Waiting
Login processing...

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

Medicine

Utforme CAD/CAM kirurgisk guider Maxillary gjenoppbygging bruker interne tilnærming

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

Metoder for å utforme en dataassistert design/datamaskinassistert produksjon (CAD/CAM) kirurgisk guide vises. Skjæringsplanene atskilt, united og tykkere for å enkelt visualisere nødvendig bein overføringen. Designene kan være tredimensjonale trykt og sjekket for nøyaktighet.

Abstract

Dataassistert design/computer-assistert produksjon (CAD/CAM) nå evalueres som en preparative teknikk for maxillofacial kirurgi. Denne teknikken er dyrt og tilgjengelig i bare begrensede områder av verden, utviklet vi en roman CAD/CAM kirurgisk guide bruke interne tilnærming. Ved hjelp av CAD-programvaren, bestemmes maxillary resection området og skjæringsplan og fibular skjæringsplan og vinkler. Når området reseksjon er bestemt, pakkes de nødvendige ansiktene bruker en boolsk modifikator. Disse overfladiske ansikter er samlet for å passe på overflaten av bein og fortykket å stabilisere faste stoffer. Ikke bare kutte guider for fibula og maxilla men også plassering ordningen av de overførte Ben segmentene defineres av jevning overfladisk ansikter. CAD design registreres som .stl filer og tredimensjonalt (3D) skrives ut som faktisk kirurgisk guider. For å sjekke nøyaktigheten av guider, utføres modell kirurgi med 3-D-trykt ansikts- og fibular modeller. Disse metodene kan brukes å hjelpe kirurger der kommersielle guider er ikke tilgjengelig.

Introduction

Bruk av CAD/CAM teknikker har nylig økt i dental og protese arbeid. Etter denne utviklingen av CAD/CAM, osteocutaneous klaff overføringer ved hjelp av CAD/CAM er nå brukt innen mandibular gjenoppbygging etter en oncologic bredt eksisjon ondsinnethet svulst1,2,3. Flere selskaper i vestlige land har begynt å levere og selge en CAD/CAM kutte guide for regionen mandible. En CAD/CAM rekonstruksjon av mandible anses å ha en fordel i forhold til nøyaktigheten4,5,6,7,8,9,10 ,11. En ulempe er imidlertid at denne teknikken er tilgjengelig i begrensede områder over hele verden og det er svært dyrt12. Dermed har CAD/CAM gjenoppbygging etter maxillary leksjonen ennå ikke blitt populære. Antall tilfeller av maxillary gjenoppbygging er lavere enn for mandible kommersielle guider er ikke vanlig.

Fordi kommersielle maxillary CAD/CAM guider ikke selges i Japan, har vi utviklet CAD/CAM kirurgisk guider med interne tilnærming. Klinisk effektiviteten av CAD/CAM guider allerede er rapportert13,14,15,16,17,18,19, men det er ingen rapport om hvordan du utformer dem. Formålet med rapporten finnes er å vise metoden for CAD/CAM-design med en rimelig in-house tilnærming.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne studien ble godkjent av forfatternes institusjonelle gjennomgang styret, og skriftlig samtykke former var ferdig alle pasienter.

1. forberedelse av materialer

  1. Bruk en PC, beregnet tomographic (CT) data av ansikts bein og fibula konvertering programvare InVesalius20og tredimensjonale (3D) CAD-programvare (f.eks, Blender21).
    Merk: Maksimal tykkelse på 1 mm skiver av CT-data er anbefalt for en nøyaktig design. Bruke pasientens CT-data faktisk kirurgisk simuleringen. For forskning, kan du bruke gratis menneskelig 3D data22.
  2. Bruke en 3D-skriver23, skruer, metallplater og en liten så, du ikke bare design, men også virkelige objekter og resultater.
    Merk: Denne studien er eksperimentelle. Metallplater, skruene, og små så kan brukes for modell kirurgi. I stedet for metallplater, kan plast-fiksering plater også skrives av 3D skriveren, sammen med kirurgisk guider.
  3. Overføre tenkelig dataene både ansikts bein og fibula 3D data (.stl-format) med InVesalius20.
    Merk: CT-data registreres i hovedsak i form av todimensjonal (2D) bilder. Dermed før 3D data, er det nødvendig å konvertere dataene til 3D data. Fri programvare er tilstrekkelig for dette formålet. Denne rapporten forklarer ikke hvordan du overfører data til en 3D-fil. instruksjonsvideoer og guider er tilgjengelig andre steder.
  4. Importer hver .stl filen til Blender21.
    Merk: CAD programvare vanligvis passer .stl stil 3D-format. Ved første, maxillary og fibular .stl skal filer åpnes i den bestemte CAD-programvaren ved å importere dem.

