Summary
Méthodes pour concevoir un assistée par ordinateur design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) guide chirurgical sont indiqués. Plans sécants sont séparés, Unis et épaissis pour visualiser facilement le transfert de l’OS nécessaire. Ces dessins peuvent être en trois dimensions imprimées et vérifié.
Abstract
Des fabrication assistée par ordinateur/conception assistée par ordinateur (CAD/CAM) sont maintenant évaluée comme étant une technique préparative pour chirurgie maxillo-faciale. Parce que cette technique est coûteuse et disponible dans seulement des zones limitées du monde, nous avons développé un guide chirurgical CAD/CAM en utilisant une approche interne du roman. En utilisant le logiciel de CAO, la zone de résection maxillaire et plans sécants et les plans sécants fibulaire et les angles sont déterminés. Une fois que la zone de résection est décidée, les visages nécessaires sont extraites à l’aide d’un modificateur de Boolean. Ces visages superficielles sont Unis pour s’adapter à la surface des os et épaissi pour stabiliser les matières solides. Non seulement la coupe guides pour le péroné et le maxillaire supérieur mais aussi la disposition de l’emplacement des segments osseux transféré est définie en épaississant les faces superficielles. La conception CAO est enregistrée sous forme de fichiers .stl et en trois dimensions (3d) imprimé comme réels guides chirurgicaux. Pour vérifier l’exactitude des guides, chirurgie de modèle à l’aide de 3-D-imprimé du visage et fibulaires modèles est réalisée. Ces méthodes peuvent être utilisées pour aider les chirurgiens où les guides commerciaux ne sont pas disponibles.
Introduction
L’utilisation de techniques de CAD/CAM a récemment augmenté en dentaire et travaux de prothèse dentaire. Suite à cette évolution du CAD/CAM, ostéocutanés transferts de Rabat à l’aide de CAD/CAM sont maintenant utilisés dans le domaine de la reconstruction mandibulaire après une résection large oncologique des tumeurs malignes1,2,3. Plusieurs entreprises dans les pays occidentaux ont commencé à fournir et de vendre un guide de coupe de CAD/CAM pour la région de la mandibule. Une reconstruction de CAD/CAM de la mandibule est réputée posséder un avantage en termes de précision4,5,6,7,8,9,10 ,11. Cependant, un inconvénient est que cette technique est disponible dans des zones limitées dans le monde entier et c’est très cher12. Ainsi, reconstruction de CAD/CAM pour les lésions maxillaires n'est pas encore devenue populaire. Le nombre des cas de reconstruction maxillaire est inférieur à celle de la mandibule et guides commerciaux ne sont pas courants.
Parce que les guides de CAD/CAM maxillaires commerciales ne sont pas vendus au Japon, nous avons développé des guides chirurgicaux CAD/CAM en utilisant une approche interne. L’efficacité clinique des guides CAD/CAM a déjà été signalé13,14,15,16,17,18,19, mais il n’y a aucune rapport de la façon de les concevoir. Le but du présent rapport est de montrer la méthode de conception CAD/CAM en utilisant une approche interne de faible coût.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Cette étude a été approuvée par la Commission de révision institutionnelle de l’auteur, et les formulaires de consentement écrit ont été remplis par les patients.
1. préparation des matériaux
- Utiliser un ordinateur personnel, calculée tomographiques (CT) données d’osseuse du visage et du péroné, logiciel de conversion tel que InVesalius20et en trois dimensions (3d) logiciel de CAO (p. ex., Blender,21).
Remarque : Une épaisseur maximale de tranches de 1 mm de données CT est recommandée pour une conception précise. Pour la simulation chirurgicale réelle, utilisez les données du patient CT. Pour la recherche, utilisez les données 3D gratuit humaines22. - Utiliser une imprimante 3D23, vis, plaques métalliques et une petite scie, pour vérifier non seulement les dessins mais aussi des objets réels et les résultats.
Remarque : La présente étude est expérimentale. Plaques métalliques, vis et une petite scie peuvent être utilisés pour la chirurgie de modèle. Au lieu de plaques de métal, plastique-fixation plaques peuvent être aussi imprimées par l’imprimante 3D, ainsi que les guides chirurgicaux. - Transférer les données d’imagerie des os du visage et péroné en données 3D (format .stl) à l’aide de InVesalius20.
