Summary
Methoden voor het ontwerpen van een computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) chirurgische gids worden weergegeven. Knipvlakken zijn gescheiden, Verenigd en verdikt om de nodige bot overdracht gemakkelijk te visualiseren. Deze ontwerpen kunnen driedimensionaal zijn gedrukt en gecontroleerd op nauwkeurigheid.
Abstract
Computer-aided design/Computerondersteunde productie (CAD/CAM) wordt nu geëvalueerd als een voorbereidende techniek voor Aangezichtschirurgie. Omdat deze techniek duur en leverbaar in slechts beperkte gebieden van de wereld is, ontwikkelden we een roman CAD/CAM chirurgische gids met behulp van een eigen aanpak. Met behulp van de CAD-software, worden het gebied van de maxillaire resectie en knipvlakken fibular knipvlakken en de hoeken bepaald. Zodra de resectie gebied is besloten, worden de nodige gezichten geëxtraheerd met behulp van een Booleaanse modifier. Deze oppervlakkige gezichten zijn verenigd aan de oppervlakte van de botten en verdikte te stabiliseren van de lichamen. Niet alleen het snijden gidsen voor het kuitbeen en maxilla maar ook de regeling van de locatie van de overgedragen bot segmenten wordt gedefinieerd door een verdikking van de oppervlakkige gezichten. De CAD-ontwerpen wordt geregistreerd als .stl bestanden en ruimtelijk (3-D) afgedrukt als werkelijke chirurgische gidsen. Om te controleren van de nauwkeurigheid van de gidsen, wordt model operatie met behulp van 3-d-3-d bedrukt gezicht en fibular modellen uitgevoerd. Deze methoden kunnen worden gebruikt bij chirurgen waar commerciële gidsen zijn niet beschikbaar.
Introduction
Het gebruik van CAD/CAM technieken heeft recent toegenomen in dental en prothese werk. Na deze evolutie van CAD/CAM, zijn de osteocutaneous klep overdrachten met behulp van CAD/CAM nu gebruikt op het gebied van mandibulaire wederopbouw na een oncologische breed resectie van kwaadaardige tumoren1,2,3. Diverse bedrijven in de westerse landen begonnen te leveren en verkopen van een CAD/CAM snijden gids voor de regio van de onderkaak. Een CAD/CAM-reconstructie van de onderkaak wordt geacht te hebben een voordeel in termen van nauwkeurigheid4,5,6,7,8,9,10 ,11. Een nadeel is echter dat deze techniek in beperkte gebieden wereldwijd beschikbaar is en het is erg duur12. Dus, CAD/CAM wederopbouw voor maxillaire laesies is nog niet geworden populaire. Het aantal gevallen van maxillaire wederopbouw is lager dan die voor de onderkaak en commerciële gidsen zijn niet gebruikelijk.
Omdat commerciële maxillaire CAD/CAM gidsen niet in Japan verkocht worden, hebben we de CAD/CAM chirurgische gidsen met behulp van een in-house aanpak ontwikkeld. De klinische doeltreffendheid van de CAD/CAM-gidsen reeds gerapporteerde13,14,15,16,17,18,19, maar er is geen verslag over het ontwerpen van hen. Het doel van het onderhavige verslag is te tonen de CAD/CAM design methode met behulp van een goedkope in-house aanpak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Deze studie werd goedgekeurd door de auteurs institutionele evaluatie board, en schriftelijke toestemmingsformulieren werden ingevuld door alle patiënten.
1. voorbereiding van de materialen
- Een personal computer, berekende tomografische (CT) gegevens van gezicht bot en kuitbeen, conversiesoftware zoals InVesalius20en driedimensionale (3-D) CAD-software (b.v., Blender21) gebruiken.
Opmerking: Een maximale dikte van 1 mm segmenten voor CT data wordt aanbevolen voor een nauwkeurige ontwerp. Voor de werkelijke chirurgische simulatie, van de patiënt CT gegevens te gebruiken. Gebruik voor onderzoek, vrije human 3D-gegevens22. - Gebruik een 3D-printer23, schroeven, metalen platen en een kleine zaag, om te controleren niet alleen de ontwerpen maar ook echte objecten en resultaten.
