Waiting
Login processing...

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

Medicine

Designe CAD/CAM kirurgisk guider Maxillary Genopbygningsagentur ved hjælp af en In-house tilgang

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 til at designe en computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) kirurgisk vejledning er vist. Beskæringsplaner er adskilt, united og fortykket for at nemt visualisere den nødvendige knogle overførsel. Disse design kan være tre-dimensionelle trykt og kontrolleret for nøjagtighed.

Abstract

Computer-aided design/computer-assisteret fremstilling (CAD/CAM) vurderes nu som en forberedende teknik til maxillofacial kirurgi. Fordi denne teknik er dyre og fås i kun begrænsede områder i verden, udviklet vi en roman CAD/CAM kirurgisk guide ved hjælp af en in-house tilgang. Ved hjælp af CAD-software, bestemmes området maxillary resektion og beskæringsplaner og fibular beskæringsplaner og vinkler. Når området resektion er besluttet, er de nødvendige ansigter udvundet ved hjælp af en boolesk modifikator. Disse overfladiske ansigter er forenet til passer til overfladen af knoglerne og fortykket at stabilisere legemer. Ikke kun opskæring guider for fibula og maxilla men også arrangementet placering af de overførte knogle segmenter er defineret ved fortykkelse de overfladiske ansigter. CAD-design er registreret som .stl filer og tre dimensioner (3-D) udskrives som faktiske kirurgisk guider. For at kontrollere nøjagtigheden af guiderne, er model operation ved hjælp af udskrives 3 3-d facial og fibular modeller udført. Disse metoder kan bruges til at hjælpe kirurger hvor kommercielle hjælpelinjer er ikke tilgængelige.

Introduction

Anvendelsen af CAD/CAM teknik har for nylig øget i dental og protese arbejde. Efter denne udvikling af CAD/CAM, osteocutaneous klap overførsler via CAD/CAM anvendes nu i feltet af mandibular genopbygning efter en oncologic bred resektion af maligne tumorer1,2,3. Flere selskaber i de vestlige lande er begyndt at levere og sælge en CAD/CAM skære guide for regionen underkæben. En CAD/CAM rekonstruktion af mandiblen er anset for at have en fordel i form af nøjagtighed4,5,6,7,8,9,10 ,11. En ulempe er imidlertid, at denne teknik er tilgængelig i begrænsede områder over hele verden og det er meget dyrt12. Således har CAD/CAM genopbygning for maxillary læsioner ikke endnu blevet populær. Antallet af tilfælde af maxillary genopbygning er lavere end for mandiblen, og kommercielle guider er ikke almindelig.

Fordi kommercielle maxillary CAD/CAM guider ikke er solgt i Japan, har vi udviklet CAD/CAM kirurgisk hjælpelinjer ved hjælp af en in-house tilgang. Den kliniske effektivitet af CAD/CAM guider er allerede blevet rapporteret13,14,15,16,17,18,19, men der er ingen rapport om, hvordan at designe dem. Formålet med den foreliggende betænkning er at vise metoden CAD/CAM design ved hjælp af en billig in-house tilgang.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne undersøgelse blev godkendt af forfatternes institutionelle review board, og skriftlige samtykke former blev afsluttet af alle patienter.

1. forberedelse af materialer

  1. Bruge en personlig computer, beregnede tomografisk (CT) data af facial knogle og fibula, konvertering software såsom InVesalius20og tre-dimensionelle (3-D) CAD software (fx, Blender21).
    Bemærk: En maksimal tykkelse på 1 mm skiver af CT data anbefales for en nøjagtig design. For den faktiske kirurgisk simulation, bruge patientens CT data. Forskning, at bruge gratis menneskelige 3D-data22.
  2. Bruge en 3D-printer23, skruer, metalplader og en lille sav, til at kontrollere ikke blot designs, men også virkelige objekter og resultater.
    Bemærk: Den foreliggende undersøgelse er eksperimentel. Metal plader, skruer og en lille så kan bruges til model kirurgi. I stedet for metalplader, kan plastik-fiksering plader også udskrives ved 3D-printeren, sammen med de kirurgiske guider.
  3. Overføre de billeddiagnostiske data af både facial knogle og fibula i 3D-data (.stl format) ved hjælp af InVesalius20.
    Bemærk: CT data registreres hovedsagelig i form af todimensionale (2D) billeder. Før du bruger 3D-data, er det således nødvendigt at konvertere dataene til 3D-data. Fri software er tilstrækkelige til dette formål. Denne betænkning forklarer ikke hvordan man kan overføre data til en 3D-fil; instruktions videoer og vejledninger er tilgængelige andre steder.
  4. Importere hver .stl fil til Blender21.
    Bemærk: CAD software normalt accepterer .stl-stil 3D-format. Ved første, maxillary og fibular .stl bør filer åbnes i den specifikke CAD-software ved at importere dem.