NOTE : Les données de CT sont essentiellement enregistrées sous la forme de deux dimensions (2d) photos. Ainsi, avant d’utiliser les données 3D, il est nécessaire de convertir les données en données 3D. Logiciel libre est suffisant à cette fin. Ce rapport n’explique pas comment faire pour transférer les données dans un fichier 3D ; guides et vidéos pédagogiques sont disponibles ailleurs. - Importez chaque fichier .stl dans Blender,21.
Remarque : Logiciel de CAO accepte généralement un format 3D .stl-style. Au premier, maxillaire et fibulaire .stl fichiers doivent être ouvert dans le logiciel de CAO spécifique en les important.
2. conception
- Décider sur la zone de l’enlèvement de l’os et solidifier un défect osseux
- Décider sur la zone d’être excisées.
Remarque : Dans cette chirurgie de simulation expérimentale, n’importe quelle partie du maxillaire peut être définie comme une zone excisée. Reconstruction après maxillotomie total étant difficile, seulement une petite partie du maxillaire sera un choix pour les débutants. Dans un contexte clinique, oto-rhino-laryngologie décidera la superficie selon la région cancéreuse. - Faire un gros avion et placez-le sur la frontière de la zone d’enlèvement en mode objet (Figures 1 a et 1 b). S’ensuit qu’en plaçant un deuxième avion (Figures 1 b-1D) et continuer à le faire jusqu'à ce que les avions entourent toute la zone pour l’enlèvement. S’unir ces plans en mode objet.
- Sélectionnez les sommets de tous ces avions et les connecter les uns aux autres en faisant des arêtes et faces (Figure 1e) en mode d’édition d’entourer les zones pour l’enlèvement.
NOTE : Les plans de l’excision doivent être copiés et maintenues car ces plans originaux sont utilisés et ignorées lors de la solidification de l’excision. Dans la présente étude, copie de chaque plan et solide sur chaque occasion est recommandée afin de pouvoir les réutiliser. - Soustraire le résécable solide de l’os du visage à l’aide d’un modificateur booléen dans le mode edit. Cela se traduit par un os du visage rasé (Figure 1f), qui est le modèle maxillaire défaut.
- Décider sur la zone d’être excisées.
- Placer un OS péroné
- Placez un péroné dans la zone de défaut maxillaire (Figure 2a). Placer les petits cubes à deux points (8 cm distal de la tête fibulaire et 5 cm en amont de la malléole externe) dans le péroné comme marqueurs (purple petits cubes sont indiquées à la Figure 2).
Remarque : Dans les situations cliniques, une fibule peut être utilisée entre distale de la tête fibulaire 8 cm et 5 cm en amont de la malléole. Par cette marque, nous pouvons facilement comprendre les zones qui peuvent être utilisés. - Petits cubes de lien vers le péroné en tant que parent réglage en mode objet.
- Placer les petits cubes comme marqueurs dans plusieurs points de la lésion maxillaire où la reconstruction est nécessaire. Ce marquage, la visibilité des points nécessaire reproduction est augmentée.
- Montez le péroné à la marge avant de l’os alvéolaire en mode objet, si le péroné est placé de la ligne médiane.
- Utilisez le plan précédent de l’ostéotomie maxillaire médiane comme un premier avion d’ostéotomie fibulaire (Figure 2b).
- Placer un nouvel avion d’ostéotomie éventuellement en mode objet (Figure 2c). Comme un parent en définissant un lien ce nouvel avion vers le péroné.
Remarque : En définissant le parent sur le péroné, l’orientation relative entre ce nouvel avion d’ostéotomie et le péroné est toujours maintenue même si le péroné est placé à différents endroits. La zone du péroné qui est entouré par ces deux plans sécants devient le premier bloc fibulaire. - Copiez le péroné et deux avions de l’ostéotomie en tant que parent réglage en mode objet. Déplacez ce copié du péroné, qui a la première zone de bloc avec deux plans de coupe sur les deux extrémités, à la deuxième zone, où la reconstruction est nécessaire (Figure 2e) pour planifier le deuxième bloc de péroné.
- Placer le deuxième plan de coupe en ajoutant un nouvel avion en mode objet.
Remarque : Le plan sécant premier et le deuxième deviendra les extrémités du deuxième bloc du péroné. Si un troisième bloc est nécessaire, des procédures similaires sont ajoutés. La longueur appropriée des écarts entre les blocs adjacents fibulaires devrait être maintenue.
