Summary
Hier schlagen wir eine praktische, praktikable und reproduzierbare Bewertungsleitlinie für die computergestützte Rekonstruktion des Unterkiefers vor, um eine Einheitliche zwischen den Studien zur postoperativen Genauigkeitsbewertung zu schaffen. Dieses Protokoll wird fortgesetzt und gibt eine frühere Veröffentlichung dieser Bewertungsrichtlinie an.
Abstract
Gültige Vergleiche postoperativer Genauigkeitsergebnisse bei der computergestützten Rekonstruktion des Unterkiefers sind aufgrund der Heterogenität der bildgebenden Modalitäten, der Klassifizierung von Unterkieferfehlern und der Bewertungsmethoden zwischen den Studien schwierig. Diese Richtlinie verwendet einen schrittweisen Ansatz, der den Prozess der Bildgebung, Klassifizierung von Unterkieferdefekten und Volumenbewertung dreidimensionaler (3D) Modelle leitet, nach dem eine legitimierte quantitative Genauigkeitsbewertungsmethode durchgeführt werden kann. zwischen der postoperativen klinischen Situation und dem präoperativen virtuellen Plan. Die Kondylen und die vertikalen und horizontalen Ecken des Unterkiefers werden als knöcherne Landmarken verwendet, um virtuelle Linien in der computergestützten Chirurgie (CAS) Software zu definieren. Zwischen diesen Linien werden die axialen, koronalen und beide sagittalen Unterkieferwinkel sowohl auf vor- als auch auf postoperative 3D-Modelle des (Neo)unterbaubaren und anschließend die Abweichungen berechnet. Durch die Überlagerung des postoperativen 3D-Modells auf das präoperativ virtuell geplante 3D-Modell, das an der XYZ-Achse befestigt ist, kann die Abweichung zwischen prä- und postoperativen, virtuell geplanten Zahnimplantatpositionen berechnet werden. Dieses Protokoll wird fortgesetzt und gibt eine frühere Veröffentlichung dieser Bewertungsrichtlinie an.
Introduction
Die computergestützte Chirurgie (CAS) in der rekonstruktiven Chirurgie umfasst vier aufeinanderfolgende Phasen: eine virtuelle Planungsphase, eine dreidimensionale (3D) Modellierungsphase, eine chirurgische Phase und eine postoperative Evaluierungsphase1. Die Planungsphase beginnt mit der Erlangung eines craniofazialen Computertomographie-Scans (CT) und eines Spender-Site CT- oder CT-Angiographie-Scans (CTA). Verschiedene Gewebetypen entsprechen einer Röntgendämpfung, die zu Scan-Voxeln mit einem spezifischen Grauwert führt, der nach Hounsfield-Einheiten (HU) (menschlicher Knochen [+1000 HU], Wasser [0 HU] und Luft [-1000 HU] reicht). Diese Bilder werden im DICOM-Dateiformat (Digital Imaging and Communications in Medicine) gespeichert. Durch Auswahl der Interessenbereiche (ROIs) in der Segmentierungssoftware können 3D-Modelle generiert werden2. Die beliebteste und praktikabelste Segmentierungstechnik ist die Schwelleneinstellung: Voxel über einem ausgewählten HU-Schwellenwert sind im ROI eingeschlossen. Diese Voxel werden anschließend in 3D-Modelle im Standard Tessellation Language (STL)-Dateiformat3umgewandelt und in DIE CAS-Software hochgeladen, um die Osteotomien zu planen und 3D-Geräte zu entwerfen4. Während der Modellierungsphase werden die entworfenen Geräte 3D gedruckt und sterilisiert, gefolgt von der chirurgischen Phase. Die abschließende Auswertungsphase besteht aus einem postoperativen CT-Scan des Schädels des Patienten, gefolgt von einer Genauigkeitsanalyse, die das postoperative Ergebnis mit dem präoperativen virtuellen Plan vergleicht.
Unsere kürzlich veröffentlichte systematische Überprüfung der Genauigkeit computergestützter Unterkieferrekonstruktionen zeigte Heterogenität bei der Bildaufnahme, Klassifizierung von Unterkieferdefekten und Bewertungsmethoden. Diese Heterogenität begrenzt gültige Vergleiche postoperativer Hartgewebegenauigkeitsergebnisse zwischen den Studien5. Die Standardisierung von CAS-Phasen im Prozess der Unterkieferrekonstruktion ist aufgrund der neuen Verordnung der Europäischen Union für Medizinprodukte (MDR), die die Conformité Européenne (CE)-Zertifizierung für alle cas-Prozesse verlangt und ab Frühjahr 2020 einsatzbereit sein wird, wichtig und ab Frühjahr 2020 einsatzbereit sein wird6. Hier stellen wir eine praktische, praktikable und reproduzierbare Bewertungsleitlinie für computerunterstützte Rekonstruktionen des Unterkiefers vor, um eine Einheitliche zwischen Denkgenauigkeitsstudien zu schaffen. Dieses Protokoll wird fortgesetzt und legt eine frühere Veröffentlichung dieser Bewertungsleitlinie7fest, die derzeit in einer großen multizentrischen Kohortenstudie getestet wird, in der alle verschiedenen Arten von Unterkieferrekonstruktionen auf ihre Genauigkeit analysiert werden, um tolerierbare Ergebnisbereiche in Bezug auf die Funktionalität zu ermitteln.
