של המנתח. (e) בסופו של דבר, שלושה גושי בניינים בעצמות הרגל מתוכננים, כמו בדוגמה זו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : הזזה הקודקוד לאורך הקצה. () שלושה זוגות של המטוסים חיתוך מקושרים השוקית כהורה הגדרת. (b-d) על מנת להשיג עיצוב המדריך המתאים, הקודקוד של המטוס מועברת לאורך הקצה במצב עריכה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 : עיצוב תיבת הכנה להפוך את המדריך חיתוך בעצמות הרגל. () את המטוס חיתוך הזה הולך ניתן לצמצם בגודל להפוך גודל מדריך של חיתוך המתאים. (b) בגודל הסופי של המישור החותך מודגשת. (ג) החיתוך המטוס נקבעת על-ידי הזזה הקודקוד לאורך הקצה, בדומה לאיור 3. (ד) שני ההגאים חיתוך מאוחדים על-ידי הוספת את המטוס החדש מצב האובייקט. (e) סוף סוף, המטוסים מתווספים להקיף כל פני במצב עריכה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5 : ביצוע המדריך חיתוך בעצמות הרגל. () באמצעות ההליכים המוצג באיור 4, שלוש קופסאות מעוצבות. (b) כל תיבת המשותף השוקית באמצעות החיסור של צירוף בוליאני. (ג) ההיפך השטח של כל תיבת לגמרי אותו דבר כמו פני השטח בעצמות הרגל (ד) כדי להפוך עמודים, קוביה ממוקמת ליד החיבור מוצקים. (e) של הפנים של הקוביה הזו הנמתח. (f) לפי חוזר זה הבלטת ממד, העמוד הראשי הוא עשוי. (g) על ידי הוספת עמודים אחרים, מיוצרים מוצקים החיבור של קבצים מצורפים. (h) העמוד ומוצקים החיבור מאוחדים. (i ו- j) מדריך חיתוך זה מתאים לגמרי על פני השטח של השוק. מקצה אחד הופך המישור החותך, אשר ידריך את מסור חיתוך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6 : עיצוב המדריך חיתוך בלסת העליונה. () הנותרים משטחים את הלסת העליונה, zygoma את מוכנות רק בסמוך אל אזור חיתוך. (b) המטוסים האלה הם מעובה לבנות המוצק כדי שיתאים עצמות העול, בלסת העליונה, באמצעות צירוף solidifying במצב עריכה. קצה הטובה הזו הופכת המישור החותך מסור עצם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7 : להוציא את המטוס העברה. () כל אחד מהמקטעים בעצמות הרגל מופרד באמצעות הצומת של צירוף בוליאני. (b) במקרה זה, שחזור מכתשי ניתנת עדיפות על פני חשיבותו העול. (ג) כל פרצוף שטחית ונשתמש יונייטד להכין לבנייה של המדריך קיבעון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8 : עיצוב המדריך קיבוע של המקטעים בעצמות הרגל. () באמצעות כלי הסכין, הקווים נועדו השטח שטחית. חלון קטן (b) A נעשית על-ידי מחיקת את הקודקודים והפאות. חלון זה משמש את הקיבעון צלחת טיטניום. (ג) לאחר ביצוע מספר חלונות, פני שטחי לעבות באמצעות צירוף solidifying. ( eו-d ) רק המדריך קיבעון הוא מדמיין. בשני הקצוות, הכנפיים נוספים כדי לתקן את המדריך הזה לעצם פנים הנותרים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 9
איור 9 : מודל ניתוח. () באמצעות מדפסת תלת-ממדי, עצמות הפנים, העצם בעצמות הרגל ו מדריכי ניתוחי יכול להתממש. (b) החיתוך המדריך נבדק להתאמה השוק לגמרי. (c ו- d) מקטעי בעצמות הרגל שהוצאו על-ידי שימוש במדריך חיתוך מוגדרים אל המדריך קיבעון. המדריך קיבוע מתאים לחלוטין מקטעי לחתוך. (e ו- f) באמצעות את לוחיות טיטניום וברגים, מקטעי בעצמות הרגל מועברים על הלסת העליונה. לאחר הסרת המדריך קיבעון, לוחות נוספים וברגים נוספים עבור אובססיה חזק יותר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 10
איור 10 : השוואת המודל לתוכנית. המודל לאחר הניתוח הוא תלת-ממדי שנסרקו, לעומת התוכנית וירטואלי. קנה המידה (מ מ) מציג את המרחק סטיה מתוכנית וירטואלי. העצמות שהועברו בעיקר יש סטייה נמוכה (ירוק), ואילו הלוחות קיבוע המתכת יש סטייה גבוהה יותר (אדום). אולם, הסטייה היא במידה רבה מתחת 2 מ מ. תמונה זו שונה הדוגמה המוצג באיור9. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שחזור CAD/CAM נחשב לתרום להשגת מדויק osteotomy אורך, הרוחב והזווית בעצמות חיתוך תוך שימוש חיתוך קווי4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13,14,15,16,17 18, ,19. הסידורים שהועברו העצמות נחשבים גם מדויק באמצעות מדריך של קיבעון11. כי סדר, תהליך, חיתוך המטוס, ולאחר מכן תוכנית ההסדר הם כבר החליט לפני הניתוח בפועל, לחיסכון בזמן הוא עוד יתרון2,12,13,14.