NOTE : L’écart entre le premier et le deuxième bloc est réputé être la clé pour avoir une ostéotomie confortable. Si cet écart est large, l’ostéotomie sera facile en raison de l’espace de travail large, mais la longueur vasculaire est un peu perdue. En revanche, si l’espace est étroit, ostéotomie devient gênant, mais le deuxième ou troisième bloc peut être conçu en éliminant les déchets de l’OS utilisé.
- Placez un péroné dans la zone de défaut maxillaire (Figure 2a). Placer les petits cubes à deux points (8 cm distal de la tête fibulaire et 5 cm en amont de la malléole externe) dans le péroné comme marqueurs (purple petits cubes sont indiquées à la Figure 2).
- Conception des guides de coupe fibulaire
- Visualiser uniquement le péroné et plans de coupe pour la conception du guide de coupe péroné en mode objet (Figure 3a).
- Chaque plan de coupe que taille d’occuper seulement moitié de la superficie de la section de coupe péroné en faisant glisser les sommets le long des bords (Figures 3 b-3d) en mode d’édition.
Remarque : Le côté de montage du guide de coupe est la partie latérale du péroné. Parce que les vaisseaux alimentation sont situés à la face médiale, le guide ne vise pas à l’aspect médial. - Unir deux plans des extrémités pour construire un solide en mode objet (Figures 4 a-4e). Sélectionnez les sommets de tous ces avions et les connecter les uns aux autres en faisant des arêtes et faces en mode d’édition pour former un solide rectangulaire.
- Soustrayez le péroné de ce solide rectangulaire à l’aide d’un modificateur booléen (Figures 5 a-5C).
Remarque : La surface de cette soustraction s’intègre complètement la face latérale fibulaire. Les mêmes procédures sont répétées dans chaque bloc fibulaire nécessaire. - S’unir chaque solide soustraite en mode objet.
- Placez un cube près les solides soustraites (Figure 5d). Extruder les visages pour faire les piliers (Figures 5e-5 g). S’unir ces piliers aux solides soustraites. C’est le guide de coupe fibulaire (Figures 5 h-5j).
- Guide de coupe d’ostéotomie pour le maxillaire
Remarque : Pour couper le maxillaire supérieur, il n’est pas nécessaire de concevoir le guide pour chaque surface de coupe, parce que seulement des zones limitées doivent être reconstruits en utilisant le péroné. Habituellement, deux guides de coupe, qui couvrent les domaines de zygomatiques alvéolaires et latérales médiales, sont conçus.- Préparer les plans maxillaires et zygomatiques qui étaient la surface restante d’origine après l’ablation du maxillaire. Une marge de 1 cm de largeur est suffisante (Figure 6a).
- Extruder les visages préparées à l’étape 2.4.1 à épaissir l’avion et à les consolider dans le mode d’édition en utilisant le modificateur de solidifier (Figure 6b).
- Supprimer le solide épaissi sur les plans de la résection, qui ont été décidées à l’étape 2.1, aux deux extrémités ; C’est comment les guides de coupe maxillaire sont conçus.
Remarque : Si la surface est déchiquetée, une plus petite zone d’ajustage de précision est suffisante. Si la surface est susceptible d’être plat, un grand espace est nécessaire pour éviter tout glissement du guide.
- Guide de fixation pour les segments fibulaires
NOTE : Segments fibulaires qui doivent être transférés au maxillaire sont considérés comme exacts en taille et en longueur, mais l’emplacement du transfert peut varier librement si le guide de fixation n’est pas utilisé. Le péroné et chaque plan de coupe (comme le fait à l’étape 2.2) sont utilisés de nouveau dans ce segment.- Construire chaque bloc fibulaire dans le modificateur de Boolean en sortant de la zone d’intersection entre le péroné et le solide avec plans de coupe sur les deux extrémités (Figures 7 a et 7 b) en mode d’édition.
- Extrait de la moitié de la surface superficielle de chaque bloc fibulaire.
- Unir toutes ces surfaces en mode objet (Figure 7c).
- Supprimer les petits visages en mode d’édition à l’aide d’un couteau couper ( Figure 8a) pour garantir les espaces pour fixer les plaques de métal.
- Épaissir la surface à l’aide d’un modificateur de solidification dans le mode edit (Figures 8 b-8e).