Protocol
Die Medical Ethics Review Committee of VU University Medical Center (registriert beim US Office for Human Research Protections [OHRP] als IRB00002991) bestätigte, dass der Medical Research Involving Human Subjects Act (WMO) nicht für diese Studie gilt. Die FWA-Nummer, die dem VU University Medical Center zugewiesen ist, ist FWA00017598.
HINWEIS: Überprüfen Sie alle Schritte in diesem Protokoll unabhängig von zwei verschiedenen Beobachtern.
1. Schädel- und Spenderstelle Bildgebung
- Führen Sie sowohl vor- als auch postoperativeScans mit einem Mehrfachdetektor CT (MDCT) mit den gleichen Maschinen- und Scannereinstellungen aus, wobei die Parameterscheibendicke (ST) <1,25 mm eingestellt ist. Führen Sie den postoperativen MDCT-Scan innerhalb von sechs Wochen nach der Rekonstruktion durch.
HINWEIS: Verwenden Sie im Falle einer adjuvanten Strahlentherapie den ersten postoperativen MDCT-Scan vor der Therapie.
2. Klassifizierung des Unterkieferdefekts
- Klassifizieren Sie den Unterkieferdefekt nach der Klassifikation von Brown et al.8.
3. Segmentierung der DICOM-Bilder des postoperativen CT-Scans
- Öffnen Sie die bildbasierte 3D-Medizinsoftware (z. B. Mimics inPrint 3.0). Klicken Sie auf Datei und Neu auf Datenträger, dann wird ein Ordnerfenster geöffnet. Wählen Sie den Ordner aus, der die zu importierenden DICOM-Bilder des postoperativen CT-Scans enthält (wählen Sie den gesamten Ordner aus), wählen Sie die richtige Studie in der Liste aus, und klicken Sie auf Konvertieren. Zur Beurteilung der Schädelausrichtung wird ein Fenster angezeigt.
- Ändern der Ausrichtung, indem Sie mit der linken Maustaste auf die Ausrichtungszeichen klicken. Klicken Sie auf OK, um die Überprüfung zu überprüfen.
- Führen Sie den 5-stufigen Segmentierungsworkflow aus.
- Um den ROI zu erstellen, klicken Sie auf das Schwellenwertwerkzeug. Erstellen Sie den ROI, indem Sie einen Schwellenwert definieren, der alle Voxel des Unterkieferknochens innerhalb eines bestimmten Intervalls von Grauwerten enthält, was proportional zur Dichte des knöchernen Gewebes ist. Optimieren Sie den Hounsfield-Bereich manuell, indem Sie die beiden Schieberegler nach links und rechts verschieben. Klicken Sie auf die grüne Schaltfläche, um die Segmentierung zu überprüfen.
HINWEIS: Das Schwellenwerkzeug ermöglicht es dem Benutzer, den Knochen innerhalb eines Dichtebereichs auszuwählen, der in Hounsfield-Einheiten ausgedrückt wird. Nach diesem Schritt wird ein neuer ROI auf der Registerkarte ROI angezeigt, und die Software springt zum zweiten Schritt des Workflows. - Um den ROI zu bearbeiten, wählen Sie das Werkzeug Isolieren aus. Klicken Sie auf den Unterkiefer im 3D-Ansichtsfenster, das automatisch vom Schädel isoliert wird und grün wird. Wählen Sie die Option Ergebnis in neuem ROI erstellen. Klicken Sie auf die grüne Schaltfläche, um die Isolierung zu überprüfen, und anschließend verschwinden alle nicht verbundenen Strukturen. Benennen Sie den ROI um ("Mandible Post-op").
HINWEIS: Optional verwenden Sie das Lasso-Tool, um Streuung zu entfernen, indem Sie den ROI direkt auf den Bildern oder im 3D-Ansichtsfenster bearbeiten. Wenn der CT-Scan von schlechter Qualität ist, können die Condylen mit dem Schädel verbunden werden. Klicken Sie in diesem Fall auf das Werkzeug Teilen, in dem der Benutzer aufgefordert wird, einen Vordergrund und einen Hintergrund zu definieren. Wählen Sie Vordergrund und wählen Sie den Unterkiefer gründlich die axialen oder koronalen Coupés. Wählen Sie Hintergrund und wählen Sie die Maxilla und Schädel gründlich die axialen oder koronaren Coupés. Der Bereich, der dem Vordergrund entspricht, wird im ROI beibehalten und der Bereich, der dem Hintergrund entspricht, wird gelöscht. Klicken Sie auf die grüne Schaltfläche, um sie zu überprüfen. - Wenn der ROI fertig ist und in ein 3D-Modell konvertiert werden kann, klicken Sie auf die Schaltfläche Teil hinzufügen auf der Workflow-Symbolleiste. Klicken Sie auf das Werkzeug Volumenkörper. Wählen Sie das Volumenkörperteil Mandible Post-op aus, und wählen Sie Aus in den Glättungsoptionen aus. Klicken Sie auf die grüne Schaltfläche, um sie zu überprüfen.
- Wenn die Teile erstellt werden, geht die Software automatisch zum vierten Schritt des Workflows: Teile bearbeiten. Bewerten Sie mit den Konturen der erstellten Teile, die auf den Bildern dargestellt sind, die Genauigkeit der Teile. Überspringen Sie das Werkzeug Glatt.
- Wählen Sie im letzten Schritt des Workflows (Drucken vorbereiten) das Mandible Post-op-Teil im Exportmenü aus, wählen Sie das Ausgabeverzeichnis aus, wählen Sie die Skala 1,00 aus und klicken Sie auf die grüne Schaltfläche, um sie zu überprüfen.
HINWEIS: Der Teil "Mandible Post-op" wird jetzt als exportiert. STL-Datei.
- Um den ROI zu erstellen, klicken Sie auf das Schwellenwertwerkzeug. Erstellen Sie den ROI, indem Sie einen Schwellenwert definieren, der alle Voxel des Unterkieferknochens innerhalb eines bestimmten Intervalls von Grauwerten enthält, was proportional zur Dichte des knöchernen Gewebes ist. Optimieren Sie den Hounsfield-Bereich manuell, indem Sie die beiden Schieberegler nach links und rechts verschieben. Klicken Sie auf die grüne Schaltfläche, um die Segmentierung zu überprüfen.
4. XYZ-Achsenausrichtung
HINWEIS: Das präoperative STL-Modell umfasst den Schädel, (Neo)unterweisen und die virtuell geplanten Zahnimplantate (falls geplant). Beachten Sie, dass die Auswertung einfacher mit getrennten STL-Dateien des Schädels und Schädels funktioniert, aber immer noch in fester Position zueinander. Wenn das präoperative STL-Modell des Schädels und des Unterkiefers zusammengeführt wird, verwenden Sie die 3D-Medizinsoftware (nach den oben beschriebenen Schritten), um den Unterkiefer vom Schädel zu trennen.
- Öffnen Sie die Evaluierungssoftware (Tabelle der Materialien). Ziehen Sie die präoperative STL-Datei (einschließlich virtueller Plan) in den pop-up-Bildschirm.
- Bestimmen Sie die Frankfurter Ebene, die Mittelsagittalebene und die Nasion zur gleichmäßigen Ausrichtung des präoperativen STL-Modells des Schädels auf der XYZ-Achse.
- Klicken Sie auf Konstrukt | Flugzeug | 3-Punkt-Ebene und erstellen Sie einen virtuellen Punkt, indem Sie Strg + links klicken Sie sowohl auf die interne akustische Foramina als auch auf den linken infraroten Rand (Frankfurter Ebene)9. Klicken Sie auf Erstellen und Schließen, nachdem Sie auf das STL-Modell zeigen.
- Klicken Sie auf Konstrukt | Linie | 2-Punkt-Linie und erstellen Sie einen virtuellen Punkt, indem Sie Strg + links klicken Sie auf die Nasion und die Basion (Midsagittal Ebene)10.
- Klicken Sie auf Konstrukt | Punkt | Zeigen Sie, und erstellen Sie einen virtuellen Punkt, indem Sie Strg + links auf die Nasion klicken.
- Klicken Sie auf Vorgänge | Hauptausrichtung | Plane-Line-Point. Kombinieren Sie den tatsächlichen Parameter "Plane 1" mit dem Nominalparameter "Plane Z", den tatsächlichen Parameter "Linie 1" mit dem Nominalparameter "Linie Y" und den tatsächlichen Parameter "Punkt 1" mit dem Nominalparameter "Globales Koordinatensystem".
HINWEIS: Die präoperativen STL-Modelle des Schädels und (neo)unterweisen sind nun an der XYZ-Achse befestigt (Abbildung 1).
5. Volumenbewertung der prä- und postoperativen STL-Modelle
HINWEIS: Untersuchen Sie prä- und postoperative STL-Modelle auf Volumenähnlichkeit, um Volumenungenauigkeiten zwischen den beiden Modellen so weit wie möglich auszuschließen, da sie Genauigkeitsmessungen beeinflussen können.
- Wählen Sie die STL-Datei nur des präoperativen (Neo)unter Ist-Elementeaus, in der alle "Meshes" angezeigt werden. Klicken Sie auf Vorgänge | CAD | Aktuelles Netz zu CAD. Wählen Sie Neue CAD-Daten im Pop-up-Menü aus, benennen Sie die Datei um (z. B. "Mandible Pre-op") und klicken Sie auf OK.
ANMERKUNG: Das präoperative STL-Modell ist jetzt unter Nominalelemente | CAD im linken Explorer-Menü. - Ziehen Sie das postoperative STL-Modell in die Software (erstellt in Abschnitt 3 des Protokolls). Benennen Sie die Datei um (z. B. "Mandible Post-op"). Wählen Sie die STL-Datei unter Aktuelle Elemente im linken Explorer-Menü aus, in dem alle "Netze" angezeigt werden. Klicken Sie auf Vorgänge | Ausrichtung | Einzelelement-Transformation | 3-Punkt-Ausrichtung.
- Kombinieren Sie im poped-up-Menü 3 "Nominalpunkte" auf dem "Mandible Pre-op" (z.B. condyle superior, horizontal und vertikal corner of the andible) mit 3 ähnlichen "Actual points" auf dem "Mandible Post-op" per Strg + Linksklick. Überprüfen mit Apply und Schließen.
HINWEIS: Die STL-Modelle werden auf der Grundlage dieser 3 Wahrzeichen grob übereinander überlagert. Dies beschleunigt die Berechnungen der Software in den nächsten Schritten. - Deaktivieren Sie den Mandible Pre-op und wählen Sie das Mandible Post-op im linken Explorer-Menü aus. Klicken Sie in der unteren Symbolleiste auf das Werkzeug Auswählen/Deaktivieren auf Oberfläche. Wählen Sie eine Oberfläche auf dem Rest unter dem Boden sowohl auf der Seiten- als auch auf der medialen Seite (nicht in Kontakt mit dem Osteosynthesematerial).
- Klicken Sie auf Vorgänge | Ausrichtung | Hauptausrichtung | Lokale Best Fit. Wählen Sie Alle CAD-Gruppen als Zielelement im Pop-up-Menü aus. Nehmen Sie einen maximalen Abstand von 10.000 mm. Validieren Sie mit Apply und Close.
ANMERKUNG: Der ausgewählte Teil des Restunterkiefers des "Mandible Post-op" wird genau auf dem ähnlichen Teil der "Mandible Pre-op" überlagert. Nun sind beide Modelle für die STL-Volumenbewertung bereit. - Klicken Sie in der unteren Symbolleiste auf das Werkzeug Auswählen/Deaktivieren auf Oberfläche. Wählen Sie eine Fläche nur auf der seitlichen Seite innerhalb der Oberfläche des vorherigen Schritts aus. Klicken Sie auf Inspektion | CAD-Vergleich | Oberflächenvergleich auf Ist. Verwenden Sie einen maximalen Abstand von 10,00 mm im Pop-up-Menü und überprüfen Sie mit OK.
- Deaktivieren Sie die Umschaltsichtbarkeit des Mandible Post-op. Verwenden Sie das Werkzeug Patch auswählen, klicken Sie mit der linken Maustaste auf die ausgewählte Fläche. Klicken Sie auf die Lupe auf der Symbolleiste oben. Eine runde Symbolleiste erscheint im Bildschirm. Klicken Sie auf Überprüfen | Abweichung sätzisches Mittel und der arithmetische Mittelwert in mm werden angezeigt (Abbildung 2).
- Im Falle eines arithmetischen Mittels <0,5 mm fahren Sie mit Abschnitt 6 dieses Protokolls fort. Bei einem arithmetischen Mittelwert >0,5 mm wiederholen Sie die postoperative CT-Scan-Segmentierung (DICOM-Datei) in der medizinischen 3D-Software, indem Sie die Schwellenwerte anpassen. Wiederholen Sie die Segmentierung und Überlagerung, bis ein arithmetischer Mittelwert <0,5 mm erreicht ist.
HINWEIS: Die beiden STL-Volumes sind nun für gültige Genauigkeitsvergleiche bereit.
6. Überlagerung der Kondylarprozesse
- Deaktivieren Sie den Mandible Pre-op und wählen Sie das Mandible Post-op im linken Explorer-Menü aus. Klicken Sie in der unteren Symbolleiste auf das Werkzeug Auswählen/Deaktivieren auf Oberfläche. Wählen Sie die ganzen Flächen beider Kondylen aus, indem Sie Ebenen (seitliche und mediale Seite) vom kaudalsten Punkt der Indikolore (mandibuläre Kerbe) senkrecht zum hinteren Rand der Grenze zwischen Condyle und vertikaler Ecke zeichnen.
- Klicken Sie auf Vorgänge | Ausrichtung | Hauptausrichtung | Lokale Best Fit. Wählen Sie Alle CAD-Gruppen als Zielelement im Pop-up-Menü aus. Nehmen Sie einen maximalen Abstand von 10.000 mm. Validieren Sie mit Apply und Close.
ANMERKUNG: Die ausgewählten Kondylen des "Mandible Post-op" werden genau auf Kondylen der "Mandible Pre-op"(Abbildung 3) überlagert.
7. Berechnung der koronalen, axialen und sagittalen Unterkieferwinkel
HINWEIS: Die Identifizierung von knöchernen Landmarks erfolgt separat auf den STL-Modellen "Mandible Pre-op" und "Mandible Post-op". Deaktivieren Sie das Mandible Post-op, während Sie knöcherne Sehenswürdigkeiten im "Mandible Pre-op" identifizieren, und umgekehrt.
- Wählen Sie die Mandible Pre-op im linken Explorer-Menü aus. Klicken Sie auf Konstrukt | Punkt | Surface Point zur Bestimmung virtueller Punkte auf dem condyle superior (CS), condyle posterior (CP), vertical corner (VC) und horizontal corner (HC) nach der Klassifikation von Brown et al.8.
- Wählen Sie den Mandible Post-op im linken Explorer-Menü aus. Klicken Sie auf Konstrukt | Punkt | Projektionspunkt zur Bestimmung virtueller Punkte auf CS, CP, VC und HC gemäß der Klassifikation von Brown et al.8.
HINWEIS: Bestimmen Sie bei Den Defekten der Brown-Klasse Ic, IIc oder IVc virtuelle Punkte auf dem überlegensten und hintersten Teil des vertikalen Segments des Knochentransplantats oder der Titan/Prothese. Wenn die Unterkieferresektion eine oder mehrere Ecken enthält, wählen Sie den unterlegensten Punkt der Osteotomieebene zwischen den beiden Segmenten des Knochentransplantats aus. Wenn die Unterkieferresektion nur die Hälfte einer horizontalen oder vertikalen Ecke umfasst (Restunterkiefer neben einem Segment von Knochentransplantat), bestimmen Sie einen virtuellen Punkt auf dem Segment des Knochentransplantats auf dem unterlegensten Teil der Osteotomieebene. Im Falle eines Unterkieferdefekts der Brown-Klasse I bestimmen Sie einen virtuellen Punkt auf dem vorderesten und untersten Teil des horizontalen Segments des Knochentransplantats und betrachten diesen virtuellen Punkt als horizontale Ecke. Bei (extra) Osteotomien außerhalb der anatomischen vertikalen oder horizontalen Ecke, bestimmen Sie die Osteotomie am nächsten zu diesen Ecken als vertikale oder horizontale Ecke. - Um eine Linie zwischen zwei virtuellen Punkten zu erstellen, klicken Sie auf Konstrukt | Linie | 2-Punkt-Linie. Wählen Sie im Pop-up-Menü 2 Punkte im Konstruktionselement aus, um sie mit einer Linie zu verbinden. Klicken Sie auf Erstellen und Schließenvon .
- Erstellen Sie eine Midsagittal-Ebene sowohl im Mandible Pre-op als auch im Mandible Post-op, indem Sie auf Konstrukt | Flugzeug | Flugzeug in Sichtanweisungen. Wählen Sie 2 Punkte auf der Z-Achse aus.
- Um einen Winkel zwischen zwei Linien oder zwischen einer Linie und einer Ebene zu erstellen, klicken Sie auf Konstrukt | Winkel | 2-Richtungen Winkel. Wählen Sie anschließend Zeile 1und Zeile/Ebene 2 im Pop-up-Menü aus. Klicken Sie auf Erstellen und Schließenvon .
- Schließen Sie alle Mandible Pre-op-Winkel an die Mandible Post-op-Winkel an, indem Sie im Explorer-Menü einen Mandible Pre-op-Winkel auswählen und dann auf Lupe klicken | Messprinzip | Link zu Actual Element. Wählen Sie den entsprechenden Mandible Post-op-Winkel aus, und klicken Sie auf OK.
- Mit diesem Wissen bestimmen Sie die rechten und linken koronalen Unterkieferwinkel zwischen den Linien von CS zu VC und der Midsagittallinie (ML).
- Bestimmen Sie die rechten und linken axialen Unterkieferwinkel zwischen den Linien von VC zu HC und ML.
- Bestimmen Sie die sagittalen Unterkieferwinkel zwischen den Linien von CP nach VC und den Linien von VC zu HC.
- Berechnen und melden Sie die Abweichungen in Grad (°) zwischen den postoperativen Winkeln und den virtuellen geplanten Winkeln.
8. Berechnung der XYZ-Abweichungen und -Abstand XYZ der virtuell geplanten Zahnimplantate
HINWEIS: Verwenden Sie den richtigen Durchmesser und die richtige Höhe des Zahnimplantats (einschließlich Derabdeckungsschraube) während der präoperativen Planung für einen korrekten Vergleich.
- Klicken Sie auf Konstrukt | Punkt | Zeigen sie einen virtuellen Punkt, indem Sie Strg + Linksklick in die Mitte und oben auf die Deckschrauben der Zahnimplantate in der Mandible Pre-op-Datei verwenden.
- Klicken Sie auf Konstrukt | Punkt | Surface Point und erstellen Sie einen virtuellen Punkt, indem Sie Strg + Linksklick in der Mitte und oben auf die Deckschrauben der Zahnimplantate in der Mandible Post-op-Datei.
- Rechte Maustaste klicken Sie auf das erste Zahnimplantat im Mandible Pre-op. Klicken Sie auf das Messprinzip | Link zu Actual Element. Wählen Sie das gleiche Zahnimplantat des Mandible Post-op. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle Zahnimplantate.
- Wählen Sie alle Punkte auf den Zahnimplantaten sowohl in der Mandible Pre-op und den Mandible Post-op-Dateien im linken Explorer-Menü aus. Klicken Sie auf die Lupe auf der Symbolleiste oben. Eine runde Symbolleiste erscheint im Bildschirm. Klicken Sie auf Überprüfen und wählen Sie dXYZ aus, um den Abstand XYZ in mm pro Zahnimplantat mit der Formel anzuzeigen:
Representative Results
Ein Unterkieferdefekt der James Brown Klasse III wurde in unserer Abteilung mit der fibulafreien Klappe als Spenderstelle rekonstruiert. Die direkte geführte Zahnimplantatplatzierung wurde mit Hilfe eines Fibel-Schneidführers durchgeführt, der auch Zahnimplantatführungen umfasste. Die Rekonstruktion wurde mit der vorgestellten Leitlinie bewertet. Die koronalen, axialen und sagittalen unterdibulären Winkelabweichungen (°) und sechs XYZ-Abstände (mm) wurden berechnet und gemeldet(Abbildung 4 und Abbildung 5).
Abbildung 1: Gleichmäßige Ausrichtung des präoperativen STL-Modells des Schädels auf der XYZ-Achse mit der auf die Z-Achse projizierten Frankfurter Ebene (rote Linie), der auf die Y-Achse projizierten Mittelsagittalebene (grüne Linie) und der auf die X-Achse projizierten Nasion (blaue Linie). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Ein Teil der rechten Seite des Unterkiefers (ohne Beteiligung von Osteosynthesematerial, das eine Streuung verursacht) des präoperativen, virtuell geplanten STL-Modells wird auf dem postoperativen STL-Modell überlagert. Anschließend wird die CAS-Software verwendet, um das arithmetische Mittel zu berechnen. Die 0,02 mm Abweichung zwischen beiden Volumen in diesem Beispiel liegt innerhalb der Norm (<0,5 mm), um zum nächsten Schritt der Bewertungsrichtlinie zu gelangen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Überlagerung des postoperativen STL-Modells (grau) auf das präoperative STL-Modell, überarbeitet auf den virtuellen Plan (blau). Für den iterativen Engpunktalgorithmus (rot) werden nur beide kondylaren Prozesse ausgewählt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Rekonstruktion eines Defekts der Brown-Klasse III unter Verwendung der fibelfreien Klappe als Spenderstelle. In diesem Beispiel werden sechs virtuell geplante Zahnimplantate während der Rekonstruktion mit einer 3D-Führung primär platziert. Die koronalen, axialen und sagittalen Winkel werden sowohl auf dem präoperativen, virtuell geplanten 3D-Modell als auch auf dem postoperativen 3D-Modell berechnet. Die Abweichungen zwischen den Winkeln in Grad (°) werden angezeigt. CS, condyle superior; CP, condyle posterior; VC, vertikale Ecke; HC, horizontale Ecke; ML, Midsagittal-Linie; FFF, fibula freie Klappe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Zahnimplantatabweichungen auf der X-, Y- und Z-Achse und den Abstand XYZ (dXYZ) der sechs geführten platzierten Zahnimplantate. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Discussion
Diese postoperative Bewertungsleitlinie zielt darauf ab, eine erhöhte Einheitlichkeit der Genauigkeitsanalyse computergestützter Unterkieferrekonstruktionen zu ermöglichen. Der Fokus liegt auf vier Komponenten, die den Erfolg der Unterkieferrekonstruktion bestimmen: (1) die Position beider Kondylen, (2) die Winkel der Osteotomieebenen, (3) die Größe, Position und Fixierung der Knochentransplantatsegmente und (4) die Position der geführten Zahntransplantation Implantate (wenn sofort durchgeführt und in die virtuelle Planung einbezogen).
Im ersten Schritt unseres vorgeschlagenen Protokolls empfehlen wir MDCT-Scans sowohl für die prä- als auch für die postoperative Bildgebung, da die Qualität von CT-Bildern die Volumengenauigkeit segmentierter STL-Modelle beeinflusst. Die größten Volumenabweichungen finden sich in STL-Modellen, die aus dem Kegelstrahl-Computingd Tomography (CBCT)-ScannerDICOM-Daten 11segmentiert sind. Diese Volumenabweichungen beeinflussen die Genauigkeit und den Einbau von 3D-gedruckten Vorlagen und Leitfäden und damit auch postoperative Genauigkeitsmessungen zwischen prä- und postoperativen STL-Modellen. Daher empfehlen wir die Verwendung von MDCT-Scannern sowohl in der prä- als auch in der postoperativen Bildgebung für die Unterkieferrekonstruktion mit CAS. Die Schnittdicke ist der einflussreichste Faktor bei der STL-Volumengenauigkeit und sollte <1,25 mm eingestellt werden. Eine höhere Scheibendicke führt zu Detailverlust in den STL-Modellen und wirkt sich auf Genauigkeitsmessungen12,13aus. Eine kürzlich veröffentlichte systematische Überprüfung der Genauigkeit bei der Unterkieferrekonstruktion mit CAS zeigte eine schlechte Beschreibung in der Material- und Methodenabteilung der CT-Scannerparameter, die von den Autoren verwendet werden5. Unserer Meinung nach sollten CAS-Studien immer die Art und die Parameter der prä- und postoperativen bildgebenden Modalitäten im Material- und Methodenbereich angeben. Um langfristige Veränderungen des Volumens, der Form und der Position der Segmente des Knochentransplantats zu vermeiden, sollte der postoperative MDCT-Scan innerhalb von sechs Wochen nach der Rekonstruktion14durchgeführt werden. Im Falle einer adjuvanten Strahlentherapie verwenden Sie den ersten postoperativen MDCT-Scan vor der Therapie, um strahlungsbedingte Pathologie im Unterkieferknochen zu vermeiden15.
Die Klassifizierung von Unterkieferdefekten ist erforderlich, um Rekonstruktionen mit ähnlicher Komplexität zu vergleichen. Im Jahr 2016 schlugen Brown et al.8 eine unterdubulare Fehlerklassifikation vor, die vier Klassen beschreibt, mit einem Zusammenhang zwischen der Klassennummer und der Komplexität der Rekonstruktion. Die Ausrichtung von prä- und postoperativen STL-Modellen in der CAS-Software zur Bewertung der Genauigkeit der Rekonstruktion bringt einige Schwierigkeiten mit sich. Das Überlagerungssoftwaretool verschiebt einen ausgewählten Teil eines STL-Modells (die Quelle) so, dass er am besten mit einem iterativen Näherpunktalgorithmus einem festen Teil eines STL-Modells (der Referenz) entspricht. Die Überlagerung des gesamten (Neo-)Unterbaus ist jedoch aufgrund der Streuung der Rekonstruktionsplatte(en) ungenau, was zu Verschiebungen der gesamten Rekonstruktion führt und nicht die postoperative klinische Position des Unterkiefersdarstellt 16. Das gleiche Problem wird eingeführt, während isolierte Teile der Rekonstruktion überlagert17. Die Überlagerung des Unterkiefers einschließlich der Oberkiefer und des Schädels ist ungenau, da die Mundöffnung während des prä- und postoperativen Scannens immer unterschiedlich ist. Daher haben wir uns entschlossen, zur Bewertung der postoperativen Position des (Neo)Unterkiefers) Unterkieferwinkel (Pionier von De Maesschalck et al.18) sowohl auf prä- als auch auf postoperative STL-Modelle getrennt zu erstellen, um die Überlagerungsprobleme zu umgehen. Um die Positionen des Zahnimplantats zu bewerten, mussten wir jedoch beide Modelle mit Hilfe des Superimposition-Software-Tools ausrichten. Um prä- und postoperative STL-Modelle mit dem engsten Ansatz der klinischen postoperativen intermaxillären Beziehung auszurichten, glauben wir, dass die Überlagerung nur beider kondylar-Prozesse die praktikabelste, standardisierte und reproduzierbare Methode ist. Obwohl die postoperative Position beider Condylen durch ungenaue neomandible Rekonstruktion beeinflusst werden kann, wird die intermaxilläre Beziehung zur Mittellinie aufnehmen und somit die Position beider Condylen um die Mittelsagittalebene19durchschnittlich. In unserem Protokoll wird nur das präoperative STL-Modell mit einem Ebenenlinien-Punkt-Tool in der CAS-Software schnell an der XYZ-Achse befestigt, was einen Maßstab darstellt, von dem aus die postoperativen Abweichungen der Zahnimplantate bestimmt werden können. Die feste Schädelposition auf der XYZ-Achse kann zu kleinen cephalometrischen Unterschieden zwischen den Fällen führen. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Zahnimplantatmessungen, da es keine Folgen für den Abstand XYZ in mm zwischen Zahnimplantatpositionen hat, wenn das postoperative 3D-Modell auf das feste präoperative 3D-Modell überlagert wird, wobei nur beide Kondylen für den iterativen Endpunktalgorithmus ausgewählt werden.
Wie oben beschrieben, leisteten De Maesschalck et al.18 Pionierarbeit bei einer Bewertungsmethode für die Hartgewebegenauigkeit der Unterkieferrekonstruktion mit CAS, um die Notwendigkeit der Bestimmung der Osteotomieebene zu umgehen und den Einsatz eines Überlagerungswerkzeugs zu umgehen. Der schwerwiegendste Nachteil dieser Methode besteht darin, dass sie die Methode zur Bestimmung der Mittelsagittalebene nicht angegeben hat, die standardisiert und reproduzierbar sein muss. Auch sind keine praktisch geplanten Zahnimplantate enthalten und es fehlt eine Unterscheidung zwischen der Komplexität der Unterkieferrekonstruktionen. Wir haben die Bewertung postoperativer Positionen von virtuell geplanten Zahnimplantaten in unser Protokoll aufgenommen, da die Zahl der Autoren, die geführte Zahnimplantate anwenden, in Zukunft wahrscheinlich zunehmen wird. Im Jahr 2016 schlugen Schepers et al.20 eine hervorragende postoperative Bewertungsmethode für virtuell geplante Zahnimplantate in der Unterkieferrekonstruktion mittels CAS vor, indem sie die Mittelpunktabweichung (mm) und die Winkelabweichung (°) pro Zahnimplantat missten. Die Hauptbeschränkung dieser Methode ist die Menge der Messungen pro Implantat, die die Machbarkeit verringert und zu einem Verlust des Überblicks über die Genauigkeit der gesamten Rekonstruktion führt. Wir schlagen eine vereinfachte Methode vor, indem wir eine Rekapitulationszahl pro Zahnimplantat bestimmen, indem wir den Abstand XYZ (dXYZ in mm) messen. Bei der zahnärztlichen Rehabilitation ist die Nackenposition des Zahnimplantats entscheidend für die zukünftige Prothetik. Daher empfiehlt unser Bewertungsprotokoll, virtuelle Punkte am Hals der Zahnimplantate in den prä- und postoperativen STL-Modellen zu erstellen. Um die Auswertung der Zahnimplantate möglich zu halten, haben wir uns entschieden, Winkelabweichungsmessungen zu überspringen, da Winkelabweichungen bis 15° mit abgewinkelten Implantatabutments korrigiert werden können.
Unsere vorgeschlagene Richtlinie gilt für alle Arten von Spenderstellen und ermöglicht unterschiedliche Knochentransplantat-Fixierungsmöglichkeiten. Auch die CT-Streuung von Metallfixierungsteilen in der postoperativen Bildgebung hat keinen Einfluss auf Messungen der Richtlinie5. In dieser Bewertungsleitlinie haben wir Mimics inPrint 3.0 und GOM Inspect Professional 2019 verwendet. Das Protokoll beschreibt jedoch Softwaretools, die in allen CAS-Softwarepaketen verfügbar sind. Diese Leitlinie soll zu einem viel standardisierteren und einheitlicheren Ansatz beitragen, um Die Beziehungen zwischen Genauigkeit und allen unterschiedlichen Ansätzen während der CAS-Phasen zu objektivieren. Es gibt reichlich Raum für weitere Fortschritte bei der Bestimmung akzeptabler Unterkieferwinkelabweichungen pro Brown-Klasse, ihrer Beziehung zu den postoperativen Positionen praktisch geplanter Zahnimplantate und akzeptablen Zahnimplantatabweichungen (dXYZ) für zukünftige Prothetik. Derzeit führt unsere Abteilung eine multizentrische Studie durch, um diese Richtlinie in einer großen Kohorte zu validieren, die auch alle oben genannten Variablen berücksichtigt.
Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Diese Forschung erhielt keine spezifischen Zuschüsse von Förderstellen in den Bereichen öffentliche, kommerzielle oder gemeinnützige Zwecke.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| GOM Inspect Professional 2019 | GOM | Evaluation software | |
| Mimics inPrint 3.0 | Materialise | Image-based 3D medical software |
References
- Rodby, K. A., et al. Advances in oncologic head and neck reconstruction: systematic review and future considerations of virtual surgical planning and computer aided design/computer aided modeling. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 67 (9), 1171-1185 (2014).
- Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).
- Marro, A., Bandukwala, T., Mak, W. Three-Dimensional Printing and Medical Imaging: A Review of the Methods and Applications. Current Problems in Diagnostic Radiology. 45 (1), 2-9 (2016).
- Mitsouras, D., et al. Medical 3D Printing for the Radiologist. Radiographics. 35 (7), 1965-1988 (2015).
- van Baar, G. J. C., Forouzanfar, T., Liberton, N., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A systematic review. Oral Oncology. 84, 52-60 (2018).
- European Union Medical Device Regulation. Regulation (EU) 2017/745 of the European Parliament and of the Council of 5 April 2017 on medical devices, amending Directive 2001/83/EC, Regulation (EC) No 178/2002 and Regulation (EC) No 1223/2009 and repealing Council Directives 90/385/EEC and 93/42/EEC. Official Journal of the European Union. 60 (117), (2017).
- van Baar, G. J. C., Liberton, N., Forouzanfar, T., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A postoperative evaluation guideline. Oral Oncology. 88, 1-8 (2019).
- Brown, J. S., Barry, C., Ho, M., Shaw, R. A new classification for mandibular defects after oncological resection. Lancet Oncology. 17 (1), e23-e30 (2016).
- Pittayapat, P., et al. Three-dimensional Frankfort horizontal plane for 3D cephalometry: a comparative assessment of conventional versus novel landmarks and horizontal planes. European Journal of Orthodontics. 40 (3), 239-248 (2018).
- Green, M. N., Bloom, J. M., Kulbersh, R. A simple and accurate craniofacial midsagittal plane definition. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 152 (3), 355-363 (2017).
- van Eijnatten, M. B. F., de Graaf, P., Koivisto, J., Forouzanfar, T., Wolff, J. Influence of ct parameters on stl model accuracy. Rapid Prototyping Journal. 24 (4), 679-685 (2017).
- Whyms, B. J., et al. The effect of computed tomographic scanner parameters and 3-dimensional volume rendering techniques on the accuracy of linear, angular, and volumetric measurements of the mandible. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 115 (5), 682-691 (2013).
- Taft, R. M., Kondor, S., Grant, G. T. Accuracy of rapid prototype models for head and neck reconstruction. Journal of Prosthetic Dentistry. 106 (6), 399-408 (2011).
- Disa, J. J., Winters, R. M., Hidalgo, D. A. Long-term evaluation of bone mass in free fibula flap mandible reconstruction. The American Journal of Surgery. 174 (5), 503-506 (1997).
- Jereczek-Fossa, B. A., Orecchia, R. Radiotherapy-induced mandibular bone complications. Cancer Treatments Reviews. 28 (1), 65-74 (2002).
- Tarsitano, A., et al. Accuracy of CAD/CAM mandibular reconstruction: A three-dimensional, fully virtual outcome evaluation method. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 46 (7), 1121-1125 (2018).
- 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).
- De Maesschalck, T., Courvoisier, D. S., Scolozzi, P. Computer-assisted versus traditional freehand technique in fibular free flap mandibular reconstruction: a morphological comparative study. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 274 (1), 517-526 (2017).
- Hidalgo, D. A., Pusic, A. L. Free-flap mandibular reconstruction: a 10-year follow-up study. Plastic and Reconstructive Surgery. 110 (2), 438-451 (2002).
- Schepers, R. H., et al. Accuracy of secondary maxillofacial reconstruction with prefabricated fibula grafts using 3D planning and guided reconstruction. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 44 (4), 392-399 (2016).