2. design

  1. Bestemme området bein fjerning og stivner bein feil
    1. Bestemme området til kreditert.
      Merk: I denne eksperimentelle simulering kirurgi, noen del av maxilla kan angis som et forbrukeravgift område. Gjenoppbygging etter totalt maxillectomy er vanskelig, vil bare en liten del av maxilla være et valg for nybegynnere. I en klinisk setting avgjør otorhinolaryngologists området i henhold til kreft region.
    2. Gjør et stort fly og plassere den på grensen av området for fjerning i objektet modus (tall 1a og 1b). Følge ved å plassere et andre plan (tall 1b-1 d) og fortsette å gjøre det før flyene omgir hele området for fjerning. Forene disse flyene i objekt-modus.
    3. Merk hjørnene av alle disse flyene og koble dem til hverandre ved å kanter og ansikter (figur 1e) i redigeringsmodus å omgi områdene for fjerning.
      Merk: Excision flyene burde være kopierte og opprettholdt fordi disse opprinnelige fly brukes og når styrket excision. Studien anbefales kopiere alle fly og solid på enhver anledning for å gjøre det mulig å bruke dem på nytt.
    4. Trekk resectable solid fra ansikts bein med en boolsk modifikator i redigeringsmodus. Dette resulterer i et barbert ansikts bein (figur 1f), som er den maxillary defekt modellen.
  2. Plassere et fibula bein
    1. Plass en fibula i maxillary defekt området (figur 2en). Plasser små terninger på to punkter (8 cm distale fra fibular hode og 5 cm proksimale fra den laterale malleolus) i fibula som markører (lilla små terninger er vist i figur 2).
      Merk: I kliniske situasjoner, en fibula kan brukes mellom 8 cm distale fra fibular hodet og 5 cm proksimale fra den laterale malleolus. Ved denne merkingen, kan vi lett forstå områder som kan brukes.
    2. Koble små terninger til fibula som forelder i objektet modus.
    3. Plasser små terninger som markører i flere poeng i maxillary lesjonen der gjenoppbygging er nødvendig. Med denne merkingen øker synligheten av nødvendig reproduksjon poeng.
    4. Passe fibula til foran marg alveolar benet i objektet modus, hvis fibula plasseres fra midtlinjen.
    5. Bruk forrige flyet av midtlinjen maxillary osteotomi som et første fibular osteotomi fly (figur 2b).
    6. Plass et nytt osteotomi-fly der det passer i objektet modus (figur 2c). Koble denne nye fly til fibula som forelder innstilling.
      Merk: Ved å angi overordnet til fibula, relative retningen mellom dette nye osteotomi flyet og fibula alltid opprettholdes selv om fibula flyttes til forskjellige steder. Området fibula som er omgitt av disse to skjæringsplan blir den første fibular blokken.
    7. Kopier fibula og to fly av osteotomi som forelder i objektet modus. Flytte dette kopierte fibula, som må første blokk området med to skjæringsplan på begge ender, det andre området der gjenoppbygging er nødvendig (figur 2e) til å planlegge andre fibula blokken.
    8. Plass andre skjæringsplanet ved å legge til et nytt fly i objekt-modus.
      Merk: Første og andre skjæringsplanet blir endene av andre fibula blokken. Hvis et tredje kvartal er nødvendig, lignende fremgangsmåter som er lagt til. Den aktuelle lengden på gapene mellom tilstøtende fibular blokkene bør opprettholdes.
      Merk: Gapet mellom første og andre blokken anses å være nøkkelen til å ha en komfortabel osteotomi. Hvis dette gapet er bred, osteotomi vil være enkelt på grunn av stort arbeidsområde, men vaskulær lengden er noe bortkastet. Derimot, hvis gapet er smal, osteotomi blir plagsom, men andre eller tredje blokken kan utformes ved å eliminere avfall av ubrukte benet.