NOTE : Un minimum de 2 à 3 mm d’épaisseur est nécessaire pour stabiliser le guide de fixation et éviter la déformation. Si l’aile est conçue aux deux extrémités, il aidera le guide au maxillaire sans utiliser des plaques de métal.
3. 3-d impression pour la chirurgie de modèle et de véritables Guides
Remarque : L’objectif principal de ce rapport est de montrer la méthode de conception de guides chirurgicaux ; la procédure décrite ci-dessous n’est pas nécessaire si l’impression 3D n’est pas nécessaire.
- Exporter les conceptions des guides au format .stl, qui peut être imprimé de 3D.
- Imprimer tous les guides et les os.
Remarque : Dans l’imprimerie, radeaux est considérés comme pour troubler les impression de surface lisse et conduire à un ajustement de surface et pauvre en escalier jusqu'à l’OS, donc le plan qui doit être lisse doit être dirigée vers le haut. -
Opérer le modèle comme suit :
- Chirurgie semblable au réel, fit le maxillaire guide pour le modèle os faciaux de coupe tout d’abord (Figure 9a). Ensuite, couper les os du visage ainsi que le plan de coupe avec une scie.
- Fixez le guide de coupe fibulaire au modèle OS fibulaires et coupez-la en morceaux (Figure 9b). Fixer les blocs fibulaires sur le guide de fixation (Figures 9 c et d 9).
- Difficulté ce guide de fixation complexe à la défectuosité maxillaire à l’aide des vis et des plaques (Figure 9e). Après avoir résolu les segments fibulaires au maxillaire dans la zone où le guide de fixation ne s’attache pas à l’aide des vis et des plaques, retirez le guide de fixation. Ceci termine la reconstruction (Figure 9f).
- Numérisez l’image 3-D-reconstruit et enregistrez-le au format .stl à l’aide d’un scanner 3D24.
- Comparez le fichier .stl modèle post chirurgie et la conception de CAO reconstruit (Figure 10) à l’aide de comparaison logiciel25.
Remarque : En comparant la conception de reconstruction virtuelle et le modèle de reconstruction guidée, exactitude réelle est calculée. Parce que la précision de CAD/CAM est obtenue dans un écart de 2,5 mm dans la reconstruction mandibulaire10, une précision similaire devrait être tenue dans cette méthode. Si la précision requise ne peut être obtenue, refaire la conception virtuelle.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
La zone de résection à l’aide de la procédure présentée ici, a tout d’abord déterminée. À l’aide de logiciels de CAO, la zone de résection a été complètement circonscrit par les visages. Ce domaine a été soustrait de l’os du visage par une opération booléenne. L’image du péroné, a été placé sur le défaut et coupe fibulaire visages ont été placés dans les conteneurs correspondants reconstituées. Coupe tout fibulaire visages étaient liés au péroné dans un parent en définissant. Ces visages étaient plus petites et étaient Unies pour rendre solides. Le péroné est soustrait de ces solides, puis est devenu les guides de coupe fibulaire. Les surfaces restantes de l’os du visage ont été également épaissis ; ceux-ci sont devenus des guides de coupe maxillaire. Côtés des segments fibulaires superficielles sont Unies et extraites de façon à devenir un guide de fixation. Enfin, le guide de coupe fibulaire, le guide de coupe maxillaire et le guide de fixation fibulaire ont été conçus dans un mélangeur. Ces conceptions des guides ont été exportées au format .stl. Ils sont devenus des objets réels en plastique par impression 3D (Figures 9 a et 9 b).
Modèle de chirurgie a été effectuée (Figures 9 c-9f). Un guide de coupe maxillaire et le guide de coupe fibulaire étaient complètement montés sur les os du visage et les modèles OS fibulaires. Les modèles de coupe avec une scie et les résultats de fixation avec des vis et des plaques de titane ont été également effectuées. Après la fixation, une image 3-D-reconstruit a été déterminée par le scanner 3D24. Le fichier .stl modèle post chirurgie et la conception CAO reconstruits ont été comparées en termes de précision, des guides et des procédures à l’aide de comparaison logiciel25. Les données de la chirurgie de modèle sont indiquées dans la Figure 10; la reconstruction peut être effectuée environ dans un écart de 2 mm.