Opmerking: De huidige studie is experimenteel. Metalen platen, schroeven en een kleine zaag kunnen worden gebruikt voor de chirurgie van het model. In plaats van metalen platen, kunnen kunststof-fixatie platen ook worden afgedrukt door de 3D-printer, samen met de chirurgische gidsen. - De imaging gegevensoverdracht voor zowel gezicht bot en kuitbeen in 3D-gegevens (.stl formaat) met behulp van InVesalius20.
Opmerking: CT gegevens is in feite geregistreerd in de vorm van tweedimensionale (2D) afbeeldingen. Dus, voordat u de 3D-gegevens, het is noodzakelijk de gegevens converteren naar 3D-gegevens. Vrije software is voldoende voor dit doel. Dit verslag wordt niet uitgelegd hoe de overdracht van de gegevens in een 3D-bestand; Instructievideo's en handleidingen zijn elders beschikbaar. - Elk .stl-bestand importeren in Blender21.
Opmerking: CAD software accepteert gewoonlijk een .stl-stijl 3D-opmaak. Bij eerste, keelholte en fibular .stl moeten bestanden worden geopend in de specifieke CAD-software door ze te importeren.
2. design
- Op het gebied van bot verwijdering beslissen en stollen van een bot defect
- Besluiten op het gebied te worden weggesneden.
Opmerking: In deze experimentele simulatie chirurgie, een deel van de maxilla kan worden ingesteld als een verwijderde gebied. Omdat wederopbouw na totale maxillectomy moeilijk is, is slechts een klein deel van de maxilla een keuze voor beginners. In een klinische setting beslissen tot het gebied volgens de kanker regio. - Maak een groot vliegtuig en plaats deze op de grens van het gebied voor verwijdering in de object-modus (figuren 1a en 1b). Volg dat door het plaatsen van een tweede vliegtuig (cijfers 1b-1 d) en blijven doen totdat de vliegtuigen rond het hele gebied voor verwijdering. Deze vliegtuigen in de modus object verenigen.
- Selecteer de hoekpunten van al deze vliegtuigen en hen met elkaar verbinden door het maken van lijnen en vlakken (Figuur 1e) in de bewerkingsmodus te omringen het gebied voor verwijdering.
Opmerking: De besnijdenis vliegtuigen moeten worden gekopieerd en onderhouden omdat deze originele vliegtuigen worden gebruikt en verwijderd wanneer het stollen van de besnijdenis. In de huidige studie, wordt kopiëren van elk vliegtuig en solid telkens aangeraden om het mogelijk te hergebruiken. - Aftrekken van de resectable vaste van de facial bot met behulp van een Booleaanse modifier in de bewerkingsmodus. Dit resulteert in een geschoren gezicht bot (Figuur 1f), dat het model van de maxillaire defect is.
- Besluiten op het gebied te worden weggesneden.
- Plaatsen van een fibula bone
- Plaats een broche in de maxillaire defect gebied (Figuur 2een). Plaats kleine blokjes op twee punten (distale de fibular Kopbeenderen en 5 cm proximaal van de laterale malleolus; 8 cm) in het kuitbeen als markeringen (paars kleine blokjes zijn afgebeeld in Figuur 2).
Opmerking: In klinische situaties, een kuitbeen kan worden gebruikt tussen 8 cm DISTAAL van het fibular hoofd en 5 cm proximaal van de laterale malleolus;. Door deze markering, kunnen we gemakkelijk begrijpen de gebieden die kunnen worden gebruikt. - Kleine blokjes aan het kuitbeen koppelen als een ouder instellen in de object-modus.
- Kleine blokjes als markeringen in verschillende punten van de maxillaire laesie plaats, waar de wederopbouw nodig is. Met deze markering, wordt de zichtbaarheid van de nodige reproductie punten verhoogd.
- Passen de fibula aan de voorzijde marge van de alveolaire bot in de modus object als de fibula wordt geplaatst van de middellijn.
- Gebruik de vorige vliegtuig van de middellijn maxillaire osteotomie als een eerste fibular osteotomie vlak (Figuur 2b).
- Plaats een nieuw osteotomie vlak in voorkomend geval in de object-modus (Figuur 2c). Dit nieuwe vliegtuig aan het kuitbeen koppelen als een ouder instellen.