יתר על כן, בנוסף יתרונות תיאורטיים אלו, כוח של הטכניקה CAD/CAM היא כי בגלל המדריכים כירורגי, מנתח כל יכול לחתוך באותו מקום באותה דרך, ובכך המתקנות את הטכניקה. אם המדריכים מאוד מדויק, זה אפשרי כי כל מנתח יכול להשיג תוצאות שחזור מדויק, ולא באמצעות גישה חופשית-יד איפה התוצאות תלויות מעדיף מומחיות. כי טכניקה זו CAD/CAM התפתחה לא מזמן, דוחות דומה לזה הם מעטים. מדריכים מסחריים זמינים במדינות המערב; עם זאת, שיטות עיצוב אינם פתוחים לציבור. כמו בשיטה זו עיצוב חדש, אנו מצפים לה כדי להיות שפותחה להתפשט באופן נרחב בעתיד.

גישה זו-CAD/CAM שבאתר לא תמיד להוכיח עליונות. בעיה קלינית אחת היא כי טכניקה זו הופך חסר תועלת כאשר הנתונים בדיקת CT אינה עשויה פרוסות דק וקנס או מתקבל רק לפני הניתוח, המנתח או לא להחליט על האזור כריתה במהירות משתנה לפתע את האזור כריתה intra-שמעשית.

בעיה להכנת העיצוב היא, אם המעצב אין מספיק ניסיון לראות וללמוד את הליך כירורגי, עיצוב המתאים מדריך כירורגי אינה יכולה להתקבל. בסופו של דבר, במקרה כזה, המעצב אינו יודע איזה שטח המדויק המנתח בפועל יעשה על מנת להיות חופשי של אובייקטים בכל מצב כירורגי.

בעיה עלות, מדפסת תלת-ממדי הוא הכרחי עבור מעצב מתחיל ליצור משפט--שגיאה עיצובים להתממש המדריכים בפועל. לאחר להיות מעצב מנוסים היטב, התממשות של העיצוב הוא כבר לא חיוני. למרבה המזל, מחשבים ומדפסות תלת-ממדי הופכים להיות זול יותר, מה שאומר שאנחנו יכולים לתכנן ולייצר מדריכים כירורגי באופן עצמאי מבלי להסתמך על השירותים של חברות יקרות. החיסרון הוא שאנחנו לא יכולים עדיין תלת-ממד להדפיס את לוחות מתכת המשמש את הקיבעון. פלסטיק הוא החומר העיקרי שאפשר להשתמש בו עבור הדפסה תלת-ממדית. לפיכך, אנו חייבים מראש לכופף את לוחות מתכת לפני הניתוח. כמו מדפסות תלת-ממדי זולה שיכולה להתמודד עם מתכות צפויים להיכנס לשימוש בעתיד, קיבוע הצלחות עשויות גם להיות בנויות ואז, כל ההליכים יהיו פחות תלויים טכניקות סגנון חופשי.