Figure 1 : Se prononcer sur la zone de résection maxillaire. (a) l’original osseuse du visage .stl fichier est importé dans Blender. (b), le premier plan de coupe est inséré dans la lésion zygomatique. (c), le prochain plan de coupe est placé. (d) le plan de découpage de l’espace alvéolaire est également défini. avions (e) la coupe doivent être Unies et entourent la zone d’excision complètement. (f) à l’aide d’un modificateur de booléen, la zone maxillotomie est soustraite de l’os du visage. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Planification de l’emplacement des segments fibulaires. (a) le .stl fibulaire fichier est importé dans Blender. La partie distale du péroné est classée première dans la région alvéolaire. avion (b) la coupe est copiée et liée au péroné comme un parent en définissant. (c) selon la préférence du chirurgien planification, le prochain plan de coupe est placé sur le péroné. La zone fibulaire qui est pris en sandwich entre ces deux plans devient le premier segment fibulaire nécessaire. (d) pour déterminer l’emplacement du prochain segment fibulaire, péroné copié est placé. Les prochains plans sécants sont également placés selon le jugement du chirurgien. (e) Enfin, les trois blocs fibulaires visent, comme dans cet exemple. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Glissant le vertex le long du bord. (a) trois paires des plans de coupe sont liés au péroné comme un parent en définissant. (b-d) Pour obtenir un design guide approprié, le sommet de l’avion est déplacé le long du bord en mode d’édition. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Conception de la boîte de préparation faire le guide de coupe fibulaire. (a) ce plan de coupe va être réduit en taille pour devenir une taille de guide de coupe approprié. (b) la taille finale du plan sécant est mis en surbrillance. (c) la coupe plan est déterminée en faisant glisser le vertex le long du bord, similaire à la Figure 3. (d) les deux plans de coupe sont Unis par l’ajout du nouvel avion en mode objet. (e) Enfin, les avions sont ajoutées pour entourer toute la surface en mode d’édition. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Faire le guide de coupe fibulaire. (un) à l’aide de la procédure illustrée à la Figure 4, trois boîtes sont conçus. (b) chaque boîte est partagée par le péroné à l’aide de la soustraction d’un modificateur de Boolean. surface (c) le contraire de chaque boîte est complètement identique à la surface fibulaire. (d) faire des piliers, un cube est placé près les solides soustraites. (e), la face de ce cube est extrudée. (f) en répétant cette extrusion, le pilier principal est fait. (g) en ajoutant d’autres piliers, les solides soustraites des pièces jointes sont faites. (h) le pilier et les solides soustraites sont Unis. (i et j) ce guide de coupe s’intègre complètement à la surface du péroné. Chaque bord devient le plan sécant, qui guide la scie. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : Concevoir le guide de coupe maxillaire. (a) les autres surfaces du maxillaire et le zygoma sont préparés juste à côté de la zone de coupe. (b) ces avions sont épaissies pour construire du solide pour s’adapter à l’OS zygomatiques et maxillaires, à l’aide d’un modificateur de solidification en mode d’édition. Le bord de ce solide devient le plan de coupe scie à OS. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : Sortir de l’avion de transfert. (a) chaque segment fibulaire est séparé à l’aide de l’intersection d’un modificateur de Boolean. (b) dans ce cas, la reconstruction alvéolaire est prioritaire sur la proéminence zygomatique. (c) chaque face superficielle est recueilli et Uni pour se préparer à la construction du guide fixation. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 8 : Concevoir le guide de fixation des segments fibulaires. (un) à l’aide d’un outil de couteau, les lignes sont conçus pour la surface superficielle. (b), une petite fenêtre faite en supprimant les sommets et les visages. Cette fenêtre est utilisée pour la fixation de plaques de titane. (c) après avoir fait plusieurs fenêtres, la surface superficielle est épaissie à l’aide d’un modificateur de solidification. (d et e) seulement le guide de fixation est visualisé. Aux deux extrémités, les ailes sont ajoutées à la difficulté de ce guide pour l’OS restant du visage. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 9 : Modèle chirurgie. (un) à l’aide d’une imprimante 3D, les os du visage, OS fibulaires et guides chirurgicaux peut être réalisée. guide de (b) la coupe est examinée pour s’adapter à la fibule complètement. (c et d) les segments fibulaires qui ont été coupés à l’aide du guide de coupe sont sur le guide de fixation. Le guide de fixation peut s’adapter complètement aux coupe des segments. (e et f) à l’aide des plaques en titane et des vis, segments fibulaires sont transférés au maxillaire. Après avoir enlevé le guide de fixation, vis et des plaques supplémentaires sont ajoutés pour une fixation plus solide. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 10 : En comparant le modèle au plan. Le modèle post-opératoire est 3D analysés et comparés au plan virtuel. L’échelle (millimètre) indique la distance d’écart entre le plan virtuel. Les ossements transférés ont surtout un écart faible (vert), tandis que les plaques de fixation métallique ont un écart plus élevé (rouge). Cependant, l’écart est largement inférieure à 2 mm. Cette image est différente de l’exemple illustré à la Figure 9. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Reconstruction de CAD/CAM est censée contribuer à la réalisation d’une ostéotomie exacte longueur, largeur et angle dans les os de coupe tout en utilisant coupe guides4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19. Les arrangements transférés des os sont également considérés comme précis à l’aide d’une fixation guide11. Parce que l’ordre, processus, plan de coupe et plan d’arrangement sont déjà décidées avant l’opération réelle, gain de temps est un autre avantage2,12,13,14.
En outre, en plus de ces avantages théoriques, une force de la technique CAD/CAM est qu’à cause des guides chirurgicaux, n’importe quel chirurgien peut couper au même endroit de la même manière, donc normaliser la technique. Si les guides sont très précis, il est possible que chaque chirurgien peut obtenir des résultats précis de reconstruction plutôt que d’utiliser une approche de la main-libre où les résultats sont plutôt dépendantes sur l’expertise. Parce que cette technique CAD/CAM est apparu assez récemment, rapports similaires à celle-ci sont peu nombreux. Des guides commerciaux sont disponibles dans les pays occidentaux ; Cependant, les méthodes de conception ne sont pas ouverts au public. Comme cette méthode de conception nouvelle, nous attendons qu’il soit développé et répandu dans l’avenir.
Cette approche de CAD/CAM interne ne démontre pas toujours la supériorité. Un problème clinique, c’est que cette technique devienne inutile lorsque les données d’examen CT ne faites pas des tranches minces et fines ou on obtient juste avant la chirurgie et le chirurgien ne décide pas sur la zone de résection rapidement ou change brusquement de la zone de résection peropératoire.
Un problème de conception-fabrication, c’est que, si le concepteur n’a pas suffisamment d’expérience pour voir et apprendre l’intervention chirurgicale, une conception de guide chirurgical approprié ne peut être obtenue. Après tout, dans ce cas, le concepteur ne sait pas quelle place exacte le chirurgien réel rendrait afin d’être à l’abri des objets dans tous les cas chirurgicaux.
Comme un problème de coût, une imprimante 3D est nécessaire pour un concepteur de débutant créer des conceptions d’essais et d’erreurs pour matérialiser les guides réelles. Après être devenu un designer expérimenté, la matérialisation du dessin ou modèle n’est plus indispensable. Heureusement, ordinateurs et imprimantes 3D deviennent moins chers, ce qui signifie que nous pouvons concevoir et fabriquer les guides chirurgicaux indépendamment sans avoir à compter sur les services des entreprises coûteuses. Un inconvénient est que nous ne pouvons pas encore 3D imprimer les plaques métalliques utilisées pour la fixation. Le plastique est le matériau principal, que nous pouvons utiliser pour l’impression 3D. Ainsi, nous devons préalablement plier les plaques de métal avant la chirurgie. Comme des imprimantes 3D peu coûteux qui peuvent gérer des métaux sont censés entrer en usage à l’avenir, les plaques de fixation peuvent aussi être conçus puis et toutes les procédures seront moins dépendants des techniques à mains libres.
Fondue deposition modeling (FDM) est l’une des technologies d’impression 3D plus utilisés. Objets 3D sont fabriqués par extrusion des polymères thermoplastiques par une buse. Lorsque les matériaux thermoplastiques se refroidisse, contraintes internes peuvent générer des déformations (gauchissement)26. Acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et acide polylactique (PLA) sont prédominantes matières plastiques utilisées pour les filaments thermoplastiques. Petropolis et al. 7 a mentionné que, parce que les modèles de mandibule ABS sont particulièrement sujets à la déformation, en plastique ABS est moins idéales pour modèles chirurgicaux en comparaison avec PLA. Plastique ABS et de PLA est gaz stérilisable et suffisamment rigide pour servir un modèle27. Comparaison avec ABS, PLA est moins souple avec une température de fusion inférieure. Ainsi, nous avons utilisé PLA et une méthode de stérilisation de plasma à basse température en dessous de 45 ° C dans une situation clinique. Parce que la température du verre de l’APL, nous avons utilisé est de 60 ° C, nous n’avons pas utilisé soit de stérilisation à l’autoclave (environ 121 ° C) ou de stérilisation à l’oxyde d’éthylène gaz (environ 60 ° C).