  3. Utforme fibular kutte guider
    1. Visualiser bare fibula og skjæringsplan utforme fibula kutte guiden i objektet modus (Figur 3et).
    2. Gjøre hver skjæringsplanet mindre å okkupere bare halvparten av arealet av fibula kutte delen ved å skyve ytterpunkt langs kantene (tall 3b-3d) i redigeringsmodus.
      Merk: Siden passer for skjæring er den laterale aspekten av fibula. Fordi fôring fartøyene ligger i den mediale aspektet, er guiden ikke utformet i den mediale aspekten.
    3. Forene to fly av å bygge en solid i objektet modus (tall 4a-4e). Velg ytterpunktene av alle disse flyene og koble dem til hverandre ved å kanter og ansikter i redigeringsmodus å danne en rektangulær solid.
    4. Trekk fibula fra denne rektangulære solide ved hjelp av en boolsk modifikator (tall 5a-5 c).
      Merk: Overflaten av denne subtraksjon helt passer fibular laterale aspektet. Den samme fremgangsmåten gjentas i alle nødvendige fibular blokk.
    5. Forene hver trukket fra solid i objekt-modus.
    6. Sted en terningen nær trukket fra faste stoffer (figur 5d). Extrude ansikter å gjøre søyler (tall 5e-5 g). Forene disse pilarer til trukket fra faste stoffer. Dette er den fibular kutte guiden (tall 5 h-5j).
  4. Osteotomi kutte guide for maxilla
    Merk: for å klippe maxilla, det er ikke nødvendig å designe guiden for hver skjæring overflate, fordi bare begrensede områder kan rekonstrueres bruker fibula. Vanligvis er to kutte guider, som dekker de mediale alveolar og lateral zygomatic områdene, utviklet.
    1. Forberede maxillary og zygomatic flyene som ble opprinnelige gjenværende overflaten etter maxillary fjerning. En margin på 1 cm i bredde er tilstrekkelig (figur 6en).
    2. Extrude ansiktene forberedt i trinn 2.4.1 å tykne flyet og forsterke dem i redigeringsmodus bruker solidify modifikatoren (figur 6b).
    3. Slette fortykket solid over resection fly, som ble besluttet i trinn 2.1, på begge ender; Dette er hvordan maxillary kutte guider er utformet.
      Merk: Hvis montering overflaten er ujevn, et mindre passende område er tilstrekkelig. Hvis montering overflaten er tilbøyelig til å være flat, er et stort område nødvendig for å unngå noen forsinkelse av veiledningen.
  5. Fiksering guide for segmentene som fibular
    Merk: Fibular segmenter som skal overføres til maxilla anses å være nøyaktig i størrelse og lengde, men plasseringen av overføringen kan avvike fritt hvis fiksering guiden ikke brukes. Fibula og hver skjæringsplanet (som gjorde i trinn 2.2) brukes igjen i dette segmentet.
    1. Konstruere hver fibular blokk i boolsk modifikatoren ved å ta ut området skjæringspunktet mellom fibula og solid med skjæringsplan på begge ender (tall 7a og 7b) i redigeringsmodus.
    2. Pakk ut halvparten av overfladiske overflaten av hver fibular blokk.
    3. Forene alle overflatene i objektet modus (figur 7c).
    4. Slette små ansikter i redigeringsmodus ved hjelp av en kniv kuttet ( Figur 8en) for å sikre områder for å feste metallplater.
    5. Tykkere overflaten ved hjelp av en solidifying modifikator i redigeringsmodus (tall 8b-8e).
      Merk: Minimum 2-3 mm tykkelse er nødvendig for å stabilisere fiksering guiden og unngå fordreining. Hvis vingen er utformet på begge ender, vil det hjelpe guide til maxilla uten å bruke noen metallplater.