Opmerking: Door de ouder op het kuitbeen, de relatieve oriëntatie tussen dit nieuwe vliegtuig osteotomie en het kuitbeen is altijd beweerd zelfs als het kuitbeen wordt verplaatst naar verschillende plaatsen. Het gebied van het kuitbeen dat wordt omringd door deze twee knipvlakken wordt het eerste blok van de fibular. - Kopieer het kuitbeen en twee vliegtuigen van osteotomie als ouder instellen in de object-modus. Verplaatsen van deze gekopieerde kuitbeen, die het eerste gebied van het blok met twee knipvlakken aan beide uiteinden, moet het tweede gebied waar de wederopbouw noodzakelijk is (Figuur 2e) plannen van het tweede blok van de fibula.
- Breng de tweede knipvlak door toevoeging van een nieuw vlak in de object-modus.
Opmerking: De eerste en tweede knipvlak wordt de uiteinden van het tweede blok van de fibula. Als een derde blok nodig is, worden soortgelijke procedures toegevoegd. De juiste lengte van de kloof tussen de aangrenzende fibular blokken dienen te worden gehandhaafd.
Opmerking: De kloof tussen de eerste en tweede blok wordt beschouwd als sleutel aan het hebben van een comfortabele osteotomie. Als deze kloof groot is, de osteotomie vanwege de brede werkruimte gemakkelijk zal zijn, maar de vasculaire lengte enigszins wordt verspild. Daarentegen, als de kloof smal is, osteotomie wordt lastig, maar het tweede of derde blok kan worden ontworpen door het elimineren van het afval van het ongebruikte bot.
- Plaats een broche in de maxillaire defect gebied (Figuur 2een). Plaats kleine blokjes op twee punten (distale de fibular Kopbeenderen en 5 cm proximaal van de laterale malleolus; 8 cm) in het kuitbeen als markeringen (paars kleine blokjes zijn afgebeeld in Figuur 2).
- Ontwerpen van de fibular snijden gidsen
- Visualiseren van alleen het kuitbeen en knipvlakken voor het ontwerpen van de fibula snijden gids in de object-modus (Figuur 3een).
- Maak elke knipvlak kleiner te bezetten slechts de helft van het gebied van het kuitbeen snijden gedeelte door te schuiven hoekpunten langs de randen (cijfers 3b-3d) in de bewerkingsmodus.
Opmerking: De kant van de montage van de gids van het snijden is het laterale aspect van het kuitbeen. Omdat de voeding vaartuigen in de mediale aspect bevinden zich, is de handleiding niet bedoeld in de mediale aspect. - Verenig twee vlakken van de uiteinden te bouwen van een solide in de object-modus (cijfers 4a-4e). Selecteer de hoekpunten van al deze vliegtuigen en hen met elkaar te verbinden door lijnen en vlakken in de bewerkingsmodus te vormen een rechthoekige stevige.
- De broche van dit rechthoekige solid aftrekken met behulp van een Booleaanse modifier (cijfers 5a-5 c).
Opmerking: Het oppervlak van deze aftrekken volledig past het fibular laterale aspect. Dezelfde procedures worden herhaald in elk noodzakelijk fibular blok. - Verenigen elke afgetrokken solid in de object-modus.
- Plaats een kubus in de buurt van de afgetrokken lichamen (Figuur 5d). Extruderen gezichten om pijlers (cijfers 5e-5 g). Deze pijlers aan de afgetrokken lichamen verenigen. Dit is de gids van de fibular snijden (cijfers 5 h-5j).
- Osteotomie snijden gids voor de maxilla
Opmerking: De maxilla knippen, het is niet nodig te ontwerpen van de gids voor elke snijvlak, omdat alleen beperkte gebieden worden gereconstrueerd met behulp van het kuitbeen. Meestal worden twee snijden gidsen, die betrekking hebben op de mediale alveolaire laterale buccale gebieden en, gepubliceerd.- Bereiden de maxillaire en buccale vliegtuigen die werden de oorspronkelijke resterende oppervlak na de maxillaire verwijdering. Een marge van 1 cm in de breedte is voldoende (Figuur 6een).
- Extruderen de gezichten bereid in stap 2.4.1 te dikken het vliegtuig te stollen hen in de bewerkingsmodus werkt met behulp van het verharden modifier (Figuur 6b).
- Verwijderen van het verdikte solid over de resectie-vliegtuigen, die werden vastgesteld in stap 2.1, aan beide uiteinden; Dit is hoe de maxillaire snijden gidsen zijn ontworpen.
Opmerking: Als het oppervlak van de montage is gekarteld, een kleiner gebied van montage is voldoende. Als het oppervlak van de montage apt is plat, is een groot gebied nodig om te voorkomen dat eventuele ontsporing van de gids.