התצהיר מאוחה דוגמנות (FDM) נחשבת לאחד ביותר בשימוש בטכנולוגיות הדפסה תלת-ממדי. אובייקטים תלת-ממדיים נבנים על ידי הבלטת ממד פולימרים תרמופלסטיים באמצעות זרבובית. חומרים תרמופלסטיים כשיהיה קר, לחצים פנימיים עשויים ליצור דפורמציות (עיקום)26. Styrene טבעי בוטאדיאן (ABS) חומצה polylactic (PLA) הפלסטיק השולט משמש חוטים גומי סינתטי אשר בהתקשותו בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. . Petropolis et al. 7 שהוזכרו, בגלל ABS מנדיבל מודלים נוטה במיוחד כדי עיקום, פלסטיק ABS הם פחות אידיאלי עבור ניתוח מודלים בהשוואה פלה. פלסטיק ABS והן PLA הם גז sterilizable ונוקשה מספיק כדי לשמש תבנית27. בהשוואה עם ABS, פלה הוא פחות גמיש עם נמס בטמפרטורה נמוכה. לפיכך, השתמשנו PLA ו שיטת עיקור בטמפרטורה נמוכה פלזמה מתחת לגיל 45 מעלות במצב קליני. מכיוון הטמפרטורה זכוכית של ה-PLA השתמשנו 60 ° C, אנחנו לא השתמש החיטוי עיקור (כ 121 מעלות צלזיוס) או עיקור תחמוצת אתילן גז (כ 60 ° C).

עיקום דפורמציה נותרת אפשרות. עם זאת, דוחות קודמים לאמת את הדיוק של דגמים מודפסים-FDM בתחום של כירורגיה פה ולסת28. מספר מאמרים בשימוש מחקר השוואתי של הלסת התחתונה האנושי יבש, העתק מודפס FDM שימוש בנתונים CT סרוקים. מחקרים אלה הראו כי הצרכן-ציונים מודפס FDM דגמים יש דיוק מקובל, בדומה לתוצאות של לייזר סלקטיבי תעשייתי מתיכות (SLS) מדפסות27,29,30. . ניזאם et al. 1 טען כי איכות הטומוגרפיה הוא גם אחד גורמים עיקריים של שגיאות תלת-ממדי, לצד המכונה אב-טיפוס מהירה.

גם אם המדריכים מדויק מיועד כמעט, המדריכים המודפסים לפעמים אינם מתאימים הדגמים שטרם-נותחו עצם כירורגי. שקלנו שיהיו שתי סיבות לכך.

1. צורה גרמית שטחית של האזור שבו המדריך נועד להיות מחובר הוא שטוח מדי להיות מכור (במיוחד הלסת העליונה). אם משטחים אלה הם לא אחידה וחלקה, השטח מדריך נוטה להיות חלקלק ויש אפשרות של התאמה שגויה לאזור הרזה הלא נכון. כדי להימנע ממצב זה, האזור המצורף צריך להיות מתוכנן רחב יותר, רחבה יותר לתפוס שטח גרמי המדויק. במקביל, אם האזור המצורפת הופך גדול יותר, לאזור ההתחתרות הופך גדול יותר, שתוצאתה צלקת רחבה יותר.

2. לעומת זאת, המדריך הכירורגי פלסטיק קשה גם להתאים אם הצורה של השטח הזה הוא גם לא אחידה ומסובך. כי משטח מחוספס עם תהליכים קטנים רבים של המדריכים CAD/CAM מעוררת התנגדות חיכוך כאשר מצורף עד העצם, יתר על המידה מייגעים, מדריך מסובך משטחים הם גם נוטים להתאים בצורה שגויה למקום הלא נכון. כדי להימנע ממצבים אלה, נחוצים משפט--שגיאה והדפסת מודל ניתוח לפני הניתוח בפועל. כתוצאה מכך, מיקור חוץ של הדפסה תלת-ממדית אינה מומלצת.

בסופו של דבר, גם אם המדריך היה מסוגל להתאים את הניתוח דגם, כאשר זה לא מתאים במצבים קליניים, זה להתייחס להיות סוג של מדריך. זה דומה כאשר מדריכים מסחריים אינם מתאימים. ההחלטות הסופיות בניתוח אמיתית צריכה להיעשות על פי ההכרה של אסתטיקה סגר ופנים על ידי המנתח, לא על ידי המדריך.