3. 3D utskrift for modell kirurgi og ekte guider

Merk: Det viktigste formålet med denne rapporten er å vise metoden å utforme kirurgisk guider; fremgangsmåten nedenfor er ikke nødvendig hvis 3D utskrift ikke er nødvendig.

  1. Eksportere design av guider i .stl format, som kan være 3D trykt.
  2. Skrive ut alle guider og bein.
    Merk: I utskrift, flåter anses å forstyrre glatt overflate utskrift og føre til ujevn overflate og dårlig tilpasning til benet, så flyet som må være glatt må peke oppover.
  3. Utføre modell operasjonen som følger:
    1. Lik faktiske kirurgi, passer maxillary kutte guide til ansikts bein modell først (figur 9en). Deretter klippet ansikts bein med skjæringsplanet med en SAG.
    2. Fest fibular kutte guiden fibular bein modellen og klippe den i stykker (figur 9b). Fest fibular blokkene fiksering guiden (tall 9 c og 9 d).
    3. Fastsette denne fiksering guide komplekse til maxillary feilen med skruer og plater (figur 9e). Etter festing fibular segmentene til maxilla i området der fiksering guiden ikke fester med skruer og plater, fjerne fiksering guiden. Dette fullfører gjenoppbygging (figur 9f).
  4. Skanne bildet 3-D-rekonstruert og ta det i .stl-format med en 3D-skanner24.
  5. Sammenligne filen etter modell kirurgi .stl og CAD rekonstruert design (Figur 10) bruker sammenligning programvare25.
    Merk: Ved å sammenligne den virtuelle rekonstruksjon designen og guidede rekonstruksjon modellen, faktiske nøyaktighet beregnes. Fordi CAD/CAM nøyaktighet er oppnådd i en 2,5 avvik i mandibular rekonstruksjon10, skal en lignende presisjon være nødvendig i denne metoden. Hvis den nødvendige nøyaktigheten ikke kan oppnås, kan du gjøre om virtuelle design.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ved hjelp av prosedyren som presenteres her, ble resection området bestemt først. Bruker CAD-programvare, ble resection området fullstendig omskrevet av ansikter. Dette området ble trukket fra ansikts bein av en boolsk operasjon. Fibula bildet ble plassert på feilen, og fibular kutte ansikter ble plassert i passende rekonstruert poeng. Alle fibular kutte ansikter var knyttet til fibula i et overordnet innstilling. Disse ansiktene ble gjort mindre og forent å faste stoffer. Fibula var trukket fra disse faste stoffer og deretter ble fibular kutte guider. Gjenværende overflater av ansikts bein ble også tykkere; Disse ble maxillary kutte guider. Overfladisk sidene av fibular segmentene er united og pakket ut for å bli en fiksering guide. Endelig ble fibular kutte guiden maxillary kutte guide og fibular fiksering guiden utformet i Blender. Disse designene av guider ble eksportert i .stl format. De ble virkelig plast objekter av 3D utskrift (tall 9a og 9b).

Modell operasjonen ble utført (tall 9 c-9f). En maxillary kutte guide og fibular kutte guide var helt utstyrt ansikts bein og fibular bein modeller. Kutte modeller med en SAG og reparerer resultatene med titanium-plater og skruer ble også gjort. Etter fiksering, ble en 3-D-rekonstruert bilde bestemt av 3D skanner24. Etter modell kirurgi .stl filen og CAD rekonstruert design ble sammenlignet når det gjelder nøyaktigheten av guider og prosedyrer som bruker sammenligning programvare25. Dataene fra modellen kirurgi er vist i Figur 10; gjenoppbygging kan utføres ca i et 2 mm avvik.