- Fixatie gids voor de fibular segmenten
Opmerking: Fibular segmenten die worden overgebracht naar de maxilla worden beschouwd als accuraat in grootte en lengte, maar de locatie van de overdracht kan vrij afwijken als de fixatie gids niet wordt gebruikt. De broche en elk knipvlak (zoals gemaakt bij stap 2.2) worden opnieuw gebruikt in dit segment.- Construeren elk fibular blok in de Booleaanse parameter door te nemen op het gebied van de kruising tussen het kuitbeen en de vaste stof met knipvlakken aan beide uiteinden (cijfers 7a en 7b) in de bewerkingsmodus.
- Pak de helft van de oppervlakkige oppervlak van elk fibular blok.
- Verenigen al deze oppervlakken in de object-modus (Figuur 7c).
- Verwijderen van kleine gezichten in de bewerkingsmodus werkt door het gebruik van een mes gesneden ( Figuur 8een) ter beveiliging van de ruimten voor montage van de metalen platen.
- Dikker het oppervlak met behulp van een solidifying modifier in de bewerkingsmodus (cijfers 8b-8e).
Opmerking: Minimaal 2 tot 3 mm dikte is nodig om te stabiliseren van de fixatie gids en vermijden het kromtrekken. Als de vleugel is ontworpen aan beide uiteinden, zal helpen de gids voor de maxilla zonder gebruik te maken van alle metalen platen.
3. 3D-Printing voor Model chirurgie en echte gidsen
Opmerking: Het belangrijkste doel van dit verslag is om te laten zien van de methode van het ontwerpen van chirurgische gidsen; de hieronder beschreven procedure is niet nodig als 3D-printen is niet nodig.
- Exporteer de ontwerpen van de gidsen in .stl formaat, die 3-D afgedrukt kunnen worden.
- Print alle gidsen en botten.
Opmerking: Bij het afdrukken, vlotten worden beschouwd als glad oppervlak afdrukken verstoren en leiden tot een oneffen oppervlak en slechte pasvorm tot op het bot, dus het vliegtuig dat moet glad naar boven moet worden gewezen. -
De model-chirurgie als volgt uitvoeren:
- Soortgelijk aan werkelijke chirurgie, passen de maxillaire gids voor het gezicht botten model eerst snijden (Figuur 9een). Vervolgens snijd het gezicht bot samen met het knipvlak uit met een zaag.
- Bevestig de fibular snijden gids voor het model van de fibular bot en snij het in stukken (Figuur 9b). Bevestig de fibular blokken aan de gids van de fixatie (cijfers 9 c en 9 d).
- Deze fixatie gids complex voor de maxillaire defect met behulp van schroeven en platen (Figuur 9e) vast te stellen. Na de vaststelling van de fibular segmenten aan de maxilla in het gebied waar de fixatie gids niet hecht met behulp van schroeven en platen, door de fixatie hulplijn te verwijderen. Dit voltooit de wederopbouw (Figuur 9f).
- Scan de afbeelding 3-d-3-d-gereconstrueerd en opnemen in .stl formaat met behulp van een 3D-scanner-24.
- Vergelijk de post model chirurgie .stl file en CAD gereconstrueerd ontwerp (Figuur 10) met behulp van de software vergelijking25.
Opmerking: Door te vergelijken het virtuele wederopbouw-ontwerp en het model van de begeleide wederopbouw, werkelijke nauwkeurigheid wordt berekend. Omdat CAD/CAM nauwkeurigheid wordt verkregen binnen een 2.5 mm afwijking in de mandibulaire wederopbouw10, wordt een soortgelijke precisie moeten in deze methode. Indien de vereiste nauwkeurigheid kan niet worden verkregen, opnieuw de virtuele ontwerp.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Met behulp van de procedure die hier gepresenteerd, werd de resectie gebied eerst bepaald. Met behulp van CAD-software, werd de resectie-gebied volledig afgebakend door de gezichten. Dit gebied werd afgetrokken van het gezicht bot door een Boole-bewerking. Het kuitbeen beeld werd gelegd op het gebrek en fibular snijden gezichten werden geplaatst in de juiste gereconstrueerde punten. Alle fibular snijden gezichten waren verbonden aan het kuitbeen in een bovenliggende instellen. Deze gezichten kleiner werden gemaakt en werden verenigd te maken van vaste stoffen. De fibula was afgetrokken van deze vaste stoffen en werd vervolgens de fibular snijden gidsen. De resterende oppervlakken van het gezicht bot werden ook verdikt; Dit werd de maxillaire snijden gidsen. De oppervlakkige zijkanten van de fibular segmenten zijn verenigd en geëxtraheerd om een fixatie gids. Ten slotte, de fibular snijden gids, de gids van de maxillaire snijden, en de gids fibular fixatie werden ontworpen in de Blender. Deze ontwerpen van de gidsen werden uitgevoerd in .stl formaat. Zij werd echt plastic objecten door 3D-afdrukken (cijfers 9a en 9b).