למרות העלות לכאורה נראה זול משתמש הגישה CAD/CAM ללא צורך במיקור חוץ מאשר הגישות המבוססות מסחר, האמיתי עולה, אשר כוללת עבודה מרצון של המנתח ואת הזמן עבור עיצוב והדפסה, תמיד הערכתי כראוי או מוזנח. עם זאת, גם אם מדריכים מסחריים להיות זול יותר, ללא צורך במיקור חוץ גישה זו עדיין יש יתרון ייחודי, אשר הוא כי מנתחים יכולים ישירות ובקלות לבצע שחזורים משפט--שגיאה בהדמיה וירטואלית ולממש את מיקום הקשר בין עצם הפנים לבין המקטעים בעצמות הרגל.

העיצוב של מדריכים הוא מוגבל רקמה קשה כגון עצם בדו ח זה. עם זאת, מדריכי ניתוחי יכול מיועד רקמות רכות חיתוך ותיקון כגון רקמות שומן או שריר. מדריכים נחשבים לחול חיובים ב ניתוחים לצורך ביצוע שיחזור מבניים תלת-ממדי באמצעות רקמות רכות. קיבוע מדריכים יהיה בקרוב מיועד שחזורים השד לאחר ניתוח סרטן פולשני של שינוי צורה מיטבית של רקמת שומן שהועברו מן הבטן אל השד.