2. design

  1. Beslutte, om et område med fjernelse af knogle og solidifying en knogle defekt
    1. Beslutte på området til at blive skåret ud.
      Bemærk: I denne eksperimentelle simulation kirurgi, nogen del af maxilla kan angives som en skåret område. Fordi genopbygningen efter samlede maxillectomy er vanskelig, bliver kun en lille del af maxilla et valg for begyndere. I en klinisk indstilling afgør otorhinolaryngologists område ifølge regionen kræft.
    2. Laver et stort fly og placere den på grænsen til området for fjernelse i ObjectMode (tal 1a og 1b). Følge dette ved at placere et andet fly (tal 1b-1 d) og fortsætte med at gøre indtil flyene omgiver hele området for fjernelse. Forene disse fly iObject mode.
    3. Vælg vertices i alle disse fly og forbinde dem til hinanden ved at gøre kanterne og ansigter (figur 1e) i redigeringstilstand til surround-områder for fjernelse.
      Bemærk: Excision fly skal kopieres og vedligeholdes fordi disse oprindelige fly er brugt og kasseret når solidifying excision. I den foreliggende undersøgelse anbefales kopiering hver plan og solid hver gang for at gøre det muligt at genbruge dem.
    4. Fratræk den resektable solid fra den facial knogle ved hjælp af en boolesk modifier i redigeringstilstand. Dette resulterer i en glatbarberet facial knogle (figur 1f), som er maxillary defekt modellen.
  2. Placere en fibula ben
    1. Placere en fibula i maxillary defekt området (figur 2en). Placere små tern på to punkter (8 cm distalt fra fibular hovedet og 5 cm proksimalt fra den laterale malleol) i fibula som markører (lilla små terninger er vist i figur 2).
      Bemærk: I kliniske situationer, en fibula kan bruges mellem 8 cm distalt fra fibular hovedet og 5 cm proksimalt fra den laterale malleol. Af denne mærkning, kan vi nemt forstå de områder, der kan bruges.
    2. Sammenkæde små tern med fibula som forælder indstilling iObject mode.
    3. Placere små terninger som markører i flere punkter i maxillary læsion hvor genopbygning er nødvendige. Med denne mærkning øges synligheden af de nødvendige reproduktion punkter.
    4. Passe fibula front margen af alveoleknoglen i ObjectMode, hvis fibula er placeret fra midterlinjen.
    5. Bruge den tidligere fly af midterlinjen maxillary osteotomi som en første fibular osteotomi fly (figur 2b).
    6. Placer et nyt osteotomi fly, eventuelt i ObjectMode (figur 2c). Link dette nye fly til fibula som forælder indstilling.
      Bemærk: Ved at indstille overordnet til fibula, den relative orientering mellem denne nye osteotomi og fibula er altid vedligeholdes selvom fibula er flyttet ind på forskellige steder. Området af fibula, der er omgivet af disse to beskæringsplaner bliver den første fibular blok.
    7. Kopiere fibula og to fly af osteotomi som forælder indstilling iObject mode. Flytte denne kopierede fibula, som har den første blok område med to beskæringsplaner i begge ender, til det andet område, hvor genopbygning er nødvendige (figur 2e) til at planlægge den anden fibula blok.
    8. Placer det anden beskæringsplanet ved at tilføje et nyt fly iObject mode.
      Bemærk: Det første og anden beskæringsplanet bliver enderne af den anden fibula blok. Hvis en tredje blok er nødvendigt, føjes lignende procedurer. I passende længde af forskellene mellem de tilstødende fibular blokke bør opretholdes.
      Bemærk: Forskellen mellem den første og anden blok er anses for at være nøglen til at have en behagelig osteotomi. Hvis denne forskel er bred, osteotomien bliver let på grund af den store arbejdsplads, men den vaskulære længde er lidt spildt. Derimod, hvis hullet er smalle, osteotomi bliver generende, men den anden eller tredje blok kan designes ved at eliminere spild af ubrugte knoglen.