Model chirurgie werd uitgevoerd (cijfers 9 c-9f). Een maxillaire cutting guide en fibular snijden guide werden volledig gemonteerd op de gezichts bot en fibular bot modellen. De modellen met een zaag af te snijden en vaststelling van de resultaten met titanium platen en schroeven werden ook gedaan. Na de vastlegging, werd een 3-d-3-d-gereconstrueerd beeld bepaald door de 3D-scanner-24. De post model chirurgie .stl file en het ontwerp van CAD gereconstrueerd werden in termen van nauwkeurigheid van de gidsen en procedures met behulp van vergelijking software25vergeleken. De gegevens van de chirurgie van het model worden weergegeven in Figuur 10; de wederopbouw kan ongeveer binnen een afwijking van 2 mm worden uitgevoerd.
Figuur 1 : Besluiten op het gebied van de maxillaire resectie. (een) het origineel gezicht bot .stl bestand is geïmporteerd in de Blender. (b) de eerste knipvlak wordt ingevoegd in de buccale laesie. (c) de volgende knipvlak wordt geplaatst. (d) het knipvlak van de alveolaire ruimte is ook ingesteld. (e) het stekje vliegtuigen moeten eensgezind en omringen het gebied excisie volledig. (f) met behulp van een Booleaanse modifier, het maxillectomy-gebied wordt afgetrokken van het gezicht bot. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2 : Planning van de locatie van de fibular segmenten. (een) het fibular .stl bestand is geïmporteerd in de Blender. Het distale gedeelte van het kuitbeen is eerst in de alveolaire gebied geplaatst. (b) het snijden vlak is gekopieerd en gekoppeld aan het kuitbeen als ouder instellen. (c) volgens de voorkeur van de planning chirurg, de volgende knipvlak wordt geplaatst op het kuitbeen. Het fibular gebied dat is ingeklemd tussen deze twee vlakken wordt de eerste noodzakelijke fibular segment. (d) om de locatie van het volgende segment van de fibular, de gekopieerde kuitbeen wordt geplaatst. De volgende knipvlakken staan ook volgens het arrest van de chirurg. (e) tenslotte drie fibular blokken zijn ontworpen, zoals in dit voorbeeld. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3 : Het hoekpunt langs de rand sliding. (een) drie paren van de knipvlakken zijn gekoppeld aan het kuitbeen als ouder instellen. (b-d) Voor het verkrijgen van een passende gids-ontwerp, wordt het hoekpunt van het vlak verplaatst langs de rand in de bewerkingsmodus. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4 : Ontwerpen van het vak voor de voorbereiding om de gids van de fibular snijden. (een) deze knipvlak is gonna worden verkleind tot de grootte van een passende snijden gids. (b) de uiteindelijke grootte van het knipvlak is gemarkeerd. (c) het snijden vlak wordt bepaald door het glijden van het hoekpunt langs de rand, op dezelfde manier naar Figuur 3. (d) beide knipvlakken zijn verenigd door het toevoegen van het nieuwe vliegtuig in de object-modus. (e) tenslotte de vliegtuigen worden toegevoegd om te omringen het hele oppervlak in de bewerkingsmodus. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5 : Maken van de gids van de fibular snijden. (een) met behulp van de procedures die zijn afgebeeld in Figuur 4, drie vakken zijn ontworpen. (b) elke doos wordt gedeeld door de broche met behulp van het aftrekken van een Booleaanse modifier. (c) het tegenovergestelde oppervlak van elk vak is helemaal hetzelfde als het fibular oppervlak. (d) te maken van de pijlers, een kubus wordt geplaatst in de buurt van de afgetrokken lichamen. (e) A zijde van deze kubus is geëxtrudeerd. (f) door te herhalen deze diepte, de belangrijkste pijler is gemaakt. (g) door toevoeging van andere pijlers, bijlagen bij de afgetrokken lichamen zijn gemaakt. (h) de pijler en de afgetrokken lichamen zijn verenigd. (i en j) past deze snijden handleiding volledig op het oppervlak van het kuitbeen. Elke rand wordt het knipvlak, die het snijden zag begeleidt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6 : Ontwerpen van de maxillaire snijden gids. (een) de resterende oppervlakken van de maxilla en de zygoma zijn net naast het snijgebied bereid. (b) deze vliegtuigen zijn verdikt voor de bouw van de vaste stof te passen aan de buccale en maxillaire botten, met behulp van een solidifying modifier in de bewerkingsmodus. De rand van dit solide wordt het bot zag knipvlak. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7 : Nemend het vliegtuig overdracht. (een) elk fibular segment is gescheiden met behulp van het snijpunt van een Booleaanse modifier. (b) In dit geval alveolaire wederopbouw prioriteit wordt gegeven over de buccale bekendheid. (c) elk oppervlakkige gezicht wordt verzameld en Verenigd voor te bereiden voor de bouw van de fixatie gids. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8 : Ontwerpen van de gids van de fixatie van de fibular segmenten. (een) met behulp van een mes, de lijnen zijn ontworpen om de oppervlakkige oppervlak. (b) een klein venster wordt gemaakt door het verwijderen van de hoekpunten en vlakken. Dit venster wordt gebruikt voor de titanium plaat fixatie. (c) na het maken van meerdere vensters, het oppervlakkige oppervlak is verdikt met behulp van een solidifying modifier. (d en e) alleen de fixatie gids is gevisualiseerd. Aan beide uiteinden, worden de vleugels toegevoegd aan het oplossen van deze gids voor het resterende gezicht bot. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9 : Model chirurgie. (een) met behulp van een 3D-printer, de gezichts bot, fibular bot en chirurgische gidsen kan worden gerealiseerd. (b) het stekje gids is onderzocht om volledig aan het kuitbeen past. (c en d) zijn het fibular segmenten die werden gesneden met behulp van de gids snijden ingesteld op de fixatie gids. De gids van de fixatie kan volledig aanpassen aan de gesneden segmenten. (e en f) titanium platen en schroeven gebruikt, fibular segmenten worden overgedragen aan de maxilla. Na het verwijderen van de fixatie gids, zijn extra platen en schroeven toegevoegd voor een sterkere fixatie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 10 : Vergelijking van het model aan het plan. Het model na chirurgie is 3-D gescand en vergeleken met het virtuele plan. De schaal (millimeter) wordt de afstand van de afwijking van de virtuele plan. De overgedragen botten hebben meestal een geringe afwijking (groen), terwijl de metalen fixatie platen een hogere afwijking (rood hebben). De afwijking is echter grotendeels minder dan 2 mm. Dit beeld is anders dan het monster weergegeven in afbeelding 9. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
CAD/CAM wederopbouw wordt beschouwd als om bij te dragen tot de verwezenlijking van een nauwkeurige osteotomie lengte, breedte en hoek in snijden botten tijdens het gebruik van snijden gidsen4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19. De overgedragen regelingen van de botten worden ook beschouwd als nauwkeurig met behulp van een fixatie gids11. Omdat de volgorde, proces, knipvlak en regeling-plan reeds vóór de daadwerkelijke operatie besloten zijn, tijdbesparende is een ander voordeel2,12,13,14.
Naast deze theoretische voordelen is een kracht voor de CAD/CAM techniek bovendien dat vanwege de chirurgische gidsen, een chirurg in de zelfde plaats op dezelfde manier knippen kunt, dus het standaardiseren van de techniek. Als de hulplijnen erg nauwkeurig zijn, is het mogelijk dat elke chirurg nauwkeurige wederopbouw resultaten in plaats van met behulp van een vrije-hand-aanpak waar de resultaten zijn nogal afhankelijk van deskundigheid kan krijgen. Omdat deze CAD/CAM techniek zeer onlangs is ontstaan, zijn rapporten gelijkend op dit paar. Commerciële gidsen zijn beschikbaar in westerse landen; ontwerpmethoden zijn echter niet open voor het publiek. Als deze ontwerpmethode nieuw is, verwachten we te worden ontwikkeld, en wijd verspreid in de toekomst.
Deze in-house CAD/CAM-benadering aantoont niet altijd superioriteit. Een klinisch probleem is dat deze techniek nutteloos wordt wanneer de CT examen gegevens is niet gemaakt van dun en fijn segmenten of vlak voor de operatie wordt verkregen, en de chirurg bepaalt niet snel op het gebied van de resectie of plotseling verandert het gebied resectie tijdens operatief.
Een ontwerp maken probleem is dat, als de ontwerper niet over voldoende ervaring om te zien en te leren van de chirurgische ingreep beschikt, een passende chirurgische gids-ontwerp niet kan worden verkregen. Immers, in die situatie weet de ontwerper niet welke exacte ruimte de werkelijke chirurg maken zou om vrij zijn van de objecten in elke chirurgische situatie.
Als een kosten probleem is een 3D-printer noodzakelijk voor een beginner ontwerper om trial-and-error ontwerpen te materialiseren van de werkelijke gidsen te maken. Na steeds een goed ervaren webdesigner, is de materialisatie van het ontwerp niet langer onmisbaar. Gelukkig, computers en 3D-printers worden steeds goedkoper, waardoor we kunnen ontwerpen en vervaardigen van chirurgische gidsen zelfstandig zonder te vertrouwen op de diensten van dure bedrijven. Een nadeel is dat we niet nog 3-D afdrukken de metalen platen gebruikt voor de fixatie. Kunststof is het belangrijkste materiaal die we voor 3D-printen gebruiken kunnen. We moeten dus vooraf de metalen platen buig vóór de operatie. Als goedkope 3D-printers die overweg kunnen met metalen in gebruik in de toekomst verwacht, fixatie platen kunnen vervolgens ook worden ontworpen, en alle procedures zullen minder afhankelijk van de vrije-hand technieken.
Fused deposition modeling (FDM) is één van de meest gebruikte technologieën voor 3D-printen. 3-D objecten worden gebouwd door het extruderen van thermoplastische polymeren via een mondstuk. Wanneer de thermoplastische materialen koud krijgen, kunnen inwendige spanningen genereren vervormingen (kromtrekken)26. Acrylonitril butadieen styreen (ABS) en polylactic acid (PLA) zijn de overheersende kunststoffen die worden gebruikt voor thermoplastische filamenten. Petropolis et al. 7 zei dat, omdat ABS onderkaak modellen bijzonder gevoelig voor kromtrekken zijn, ABS kunststof minder ideaal voor chirurgische modellen in vergelijking met PLA. Zowel ABS als PLA kunststoffen zijn gas steriliseerbare en voldoende stijf is om te dienen als een sjabloon-27. Vergeleken met ABS, is PLA minder flexibel met een lagere smelttemperatuur. Dus, we gebruikten PLA en een lage-temperatuur plasma sterilisatie methode onder 45 ° C in een klinische situatie. Omdat de temperatuur van het glas van de PLA we gebruikten 60 ° C is, gebruikten we niet autoclaaf sterilisatie (ongeveer 121 ° C) of ethyleen gas oxide sterilisatie (ongeveer 60 ° C).
Kromtrekken, vervorming blijft een mogelijkheid. Eerdere verslagen gevalideerd echter de nauwkeurigheid van de modellen op het gebied van Aangezichtschirurgie28FDM-afgedrukt. Diverse artikelen gebruikt een vergelijkende studie van de droge menselijke onderkaak en FDM-gedrukte replica gescande CT-gegevens gebruiken. Deze studies toonden aan dat de consument-grade FDM-gedrukte modellen een aanvaardbaar nauwkeurigheid, vergelijkbaar met de resultaten van de industriële selectieve laser sinteren (SLS) printers27,29,30 hebben. Nizam et al. 1 voerde aan dat de kwaliteit van de CT-scan ook een van de belangrijkste determinanten van dimensionale fouten, naast de snelle prototype machine is.
Zelfs als de precieze gidsen vrijwel ontworpen zijn, passen de gedrukte gidsen soms niet de pre-operatieve chirurgische bot-modellen. Wij vonden er twee redenen voor.
1. de oppervlakkige bony vorm van het gebied waar de handleiding is ontworpen om te worden aangesloten is te plat (vooral maxilla) worden aangesloten. Als deze oppervlakken glad en niet ongelijk, de gids-oppervlak is gevoelig voor glad geworden en heeft een mogelijkheid van verkeerde montage aan de verkeerde bony gebied. Om te voorkomen dat deze situatie, moet het aangesloten gebied worden ontworpen breder en breder te vangen het exacte bony gebied. Tegelijkertijd, als het gekoppelde gebied groter wordt, de ondermijnd gebied wordt groter, wat resulteert in een breder litteken.