Figure 1
Figur 1 : Bestemme området maxillary resection. (en) opprinnelige facial ben .stl filen importeres til Blender. (b) første skjæringsplanet settes i zygomatic lesjonen. (c) neste skjæringsplanet er plassert. (d) skjæringsplanet av området alveolar settes også. (e) kutte fly må forenes og omgir excision området helt. (f) ved hjelp av en boolsk modifikator, trekkes området maxillectomy fra ansikts bein. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : Planlegging plasseringen av fibular segmentene. (en) fibular .stl fil importeres til Blender. For fibula er plassert i alveolar området først. (b) kutte flyet kopieres og knyttet til fibula som forelder innstilling. (c) etter preferanse for planlegging kirurgen, neste skjæringsplanet er plassert på fibula. Fibular området som er klemt mellom disse to fly blir første nødvendig fibular segmentet. (d) å bestemme plasseringen av neste fibular segmentet, den kopierte fibula er plassert. Neste skjæringsplanene er også plassert i henhold til dom av kirurgen. (e) til slutt tre fibular blokkene er utformet, som i dette eksemplet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Skyve toppunktet langs kanten. (en) tre par skjæringsplanene er knyttet til fibula som forelder innstilling. (b-d) For å få et riktig veiledning design, flyttes toppunktet i flyet langs kanten i redigeringsmodus. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Utforme boksen for forberedelse til å gjøre fibular kutte guide. (en) denne skjæringsplanet skal reduseres i størrelse til å bli en passende kutte guide størrelse. (b) den endelige størrelsen av skjæringsplanet er uthevet. (c) kutte flyet bestemmes ved å skyve toppunktet langs kanten på samme måte som Figur 3. (d) begge skjæringsplan er forent ved å legge til nye flyet i objekt-modus. (e) til slutt flyene legges til omgir hele overflaten i redigeringsmodus. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 : Gjør fibular kutte guiden. (en) bruke prosedyrer vist i Figur 4, tre bokser er laget. (b) hver deles av fibula bruker subtraksjon av en boolsk modifikator. (c) motsatt overflaten av hver boks er helt det samme som fibular. (d) å gjøre søyler, en kube er plassert nær trukket fra faste stoffer. (e) A overfor denne kuben er ekstrudert. (f) ved å gjenta denne Ekstruder, den viktigste søylen er laget. (g) ved å legge andre pilarene, vedlegg til trukket fra faste stoffer er laget. (h) pilaren og trukket fra faste stoffer er forent. (i og j) veiledningen kutte helt passer til overflaten av fibula. Kanten blir skjæringsplanet, som guider kutte så. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6 : Utforme maxillary kutte guiden. (en) de resterende flater maxilla zygoma tilberedes ved siden av klippeområdet. (b) disse flyene er tykkere for å konstruere solid som passer til zygomatic og maxillary bein, bruker en solidifying modifikator i redigeringsmodus. Kanten av dette solid blir bein så skjæringsplanet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7 : Ta ut overføring flyet. (et) hver fibular segmentet er separert ved hjelp av skjæringspunktet mellom en boolsk modifikator. (b) i dette tilfellet alveolar gjenoppbygging er gitt prioritet over zygomatic prominence. (c) enhver overfladisk ansikt samles og samlet for å forberede bygging av fiksering guide. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8 : Utforme fiksering veiledning av fibular segmentene. (en) bruker en kniv verktøyet, linjene er utformet til overfladiske overflaten. (b) en lite vindu er laget ved å slette toppunkt og ansikter. Dette vinduet brukes til Titan plate fiksering. (c) etter flere vinduer, overfladiske overflaten er tykk med en solidifying modifikator. (d og e) bare fiksering guiden er visualisert. I begge ender legges vingene for å fastsette denne guiden til gjenværende ansikts bein. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 9
Figur 9 : Modell kirurgi. (en) bruker en 3D skriver, ansikts bein, fibular bein og kirurgisk guider kan realiseres. (b) kutte guide undersøkes for å passe til fibula helt. (c og d) settes fibular segmentene som ble kuttet ved hjelp av kutting guide for fiksering. Fiksering guiden kan helt passer til kutt segmentene. (e og f) med titanium-plater og skruer, fibular segmenter overført til maxilla. Etter fjerner fiksering guiden, legges flere plater og skruer for en sterkere fiksering. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 10
Figur 10 : Sammenligner modellen til planen. Etter operasjonen modellen er 3-D skannet og forhold til virtuelle planen. Skalaen (millimeter) viser avviket avstand fra virtuelle plan. Overførte bein har stort sett en lav avvik (grønn), mens metall fiksering platene har en høyere avvik (rød). Avviket er imidlertid i stor grad under 2 mm. Dette bildet er forskjellig fra eksempelet vist i figur 9. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

CAD/CAM rekonstruksjon anses å bidra til oppnåelse av en nøyaktig osteotomi lengde, bredde og vinkel i kutte Ben mens kutte guider4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19. Overførte arrangementer av bein også anses å være nøyaktig med en fiksering guide11. Fordi rekkefølge, prosess, skjæringsplanet og arrangement plan er allerede bestemt på før selve operasjonen, tidsbesparende er en annen nytte2,12,13,14.

Videre, i tillegg til fordelene teoretisk styrke av CAD/CAM teknikken er at på grunn av kirurgiske guider, en kirurg kan kutte på samme sted på samme måte, dermed standardisere teknikken. Hvis støttelinjene er svært nøyaktig, er det mulig at hver kirurg kan få nøyaktig rekonstruksjon resultater snarere enn benytter en ledig hånd tilnærming der resultatene er ganske avhengige av ekspertise. Fordi denne CAD/CAM-teknikken har dukket opp ganske nylig, rapporter lik denne få. Kommersielle guider er tilgjengelig i vestlige land; men er design metoder ikke åpent for publikum. Denne utformingsmetoden er nytt, forventer vi at det å være utviklet og utbredelse i fremtiden.

Denne interne CAD/CAM-tilnærmingen vise ikke alltid overlegenhet. En klinisk problemet er at denne teknikken blir ubrukelig når CT eksamen dataene ikke er laget av tynt og fint skiver eller hentes bare før operasjonen, og kirurgen enten ikke bestemmer resection området raskt eller endrer plutselig resection området intra-operativt.

En design-gjør problemet er at hvis utformeren ikke har tilstrekkelig erfaring kan se og lese den kirurgiske prosedyren, ikke kan en riktig kirurgisk veiledning design hentes. Tross alt, i en slik situasjon vet designer ikke hva nøyaktig plass faktiske kirurgen ville gjøre for å være fri for objekter i alle kirurgiske situasjoner.

Som en kostnad problem er en 3D-skriver nødvendig for en nybegynner designer å lage prøving og feiling design å materialisere den faktiske guider. Etter å bli godt erfarne designer, er materialisering av design ikke lenger uunnværlig. Heldigvis, datamaskiner og 3D skrivere blir billigere, noe som betyr at vi kan designe og produsere kirurgisk guider uavhengig uten å måtte stole på tjenestene til dyre selskaper. En ulempe er at vi ikke kan ennå 3D skrive metallplater brukes for fiksering. Plast er det viktigste materialet kan vi bruke 3D utskrift. Derfor må vi pre bøye av metallplater før operasjonen. Som billig 3D skrivere som kan håndtere metaller er forventet å komme til bruk i fremtiden, fiksering plater kan også utformes deretter, og alle prosedyrer blir mindre avhengig av fri hånd teknikker.

Smeltet deponering modellering (FDM) er en av de mest brukte 3D utskrift teknologiene. 3D-objekter er bygd av ekstrudering termoplastisk polymer gjennom en dyse. Når termoplastisk materiale får kald, kan interne spenninger generere deformasjoner (fordreining)26. Akrylonitril butadien styren (ABS) og polylactic syre (PLA) er dominerende plast brukes for termoplastisk filamenter. Petropolis et al. 7 nevnt at fordi ABS mandible modellene er spesielt utsatt for fordreining, ABS plast er mindre ideelt for kirurgiske modeller sammenlignet med PLA. Både ABS og PLA plast er gass sterilisert og å tjene som en mal27. Sammenlignet med ABS, er PLA mindre fleksibel med en lavere Smeltetemperaturen. Derfor brukte vi PLA og en lav temperatur plasma steriliserings metode under 45 ° C i en klinisk situasjon. Glass temperaturen på PLA vi brukte er 60 ° C, fikk vi ikke bruke autoklav sterilisering (ca 121 ° C) eller etylenoksid etylen gass (ca 60 ° C).

Fordreining deformasjoner er fortsatt en mulighet. Men validert tidligere rapporter nøyaktigheten av FDM-trykt modeller innen maxillofacial kirurgi28. Flere artikler brukt en sammenlignende studie av tørr human kjeven og FDM-trykt kopi ved hjelp av skannede CT-data. Disse studiene viste at forbrukeren-grade FDM-trykt modeller har en akseptabel nøyaktighet, ligner på resultatene av industrielle selektiv laser sintring (SLS) skrivere27,29,30. Nizam et al. 1 hevdet at kvaliteten på CT-skanning er også en av de største determinantene av dimensjonale feil, sammen med rask prototype maskinen.

Selv om den nøyaktige guider er laget nesten, passer trykte guider noen ganger ikke pre-operative kirurgisk bein modellene. Vi vurderte det å være to grunner til dette.

1. overfladisk benete figur av området der guiden er utformet for å være knyttet er altfor flatt kobles (spesielt maxilla). Hvis disse overflatene er jevne og ikke ujevn, guide overflaten er utsatt arbeidsunderlaget og har mulighet for mis passer til feil benete området. For å unngå denne situasjonen, bør det tilknyttede området utformes bredere og bredere å fange det eksakte benete området. Samtidig, hvis det tilknyttede området blir større, undergravd området blir større, som resulterer i en bredere arret.

2. på den annen side, er i plast kirurgisk guide også vanskelig å passe hvis formen på denne overflaten er for ujevn og komplisert. Fordi en grov overflate med mange små prosesser av CAD/CAM guider induserer friksjonsmotstand knyttet til benet, omstendelig altfor og komplisert guide overflater er også utsatt for mis passer til feil sted. For å unngå slike situasjoner, er prøving og feiling utskrift og modell kirurgi før de faktiske kirurgi nødvendig. Som et resultat, anbefales outsourcing 3D utskrift ikke.

Til slutt, selv om guiden kunne passe i modellen kirurgi, når det ikke passer i kliniske situasjoner, bør det vurderes å være en slags referanseguide. Dette ligner når kommersielle guider ikke passer. Endelige beslutninger i ekte kirurgi bør gjøres basert på anerkjennelse av okklusjon og ansikts estetikk av kirurgen, ikke av guiden.

Selv om tilsynelatende prisen synes å være billigere ved hjelp av interne CAD/CAM tilnærming enn kommersielle tilnærminger, er reelt kostnaden, som inkluderer kirurgens frivillig arbeid og tid for design og skrive ut, alltid undervurdert eller neglisjert. Men selv om kommersielle guider blir billigere, har denne huset fortsatt en unik fordel, som er at kirurger kan direkte og enkelt utføre prøving og feiling rekonstruksjoner i en virtuell simulering og realisere plassering forholdet mellom ansikts bein og fibular segmentene.

Utformingen av guider er begrenset til vanskelig vev som bein i denne rapporten. Imidlertid kan kirurgisk guider være konstruert for bløtvev klippe og feste som fat eller muskel vev. Guider anses å være aktuelt i operasjoner for å utføre 3D strukturelle rekonstruksjon bruker myke vev. Fiksering guider vil snart være beregnet for bryst rekonstruksjoner etter ablative kirurgi i en regresjonslinje omforming av overførte fettvev fra magen brystet.

I konklusjonen, ved hjelp av interne tilnærming, kan CAD/CAM kirurgisk guider designet og trykt på et sykehus. I tillegg til en nøyaktig rekonstruksjon av CAD/CAM, kan disse teknikkene også brukes av kirurger som bor områder der kommersielle guider er tilgjengelige. Denne teknikken er et alternativ for maxillary rekonstruksjoner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å fortolle.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble delvis støttet av JSP 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/

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

Medisin problemet 138 Maxillo-ansikts kirurgi mikrokirurgi gratis klaff fibula maxillo-mandibular gjenoppbygging hode og nakke gjenoppbygging
Utforme CAD/CAM kirurgisk guider Maxillary gjenoppbygging bruker interne tilnærming
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