  3. Designe fibular skæring guides
    1. Visualisere kun fibula og beskæringsplaner til at designe fibula skæring guiden i ObjectMode (figur 3en).
    2. Gøre hver beskæringsplanet mindre at besætte kun halvdelen af fibula skæring afdeling areal af glidende toppunkter langs kanterne (tal 3b-3d) i redigeringstilstand.
      Bemærk: Montering side af skæring guide er den laterale aspekt af fibula. Da de fodring fartøjer er placeret på den mediale aspekt, er guiden ikke designet i den mediale aspekt.
    3. Forene to fly af enderne til at opbygge en solid i ObjectMode (tal 4a-4e). Vælg toppunkterne af alle disse fly og forbinde dem til hinanden ved at gøre kanterne og ansigter i redigeringstilstand til at danne en rektangulær fast.
    4. Subtrahere fibula fra denne rektangulære solid ved hjælp af en boolesk modifier (tal 5a-5 c).
      Bemærk: Overfladen af denne subtraktion helt passer den fibular laterale aspekt. Samme procedure gentages i alle nødvendige fibular blok.
    5. Forene hver fratrukkede solid iObject mode.
    6. Placere en terning nær de fratrukkede legemer (fig. 5d). Presse ansigter for at gøre søjler (tal 5e-5 g). Forene disse søjler til de fratrukkede legemer. Dette er fibular skæring guiden (tal 5 h-5j).
  4. Osteotomi skæring guide for maxilla
    Bemærk: for at skære maxilla, det er ikke nødvendigt at designe guide for hver skærefladen, fordi kun begrænsede områder er rekonstrueres ved hjælp af fibula. Normalt, er to skæring vejledninger, som dækker de mediale alveolær og laterale zygomatic områder, designet.
    1. Forberede de maxillary og zygomatic fly der var den oprindelige resterende overflade efter maxillary fjernelse. En margin på 1 cm i bredde er tilstrækkelig (figur 6en).
    2. Presse ansigter forberedt i trin 2.4.1 tykkere flyet og størkne dem i redigeringstilstand ved hjælp af solidify modifier (fig. 6b).
    3. Slet den fortykkede solid over resektion fly, der blev besluttet i trin 2.1, i begge ender; Dette er, hvordan maxillary skæring guides er udformet.
      Bemærk: Hvis montering overflade er ujævne, en mindre montering området er tilstrækkelig. Hvis montering overflade er tilbøjelig til at være flad, er et stort område nødvendigt at undgå enhver forsinkelse af vejledningen.
  5. Fiksering guide for de fibular segmenter
    Bemærk: Fibular segmenter, der skal overføres til maxilla anses for at være præcis i størrelse og længde, men placeringen af overførslen kan afvige frit hvis fiksering guide ikke bruges. Fibula og hver beskæringsplanet (som gjorde taktfast 2.2) bruges igen i dette segment.
    1. Konstruere hver fibular blok i den booleske modifikator til fleksible søgeord ved at tage ud området skæringspunktet mellem fibula og solid med beskæringsplaner i begge ender (tal 7a og 7b) i redigeringstilstand.
    2. Uddrag halvdelen af overfladiske overfladen af hver fibular blok.
    3. Forene alle disse flader i ObjectMode (figur 7c).
    4. Slette små ansigter i redigeringstilstand ved at bruge en kniv skæres ( figur 8en) for at sikre rum til montering af metalplader.
    5. Tykkere overfladen ved hjælp af en solidifying modifier i redigeringstilstand (tal 8b-8e).
      Bemærk: Minimum 2-3 mm tykkelse er nødvendige for at stabilisere fiksering guide og undgå vridning. Hvis forskærmen er designet i begge ender, vil det hjælpe guide til maxilla uden at bruge nogen metalplader.

3. 3D-udskrivning for Model kirurgi og reel vejledninger

Bemærk: Det vigtigste formål med denne betænkning er at vise metode at designe kirurgisk guider; nedenstående fremgangsmåde er ikke nødvendig, hvis 3D-udskrivning ikke er nødvendig.

  1. Eksportere design af vejledninger i .stl format, som kan være 3-D udskrives.
  2. Udskriv alle guider og knogler.
    Bemærk: I udskrivning anses flåder at forstyrre glat overflade udskrivning og føre til et takkede overflade og dårlig pasform til knoglen, så flyet, der skal være glatte skal være peger opad.
  3. Udføre model kirurgi som følger:
    1. Svarende til de faktiske kirurgi, passer den maxillary, der er skære guide til den facial knogle model først (figur 9en). Derefter, skæres den facial ben sammen med beskæringsplanet med en sav.
    2. Vedhæfte fibular skæring guiden til modellens fibular knogle og skæres i stykker (fig. 9b). Vedhæfte de fibular blokke til fiksering guide (tal 9 c og 9 d).
    3. Løse denne fiksering guide komplekse til maxillary defekten ved hjælp af skruer og plader (figur 9e). Efter fastsættelse af fibular segmenter til maxilla i området hvor fiksering guide ikke lægger ved hjælp af skruer og plader, Fjern fiksering guide. Dette afslutter genopbygning (figur 9f).
  4. Scanne den rekonstruerede 3 3-d billede og optage det i .stl format ved hjælp af en 3D-scanner24.
  5. Undersøg filen efter model kirurgi .stl og CAD rekonstrueret design (figur 10) ved hjælp af sammenligning software25.
    Bemærk: Ved at sammenligne virtuel rekonstruktion design og guidede genopbygning model, faktiske nøjagtighed er beregnet. Fordi CAD/CAM nøjagtighed er fremstillet inden for en 2,5 mm afvigelse i mandibular genopbygning10, bør en lignende præcision pålægges i denne metode. Hvis den krævede nøjagtighed ikke kan opnås, redo den virtuelle design.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ved hjælp af den procedure, der præsenteres her, var området resektion afhænger først og fremmest. Ved hjælp af CAD-software, var området resektion helt afgrænset af ansigter. Dette område blev trukket fra den facial ben af en boolesk operation. Fibula billedet var placeret på defekten, og fibular skære ansigter var placeret i de passende rekonstruerede point. Alle fibular skære ansigter var forbundet med fibula i en overordnet indstilling. Disse ansigter var mindre og var sammen at gøre faste stoffer. Fibula blev fratrukket disse legemer og blev derefter fibular skæring guider. De resterende overflader af facial knogle var også fortykket; disse blev maxillary skæring guider. De overfladiske sider af de fibular segmenter er united og udtrukket til at blive en fiksering guide. Endelig blev fibular skæring guide, maxillary skæring guide og fibular fiksering guide designet i Blender. Disse mønstre af guiderne blev eksporteret i .stl format. De blev rigtig plast objekter af 3D-udskrivning (tal 9a og 9b).

Model operation blev udført (tal 9 c-9f). En maxillary skæring guide og fibular skæring guide var helt udstyret facial knogle og fibular knogle modeller. Skære modellerne med en sav og fastsættelse af resultaterne med titanium plader og skruer blev også gjort. Efter fiksering ud en rekonstrueret 3 3-d billede af 3D-scanner24. Efter model kirurgi .stl fil og CAD rekonstrueret design blev sammenlignet med hensyn til nøjagtigheden af vejledninger og procedurer ved hjælp af sammenligning software25. Data fra model kirurgi er vist i figur 10; genopbygningen kan udføres ca inden for en 2 mm afvigelse.