2. aan de andere kant, is de kunststof chirurgische gids ook moeilijk te passen als de vorm van dit oppervlak te ongelijk en ingewikkeld. Omdat een ruw oppervlak met veel kleine processen van de CAD/CAM-gidsen wrijving weerstand induceert wanneer aangesloten tot op het bot, overdreven adem en ingewikkelde gids oppervlakken zijn ook gevoelig voor mis passen naar de verkeerde plaats. Om te voorkomen dat dergelijke situaties, zijn trial-and-error afdrukken en model chirurgie voorafgaand aan de daadwerkelijke operatie nodig. Dientengevolge, wordt uitbesteding van het 3D-printen niet aanbevolen.
Ten slotte, zelfs als de gids was in staat om te passen in de model-operatie, wanneer het past niet in klinische situaties, het moet worden beschouwd als een soort naslagwerk. Dit is vergelijkbaar met wanneer commerciële gidsen niet passen. Definitieve beslissingen in echte chirurgie moeten worden gemaakt op basis van de erkenning van occlusie en faciale esthetiek door de chirurg, niet door de gids.
Hoewel de schijnbare kosten lijkt te worden goedkoper met behulp van de eigen CAD/CAM-aanpak dan commerciële benaderingen, is de werkelijke kosten, waaronder de chirurg van vrijwilligerswerk en de tijd voor ontwerpen en afdrukken, altijd onderschat of verwaarloosd. Echter, zelfs als commerciële gidsen goedkoper, deze in-house aanpak heeft nog steeds een uniek voordeel, namelijk dat chirurgen kunnen direct en gemakkelijk trial-and-error reconstructies in een virtuele simulatie uitvoeren en realiseren van de locatie-relatie tussen het gezicht bot en de fibular segmenten.
Het ontwerp van de gidsen is beperkt tot harde weefsel zoals het bot in dit verslag. Chirurgische gidsen kunnen echter worden ontworpen voor weke delen knippen en vaststelling zoals vet of spier weefsels. Gidsen worden beschouwd als die van toepassing zijn in de chirurgie met het oog op het uitvoeren van 3D-structurele wederopbouw met behulp van de zachte weefsels. Fixatie gidsen zal spoedig worden ontworpen voor borst reconstructies na ablatieve chirurgie van de kanker in een best-fit herinrichting van de overgedragen adipeus weefsel uit de buik naar de borst.
Kortom, met behulp van een in-house aanpak, kunnen CAD/CAM chirurgische gidsen worden ontworpen en gedrukt in een ziekenhuis. Naast het gebruik van een nauwkeurige reconstructie van CAD/CAM, kunnen deze technieken ook worden gebruikt door chirurgen die wonen buiten de regio's waar commerciële gidsen beschikbaar zijn. Deze techniek is een optie voor maxillaire reconstructies.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te verklaren.
Acknowledgments
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door JSPS KAKENHI Grant nummer 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/ |
References
- 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).
- Hanasono, M. M., Skoracki, R. J. Computer-assisted design and rapid prototype modeling in microvascular mandible reconstruction. The Laryngoscope. 123 (3), 597-604 (2013).
- 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).
- 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).
- Stirling, C. E., et al. Simulated surgery and cutting guides enhance spatial positioning in free fibular mandibular reconstruction. Microsurgery. 35 (1), 29-33 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Avraham, T., et al. Functional outcomes of virtually planned free fibula flap reconstruction of the mandible. Plastic and Reconstructive Surgery. 134 (628), 634- (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- InVesalius. , Available from: https://www.cti.gov.br/en/invesalius (2018).
- Blender. , Available from: https://www.blender.org/ (2018).
- Free3D. , Available from: https://free3d.com/3d-models/human (2018).
- MakerBot Replicator+. , Available from: https://www.makerbot.com/replicator/ (2018).
- Artec Eva Lite. , Available from: https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite (2018).
- The CloudCompare. , Available from: http://www.danielgm.net/cc/ (2018).
- Guerrero-de-Mier, A., Espinosa, M. M., Dominguez, M. Bricking: A new slicing method to reduce warping. Procedia Engineering. 132, 126-131 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