Gauchissement de déformation reste une possibilité. Cependant, les rapports précédents validé l’exactitude des modèles imprimés FDM dans le domaine de la chirurgie maxillo-faciale,28. Plusieurs articles utilisé une étude comparative de la mandibule humaine sèche et réplique FDM-imprimés à l’aide de données numérisées de CT. Ces études ont montré que les modèles de consommation de qualité FDM-imprimés ont une précision acceptable, similaire aux résultats du laser sélectif industriel frittage (SLS) imprimantes27,29,30. Nizam al. 1 a fait valoir que la qualité de la tomodensitométrie est également l’un des principaux déterminants des erreurs dimensionnelles, aux côtés de la machine de prototypage rapide.
Même si les guides précis visent pratiquement, les guides imprimés parfois ne pas monter les modèles préopératoire chirurgie osseuse ; Nous avons considéré qu’il y ait deux raisons à cela.
1. la forme osseuse superficielle de la zone où le guide est conçu pour être fixé est trop plate pour être accro (surtout maxillaire). Si ces surfaces sont lisses et pas inégaux, la surface de guidage a tendance à devenir glissante et a une possibilité de raccord mal au mauvais endroit osseux. Pour éviter cette situation, la zone de jointe devrait être conçue plus large et plus large pour attraper la zone osseuse exacte. Dans le même temps, si la zone de jointe s’accroît, la zone minée s’accroît, ce qui aboutit à une cicatrice plus large.
2. d’autre part, le guide de chirurgie plastique est également difficile pour s’adapter si la forme de cette surface est trop inégale et compliquées. Parce qu’une surface rugueuse avec de nombreux petits processus des guides CAD/CAM induit la résistance de frottement lorsqu’il est attaché à l’OS, trop poussif et surfaces guide compliqué sont également sujettes au mal de s’adapter au mauvais endroit. Pour éviter ces situations, les essais et d’erreurs d’impression et de la chirurgie de modèle avant la chirurgie réelle sont nécessaires. En conséquence, l’impartition de l’impression 3D n’est pas recommandé.
Enfin, même si le guide a pu se glisser dans la chirurgie de modèle, lorsqu’il ne rentre pas dans des situations cliniques, elle doit être réputée être une sorte de guide de référence. Ceci est similaire à quand les guides commerciaux ne correspondent pas. Les décisions finales en véritable chirurgie il faudrait fondées sur la reconnaissance de l’esthétique de l’occlusion et du visage par le chirurgien, et non par le guide.
Bien que le coût apparent semble être moins cher à l’aide de l’approche interne de CAD/CAM que les approches commerciales, le coût, qui comprend le travail volontaire du chirurgien et le temps de conception et d’impression, réel est toujours sous-estimée ou négligé. Cependant, même si les guides commerciaux devient moins chers, cette approche interne a encore un avantage unique, qui est que les chirurgiens peuvent directement et facilement effectuer des reconstructions d’essais et d’erreurs dans une simulation virtuelle et se rendent compte de la relation de localisation entre l’os du visage et les segments fibulaires.
La conception de guides est limitée aux tissus durs comme les os dans le présent rapport. Cependant, les guides chirurgicaux peuvent être conçus pour les tissus mous de coupe et de fixation tels que les tissus de graisse ou muscle. Guides sont censées s’appliquer dans les cabinets afin d’effectuer 3-d reconstruction structurelle à l’aide de tissus mous. Guides de fixation seront bientôt conçus pour les reconstructions mammaires après chirurgie ablative dans un remaniement ajusté de la transféré le tissu adipeux de l’abdomen à la poitrine.
En conclusion, en utilisant une approche interne, guides chirurgicaux CAD/CAM peuvent être conçus et imprimés dans un hôpital. En plus d’utiliser la reconstruction précise de CAD/CAM, ces techniques permettent aussi de chirurgiens qui vivent en dehors des régions où il existe des guides commerciaux. Cette technique est une option pour les reconstructions maxillaires.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Les auteurs n’ont rien à déclarer.
Acknowledgments
Ce travail a été partiellement soutenu par JSPS KAKENHI Grant nombre 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).