Figure 1
Figur 1 : Træffes beslutning om området i maxillary resektion. (en) oprindelige facial knogle .stl filen er importeret til Blender. (b) først beskæringsplanet er indsat i den zygomatic læsion. (c) næste beskæringsplanet er placeret. (d) beskæringsplanet alveolær område er også angivet. (e) opskæring fly skal være forenet og omgiver området excision helt. (f) ved hjælp af en boolesk modifier, området maxillectomy trækkes fra den facial knogle. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Planlægger placeringen af de fibular segmenter. (en) Den fibular .stl filen er importeret til Blender. Den distale del af fibula er placeret i området alveolær først. (b) opskæring flyet er kopieret og knyttet til fibula som forælder indstilling. (c) Ifølge præferencen af planlægning kirurgen, det næste beskæringsplanet er placeret på fibula. Den fibular område, der er klemt inde mellem disse to planer bliver det første nødvendige fibular segment. (d) for at bestemme placeringen af den næste fibular segment, den kopierede fibula er placeret. De næste beskæringsplaner er også placeret efter dom af kirurgen. (e) Endelig tre fibular blokke er designet, som i dette eksempel. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Glidende vertex langs kanten. (en) tre par af beskæringsplaner er knyttet til fibula som forælder indstilling. (b-d) For at opnå en passende guide design, flyttes toppunktet af flyet langs kanten i redigeringstilstand. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 : Designe kassen for forberedelse at gøre fibular skæring guide. (en) denne beskæringsplanet vil blive reduceret i størrelse til at blive en passende skæring guide størrelse. (b) den endelige størrelse af beskæringsplanet er fremhævet. (c) opskæring flyet bestemmes af glidende vertex langs kanten, ligeledes til figur 3. (d) begge beskæringsplaner er Forenede ved at tilføje den nye fly iObject mode. (e) Endelig flyene er føjet til surround hele overfladen i redigeringstilstand. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 : Making fibular skæring guide. (et) ved hjælp af de procedurer, der er vist i figur 4, tre kasser er designet. (b) hver boks deles af fibula ved hjælp af subtraktion af en boolesk modifikator. (c) modsat overflade af hver boks er helt den samme som den fibular overflade. (d) at gøre søjler, en terning er placeret nær de fratrukkede legemer. (e) A ansigt af denne kube er ekstruderet. (f) ved at gentage denne ekstrudering, den vigtigste søjle er lavet. (g) ved at tilføje andre søjler, vedhæftede filer til de fratrukkede legemer er lavet. (h) søjlen og de fratrukkede legemer er Forenede. (jeg og j) denne skæring guide helt passer til overfladen af fibula. Hver kant bliver beskæringsplanet, som guider skæring saven. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6 : Designe maxillary skæring guide. (en) de resterende overflader af maxilla og zygoma tilberedes kun støder op til opskæring område. (b) disse fly er fortykket for at konstruere solid til at passe til de zygomatic og maxillary knogler, ved hjælp af en solidifying modifier i redigeringstilstand. Kanten af denne massiv bliver knogle saw beskæringsplanet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 : At tegne overførsel flyet. (en) hver fibular segment er adskilt ved hjælp af skæringspunktet mellem en boolesk modifikator. (b) i dette tilfælde alveolær genopbygning er givet prioritet over den zygomatic betydning. (c) alle overfladiske ansigt er indsamlet og forenet for at forberede opførelsen af fiksering guide. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8 : Designe guiden fiksering af de fibular segmenter. (et) ved hjælp af en knivværktøjet, linjerne er designet til den overfladiske overfladen. (b) en lille vindue er lavet ved at slette knudepunkter og ansigter. Dette vindue bruges til titanium plade fiksation. (c) efter at flere vinduer, overfladiske overfladen er fortykket ved hjælp af en solidifying modifikator. (d og e) kun guiden fiksering er visualiseret. I begge ender, er vingerne tilføjet til at lave denne guide til de resterende facial knogle. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 9
Figur 9 : Model kirurgi. (et) ved hjælp af en 3D-printer, facial knogle, fibular knogle og kirurgisk guider kan realiseres. (b) opskæring guide er undersøgt for at passe til fibula helt. (c og d) angives de fibular segmenter, der blev skåret ved hjælp af guiden skæring til fiksering guide. Fiksering guide kan helt passer til de klippe segmenter. (e og f) ved hjælp af titanium plader og skruer, fibular segmenter bliver overført til maxilla. Efter at fjerne fiksering guide, tilføjes ekstra plader og skruer til en stærkere fiksation. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 10
Figur 10 : Sammenligne model til planen. Den post-kirurgi model er 3-D scannet og i forhold til den virtuelle plan. Skala (millimeter) viser den afvigelse afstand fra den virtuelle plan. De overførte knogler har for det meste en lav afvigelse (grøn), mens metal fiksering plader har en højere afvigelse (rød). Afvigelsen er imidlertid i vid udstrækning nedenstående 2 mm. Dette billede er forskellig fra den prøve, der er vist i figur 9. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

CAD/CAM genopbygning anses for at bidrage til virkeliggørelsen af en nøjagtig osteotomi længde, bredde og vinkel i skæring knogler mens du bruger skære guider4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19. Den overførte ordning af knoglerne er også anses for at være nøjagtig, ved hjælp af en fiksering guide11. Tidsbesparende, fordi ordre, proces, beskæringsplanet og arrangement plan er allerede vedtaget før den faktiske operation, er en anden fordel2,12,13,14.

Desuden, ud over disse teoretiske fordele, en styrke af CAD/CAM teknik er, at på grund af de kirurgiske guider, en kirurg kan skåret på samme sted på samme måde, således standardisere teknikken. Hvis hjælpelinjerne er meget præcis, er det muligt at hver kirurgen kan opnå nøjagtige genopbygningen resultater i stedet for at bruge en fri hånd tilgang, hvor resultaterne er snarere afhængig af ekspertise. Fordi denne CAD/CAM teknik er opstået for nylig, er rapporter lig indeværende få. Kommercielle guider er tilgængelige i de vestlige lande; designmetoder er imidlertid ikke åbne for offentligheden. Da dette design metode er ny, forventer vi, at blive udviklet og spredt bredt i fremtiden.

Denne in-house CAD/CAM tilgang viser ikke altid overlegenhed. Et klinisk problem er, at denne teknik bliver ubrugelige, når CT eksamen data er ikke lavet af tynde og fine skiver eller opnås lige før operationen, og kirurgen enten ikke beslutte på området resektion hurtigt eller pludselig ændrer området resektion intra-operativt.

En design-og problemet er, at hvis designeren ikke har tilstrækkelig erfaring til at se og lære den kirurgiske procedure, ikke kan opnås en passende kirurgisk guide design. Efter alt, i denne situation ved designeren ikke hvad nøjagtige plads den faktiske kirurg ville gøre for at være fri for objekter i enhver kirurgisk situation.

Som en omkostning problem er en 3D-printer nødvendige for en nybegynder designer til at oprette trial-and-error designs at materialisere de faktiske guider. Efter at blive et godt erfarne designer, er materialisering af design ikke længere nødvendig. Heldigvis, computere og 3D-printere bliver billigere, hvilket betyder vi kan designe og fremstille kirurgisk guider selvstændigt uden at skulle stole på dyre virksomheder-tjenester. En ulempe er, at vi ikke endnu 3-D udskrive metal plader anvendes til fiksering. Plast er det vigtigste materiale vi kan bruge til 3D-udskrivning. Således skal vi præ bøje metal plader før operationen. Som billige 3D-printere, der kan håndtere metaller forventes at træde i brug i fremtiden, fiksering plader kan også udformes derefter, og alle procedurer vil være mindre afhængig af fri hånd teknikker.

Sammenvoksede deposition modellering (FDM) er en af de mest anvendte 3-D printteknologier. 3D-objekter er bygget ved ekstrudering af termoplast polymerer gennem en dyse. Når de termoplastiske materialer får kolde, kan interne understreger generere deformationer (vridning)26. Acrylonitrilbutadienstyren (ABS) og polylactic syre (PLA) er de fremherskende plast anvendes til termoplastisk filamenter. Petropolis et al. 7 nævnte, fordi ABS mandiblen modeller er særligt tilbøjelige til vridning, ABS plast er mindre ideel til kirurgisk modeller sammenlignet med PLA. Både ABS og PLA plast er gas steriliserbar og tilstrækkeligt stive til at tjene som en skabelon27. Sammenlignet med ABS, er PLA mindre fleksibelt med en lavere smeltepunkt temperatur. Dermed, vi brugte PLA og en lav-temperatur plasma sterilisering metode under 45 ° C i en klinisk situation. Fordi PLA vi brugte glas temperatur er på 60 ° C, vi ikke bruge enten autoklave sterilisation (ca. 121 ° C) eller ethylen gas oxid sterilisation (ca. 60 ° C).

Vridning deformation er stadig en mulighed. Men tidligere rapporter valideret nøjagtigheden af FDM-trykt modeller inden for maxillofacial kirurgi28. Flere artikler anvendte en sammenlignende undersøgelse af tørre menneskelige underkæben og FDM-trykt replika ved hjælp af scannede CT data. Disse undersøgelser viste, at forbruger-grade FDM-trykt modeller har en acceptabel nøjagtighed, svarende til resultaterne af industrielle selektiv laser sintring (SLS) printere27,29,30. Jeppe et al. 1 fremførte, at kvaliteten af CT-scanning er også en af de vigtigste determinanter for dimensional fejl, sammen med den hurtige prototype maskine.

Selvom de præcise vejledninger er designet stort set, passer de trykte vejledninger tider ikke præoperativ kirurgisk knogle-modeller. Vi fandt at der er to grunde til dette.

1. det område, hvor guiden er designet til at blive fastgjort overfladiske knoklet form er for fladt til at blive hooked (især maxilla). Hvis disse overflader er glat og ikke ujævn, guide overflade er tilbøjelige til at blive glatte og har en mulighed for mis montering til den forkerte knoklede område. For at undgå denne situation, bør den vedlagte område udformes bredere og bredere til at fange den nøjagtige knoklede område. På samme tid, hvis det vedlagte område bliver større, undermineret området bliver større, hvilket resulterer i et bredere ar.

2. på den anden side, er den plastik kirurgisk vejledning også vanskeligt at passe, hvis formen på denne overflade er for ujævn og komplicerede. Fordi en ru overflade med mange små processer af CAD/CAM guider inducerer friktion modstand når knyttet til knoglen, alt for omstændeligt og kompliceret guide overflader er også tilbøjelige til at mis fit til det forkerte sted. For at undgå disse situationer, er trial-and-error udskrivning og model kirurgi forud for den faktiske operation nødvendig. Som et resultat, er outsourcing 3D-print ikke anbefalet.

Endelig, selvom vejledningen var i stand til at passe i model kirurgi, når det ikke passer i kliniske situationer, det bør betragtes som en slags referenceguide. Dette er magen til Hvornår kommercielle guider ikke passer. Endelige afgørelser i virkelige kirurgi bør gøres baseret på anerkendelse af okklusion og ansigts æstetik af kirurgen, ikke af guiden.

Selv om den tilsyneladende omkostningerne synes at billigere benytter metoden in-house CAD/CAM end kommercielle strategier, er de reelle omkostninger, som omfatter kirurgens frivilligt arbejde og tid til at designe og udskrive, altid undervurderet eller forsømt. Men selv om kommercielle guider bliver billigere, denne in-house tilgang stadig har en unik fordel, som er at kirurger kan direkte og nemt udføre trial-and-error rekonstruktioner i en virtuel simulation og indse placering forholdet mellem Den facial ben og de fibular segmenter.

Design af guider er begrænset til hårdt væv såsom knogle i denne betænkning. Kirurgisk guider kan dog udformes for blødt væv skæring og fastsættelse af som fedt eller muskelmasse væv. Guider anses for at være gældende i operationer med henblik på udførelse af 3D-strukturelle genopbygning ved hjælp af bløde væv. Fiksering vejledninger vil snart være konstrueret til bryst rekonstruktioner efter ablativ kirurgi i en Best-fit omformningen af den overførte fedtvæv fra maven til brystet.

Afslutningsvis, ved at bruge en in-house tilgang, kan CAD/CAM kirurgisk guider være designet og trykt på et hospital. Ud over at bruge en nøjagtig rekonstruktion af CAD/CAM, kan disse teknikker også bruges af kirurger, der bor uden for regioner, hvor kommercielle guider er tilgængelige. Denne teknik er en mulighed for maxillary rekonstruktioner.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at erklære.

Acknowledgments

Dette arbejde blev delvist støttet af JSP'ER 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

Medicin spørgsmål 138 -ansigtskirurgi kirurgi mikrokirurgi gratis flap fibula maxillo-mandibulær genopbygning hoved og hals genopbygning
Designe CAD/CAM kirurgisk guider Maxillary Genopbygningsagentur ved hjælp af en In-house tilgang
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