לסיכום, באמצעות גישה ללא צורך במיקור חוץ, מדריכים כירורגי CAD/CAM כולל עותק של השקופית מודפס בבית חולים. בנוסף לשימוש של שחזור מדויק על ידי CAD/CAM, טכניקות אלו יכול לשמש גם על ידי מנתחים שחיים מחוץ לאזורים שבהם מדריכים מסחריים זמינים. טכניקה זו היא אופציה עבור שחזורים בלסת העליונה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים יש ריהצהל.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה חלקית על ידי JSPS KAKENHI גרנט מספר JP17K11914.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Information Technology Center, Renato Archer, Campinas, Brazil InVesalius Free software https://www.cti.gov.br/en/invesalius
The Blender Foundation, Amsterdam, Netherlands Blender Free software https://www.blender.org/
TurboSquid, Inc. 935 Gravier St., Suite 1600, New Orleans, LA. Free 3D skeletal data file Free3D 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, CA video sharing website. https://www.youtube.com/results?search_query=invesalius+dicom+to+stl
Artec 3D, 2, rue Jean Engling, Luxembourg Artec Eva Lite https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite
CloudCompare CloudCompare http://www.danielgm.net/cc/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hirsch, D. L., et al. Use of computer-aided design and computer-aided manufacturing to produce orthognathically ideal surgical outcomes: A paradigm shift in head and neck reconstruction. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 67 (10), 2115-2122 (2009).
  2. Hanasono, M. M., Skoracki, R. J. Computer-assisted design and rapid prototype modeling in microvascular mandible reconstruction. The Laryngoscope. 123 (3), 597-604 (2013).
  3. 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).
  4. Ayoub, N., et al. Evaluation of computer assisted mandibular reconstruction with vascularized iliac crest bone graft compared to conventional surgery: A randomized prospective clinical trial. Trials. 15, 114 (2014).
  5. Stirling, C. E., et al. Simulated surgery and cutting guides enhance spatial positioning in free fibular mandibular reconstruction. Microsurgery. 35 (1), 29-33 (2015).
  6. Schepers, R. H., et al. Accuracy of fibula reconstruction using patient-specific CAD/CAM reconstruction plates and dental implants: a new modality for functional reconstruction of mandibular defects. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 43 (5), 649-657 (2015).
  7. Tarsitano, A., et al. Mandibular reconstructions using computer-aided design/computer-aided manufacturing: a systematic review of a defect-based reconstructive algorithm. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 43 (9), 1785-1791 (2015).
  8. Wilde, F., et al. Multicenter study on the use of patient-specific CAD/CAM reconstruction plates for mandibular reconstruction. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 10 (12), 2035-2051 (2015).
  9. Huang, J. W., et al. Preliminary clinic study on computer assisted mandibular reconstruction: the positive role of surgical navigation technique. Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery. 37 (1), 20 (2015).
  10. Numajiri, T., Nakamura, H., Sowa, Y., Nishino, K. Low-cost design and manufacturing of surgical guides for mandibular reconstruction using a fibula. Plastic and Reconstructive Surgery - Global Open. 4 (7), 805 (2016).
  11. Numajiri, T., Tsujiko, S., Morita, D., Nakamura, H., Sowa, Y. A fixation guide for the accurate insertion of fibular segments in mandibular reconstruction. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. Open. 12 (8), 1-8 (2017).
  12. Toto, J. M., et al. Improved operative efficiency of free fibula flap mandible reconstruction with patient specific, computer-guided preoperative planning. Head & Neck. 37 (11), 1660-1664 (2015).
  13. Avraham, T., et al. Functional outcomes of virtually planned free fibula flap reconstruction of the mandible. Plastic and Reconstructive Surgery. 134 (628), 634- (2014).
  14. Sieira, G. R., et al. Surgical planning and microvascular reconstruction of the mandible with a fibular flap using computer-aided design, rapid prototype modeling, and precontoured titanium reconstruction plates: A prospective study. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 53 (1), 49-55 (2015).
  15. Seruya, M., Fisher, M., Rodriguez, E. D. Computer-assisted versus conventional free fibula flap technique for craniofacial reconstruction: An outcomes comparison. Plastic and Reconstructive Surgery. 132 (5), 1219-1225 (2013).
  16. Metzler, P., et al. Three-dimensional virtual surgery accuracy for free fibula mandibular reconstruction: Planned versus actual results. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 72 (12), 2601-2604 (2014).
  17. Numajiri, T., et al. Using an in-house approach to CAD/CAM reconstruction of the maxilla. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 76 (6), 1361-1369 (2018).
  18. Bosc, R., et al. Mandibular reconstruction after cancer: An in-house approach to manufacturing cutting guides. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 46 (1), 24-29 (2017).
  19. Ganry, L., et al. Three-dimensional surgical modeling with an open-source software protocol: Study of precision and reproducibility in mandibular reconstruction with the fibula free flap. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 46 (8), 946-950 (2017).
  20. InVesalius. , Available from: https://www.cti.gov.br/en/invesalius (2018).
  21. Blender. , Available from: https://www.blender.org/ (2018).
  22. Free3D. , Available from: https://free3d.com/3d-models/human (2018).
  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).
  25. The CloudCompare. , Available from: http://www.danielgm.net/cc/ (2018).
  26. Guerrero-de-Mier, A., Espinosa, M. M., Dominguez, M. Bricking: A new slicing method to reduce warping. Procedia Engineering. 132, 126-131 (2015).
  27. Petropolis, C., Kozan, D., Sigurdson, L. Accuracy of medical models made by consumer-grade fused deposition modeling printers. Plastic Surgery. 23 (2), Oakville, Ont. 91-94 (2015).
  28. Alsoufi, M. S., Elsayed, A. E. Warping deformation of desktop 3D printed parts manufactured by open source fused deposition modeling (FDM) system. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering (IJMME) - International Journal of Engineering and Sciences (IJENS). 17 (4), 7-16 (2017).
  29. Maschio, F., Pandya, M., Olszewski, R. Experimental validation of plastic mandible models produced by a "low-cost" 3-dimensional fused deposition modeling printer. Medical Science Monitor. 22, 943-957 (2016).
  30. Rendon-Medina, M. A., Andrade-Delgado, L., Telich-Tarriba, J. E., Fuente-Del-Campo, A., Altamirano-Arcos, C. A. Dimensional error in rapid prototyping with open source software and low-cost 3D-printer. Plastic and Reconstructive Surgery - Global Open. 6 (1), 1646 (2018).
  31. Nizam, A., Gopal, R. N., Naing, L., et al. Dimensional accuracy of the skull models produced by rapid prototyping technology using stereolithography apparatus. Archives of Orofacial Sciences. 1, 60-66 (2006).

Tags

רפואה גיליון 138 ולסת-ניתוח תיאום חופשית שוקית השחזור maxillo mandibular שיקום ראש וצוואר
תכנון CAD/CAM מדריכים כירורגית בלסת העליונה שחזור באמצעות גישה ללא צורך במיקור חוץ
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Numajiri, T., Morita, D., Nakamura,… More

Numajiri, T., Morita, D., Nakamura, H., Yamochi, R., Tsujiko, S., Sowa, Y. Designing CAD/CAM Surgical Guides for Maxillary Reconstruction Using an In-house Approach. J. Vis. Exp. (138), e58015, doi:10.3791/58015 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter