Summary
Hier stellen we een praktische, haalbare en reproduceerbare evaluatierichtlijn voor computerondersteunde reconstructie van de onderkaak voor om uniformiteit te creëren tussen studies met betrekking tot postoperatieve nauwkeurigheidsevaluatie. Dit protocol gaat verder en specificeert een eerdere publicatie van deze evaluatierichtlijn.
Abstract
Geldige vergelijkingen van postoperatieve nauwkeurigheid resulteert in computerondersteunde reconstructie van de onderkaak zijn moeilijk als gevolg van heterogeniteit in beeldvormingsmodaliteiten, gedenkstoornissen en evaluatiemethoden tussen studies. Deze richtlijn maakt gebruik van een stapsgewijze aanpak die het proces van beeldvorming, classificatie van manibulaire defecten en volumebeoordeling van driedimensionale (3D)-modellen begeleidt, waarna een gelegitimeerde kwantitatieve nauwkeurigheidsevaluatiemethode kan worden uitgevoerd tussen de postoperatieve klinische situatie en het preoperatieve virtuele plan. De condyles en de verticale en horizontale hoeken van de onderkaak worden gebruikt als benige oriëntatiepunten om virtuele lijnen te definiëren in de computer-ondersteunde chirurgie (CAS) software. Tussen deze lijnen worden de axiale, coronale en beide sagittale mandibulaire hoeken berekend op zowel pre- als postoperatieve 3D-modellen van de (neo)onderkaak en vervolgens worden de afwijkingen berekend. Door het postoperatieve 3D-model op het preoperatieve vrijwel geplande 3D-model te plaatsen, dat is bevestigd aan de XYZ-as, kan de afwijking tussen pre- en postoperatieve vrijwel geplande tandheelkundige implantaatposities worden berekend. Dit protocol gaat verder en specificeert een eerdere publicatie van deze evaluatierichtlijn.
Introduction
Computer-assisted surgery (CAS) in reconstructieve chirurgie omvat vier opeenvolgende fasen: een virtuele planningsfase, een driedimensionale (3D) modelleringsfase, een chirurgische fase en een postoperatieve evaluatiefase1. De planningsfase begint met het verkrijgen van een craniofaciale computertomografie (CT) scan, en een donorsite CT of CT angiografie (CTA) scan. Diverse weefseltypes komen overeen met een hoeveelheid röntgendemping, wat leidt tot scanvoxels met een specifieke grijze waarde die varieerde volgens Hounsfield-eenheden (HU) (menselijk bot [+1000 HU], water [0 HU], en lucht [-1000 HU]). Deze afbeeldingen worden opgeslagen in het bestandsformaat Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Door de interessegebieden (ROI's) in segmentatiesoftware te selecteren, kunnen 3D-modellen worden gegenereerd2. De meest populaire en haalbare segmentatietechniek is drempeling: voxels boven een geselecteerde HU-drempelwaarde zijn ingesloten in de ROI. Deze voxels worden vervolgens omgezet in 3D-modellen in het Standard Tessellation Language (STL) bestandsformaat3,en geüpload naar CAS-software om de osteotomies te plannen en 3D-apparaten te ontwerpen4. Tijdens de modelleringsfase worden de ontworpen apparaten 3D geprint en gesteriliseerd, gevolgd door de chirurgische fase. De eindevaluatiefase bestaat uit een postoperatieve CT-scan van de schedel van de patiënt, gevolgd door een nauwkeurigheidsanalyse die het postoperatieve resultaat vergelijkt met het preoperatieve virtuele plan.
Onze onlangs gepubliceerde systematische beoordeling met betrekking tot de nauwkeurigheid van computer-ondersteunde manibulaire reconstructies toonde heterogeniteit in beeldverwerving, classificatie van manibulaire gebreken, en evaluatie methodologieën. Deze heterogeniteit beperkt geldige vergelijkingen van postoperatieve harde weefselnauwkeurigheidsresultaten tussen studies5. Standaardisatie van CAS-fasen in het proces van de maiculaire wederopbouw is belangrijk vanwege de nieuwe verordening inzake medische hulpmiddelen van de Europese Unie (MDR), die een Conformité Européenne (CE)-certificering vereist voor alle verschillende CAS-processen en die vanaf het voorjaar van 2020 operationeel zalzijn. Hier presenteren we een praktische, haalbare en reproduceerbare evaluatierichtlijn voor computerondersteunde reconstructies van de onderkaak om uniformiteit te creëren tussen studies met betrekking tot postoperatieve nauwkeurigheidsevaluatie. Dit protocol gaat verder en specificeert een eerdere publicatie van deze evaluatie richtlijn7, die momenteel wordt getest in een grote multicenter cohort studie waarin alle verschillende soorten van demandslagader reconstructies zullen worden geanalyseerd voor hun nauwkeurigheid gericht op aanvaardbare uitkomst bereiken met betrekking tot functionaliteit te ontdekken.
Protocol
De Medical Ethics Review Committee van het VU Medisch Centrum (geregistreerd bij het Us Office for Human Research Protections [OHRP] als IRB00002991) heeft bevestigd dat de Medical Research Volvingvolving Human Subjects Act (WMO) niet van toepassing is op deze studie. Het FWA-nummer dat is toegewezen aan het VU Medisch Centrum is FWA00017598.
OPMERKING: Valideer alle stappen in dit protocol onafhankelijk door twee verschillende waarnemers.
1. Beeldvorming van schedel- en donorsite
- Voer zowel pre- als postoperatieve scanning uit met een meervoudige detector CT (MDCT), met dezelfde machine- en scannerinstellingen, met de parameter slice thickness (ST) set <1,25 mm. Voer de postoperatieve MDCT-scan uit binnen zes weken na de reconstructie.
OPMERKING: Gebruik in het geval van adjuvante radiotherapie de eerste postoperatieve MDCT-scan voorafgaand aan de therapie.
2. Indeling van het mandibulaire defect
- Classificeren van de mandibulaire defect volgens de classificatie van Brown et al.8.
3. Segmentatie van de DICOM-afbeeldingen van de postoperatieve CT-scan
- Open de op afbeeldingen gebaseerde 3D-medische software (bijvoorbeeld Mimics inPrint 3.0). Klik op Bestand en Nieuw vanuit schijf,waarna een mapvenster wordt geopend. Selecteer de map met de DICOM-afbeeldingen van de postoperatieve CT-scan om te importeren (selecteer de hele map), kies de juiste studie in de lijst en klik op Converteren. Er verschijnt een venster voor de beoordeling van de oriëntatie van de schedel.
- Wijzig de afdrukstand door op de richtingstekens te klikken. klik op OK om te valideren.
- Voer de segmentatieworkflow in vijf stappen uit.
- Als u ROI wilt maken, klikt u op het gereedschap Drempelwaarde. Maak de ROI door het definiëren van een drempel met alle voxels van het mandibulaire bot binnen een bepaald interval van grijze waarden, die evenredig is aan de dichtheid van het benige weefsel. Pas handmatig het Hounsfield-bereik aan door de twee schuifregelaars links en rechts te verplaatsen. Klik op de groene knop om de segmentatie te valideren.
OPMERKING: Met het drempelgereedschap kan de gebruiker het bot selecteren binnen een bereik van dichtheid, uitgedrukt in Hounsfield-eenheden. Na deze stap verschijnt er een nieuwe ROI in het tabblad ROI en springt de software naar de tweede stap van de workflow. - Als u roi wilt bewerken, kiest u het gereedschap Isoleren. klik op de onderkaak in de 3D-viewport, die automatisch wordt geïsoleerd van de schedel en groen wordt. Selecteer de optie Resultaat maken in nieuwe ROI. Klik op de groene knop om de isolatie te valideren en vervolgens verdwijnen alle niet-verbonden structuren. Wijzig de naam van de ROI ("Onderkaak Post-op").
OPMERKING: Gebruik optioneel het gereedschap Lasso om verstrooiing te verwijderen door de ROI rechtstreeks op de afbeeldingen of in de 3D-viewport te bewerken. Wanneer de CT-scan van slechte kwaliteit is, kunnen de condyles worden aangesloten op de schedel. Klik in dat geval op het gereedschap Splitsen, waarin de gebruiker wordt gevraagd een voorgrond en een achtergrond te definiëren. Selecteer Voorgrond en selecteer de onderkaak grondig de axiale of coronale coupes. Selecteer Achtergrond en selecteer de maxilla en cranium grondig de axiale of coronale coupes. De regio die overeenkomt met de voorgrond wordt bewaard in de ROI en de regio die overeenkomt met de achtergrond zal worden verwijderd. Klik op de groene knop om te valideren. - Wanneer de ROI is voltooid en klaar om te worden omgezet in een 3D-model, klikt u op de knop Onderdeel toevoegen van de werkbalk van de werkstroom. Klik op het gereedschap Vast onderdeel. Selecteer het vaste onderdeel Nabezie en selecteer Uit in de opties Voor vloeiend maken. Klik op de groene knop om te valideren.
- Wanneer de onderdelen zijn gebouwd, gaat de software automatisch naar de vierde stap van de werkstroom: het bewerken van het onderdeel. Met de contouren van de gemaakte onderdelen op de afbeeldingen, beoordeel de nauwkeurigheid van de onderdelen. Sla het gereedschap Vloeiend over.
- Selecteer in de laatste stap van de werkstroom (afdruk voorbereiden) het gedeelte Onderkaak na de opining in het exportmenu, kies de uitvoermap, selecteer de schaal 1,00 en klik op de groene knop om te valideren.
LET OP: Het "Onderkaak Post-op" deel wordt nu geëxporteerd als een . STL-bestand.
- Als u ROI wilt maken, klikt u op het gereedschap Drempelwaarde. Maak de ROI door het definiëren van een drempel met alle voxels van het mandibulaire bot binnen een bepaald interval van grijze waarden, die evenredig is aan de dichtheid van het benige weefsel. Pas handmatig het Hounsfield-bereik aan door de twee schuifregelaars links en rechts te verplaatsen. Klik op de groene knop om de segmentatie te valideren.
4. XYZ-asoriëntatie
OPMERKING: Het preoperatieve STL-model omvat de schedel, (neo)onderkaak en de vrijwel geplande tandheelkundige implantaten (indien gepland). Merk op dat de evaluatie werkt gemakkelijker met gescheiden STL bestanden van de schedel en schedel, maar nog steeds in vaste positie voor elkaar. Wanneer het preoperatieve STL-model van de schedel en de onderkaak worden samengevoegd, gebruikt u de 3D-medische software (volgens de hierboven beschreven stappen) om de onderkaak van de schedel te splitsen.
- Open de evaluatiesoftware (Tabel met materialen). Sleep het preoperatieve STL-bestand (inclusief virtueel plan) in het opgemaakte scherm.
- Bepaal het frankfurtvlak, het midsagittale vlak en de nasie voor een uniforme oriëntatie van het preoperatieve STL-model van de schedel op de XYZ-as.
- Klik op Construct | Vliegtuig | 3-point plane en maak een virtueel punt met behulp van Ctrl + links klik zowel de interne akoestische foramina en de linker infraorbitale marge (Frankfurt vlak)9. Klik op Maken en sluiten nadat u op het STL-model hebt gewezen.
- Klik op Construct | Lijn | 2-Puntlijn en maak een virtueel punt met Ctrl + links klik op de nasion en de basion (midsagittale vlak)10.
- Klik op Construct | Punt | Wijs en maak een virtueel punt met Ctrl + links klik op de nasion.
- Klik op Bewerkingen | Hoofduitlijning | Plane-Line-Point. Combineer de werkelijke parameter "Plane 1" met de nominale parameter "Plane Z", de werkelijke parameter "Lijn 1" met de nominale parameter "Lijn Y", en de werkelijke parameter "Punt 1" met de nominale parameter "Globaal coördinatensysteem".
OPMERKING: De preoperatieve STL-modellen van de schedel en (neo)onderkaak zijn nu bevestigd aan de XYZ-as (figuur 1).
5. Volumebeoordeling van de pre- en postoperatieve STL-modellen
OPMERKING: Onderzoek pre- en postoperatieve STL-modellen op volumegelijkenis om volumeonnauwkeurigheden tussen de twee modellen zoveel mogelijk uit te sluiten, omdat ze nauwkeurigheidsmetingen kunnen beïnvloeden.
- Selecteer het STL-bestand van alleen het preoperatieve (neo)onderkaak onder werkelijke elementen, waarbij alle "Mazen" worden weergegeven. Klik op Bewerkingen | CAD | Werkelijke mesh naar CAD. Selecteer Nieuwe CAD-gegevens in het opgedoken menu, wijzig de naam van het bestand (bijvoorbeeld 'Onderkaak pre-op') en klik op OK.
OPMERKING: Het preoperatieve STL-model is nu zichtbaar onder nominale elementen | CAD in het linker explorermenu. - Sleep het postoperatieve STL-model naar de software (gemaakt tijdens sectie 3 van het protocol). De naam van het bestand wijzigen (bijvoorbeeld 'Onderkaak Post-op'). Selecteer het STL-bestand onder Werkelijke elementen in het menu linker explorer waarin alle "Mazen" worden weergegeven. Klik op Bewerkingen | Uitlijning | Transformatie van één element | Uitlijning met 3 punt.
- Combineer in het opgedoken menu 3 "Nominale punten" op de "Onderkaak Pre-op" (bijvoorbeeld condyle superior, horizontale en verticale hoek van de onderkaak) met 3 vergelijkbare "Werkelijke punten" op de "Onderkaak Post-op" door ctrl + links te klikken. Valideren met toepassen en sluiten.
LET OP: De STL-modellen worden ruwweg op elkaar geplaatst op basis van deze 3 oriëntatiepunten. Dit zal versnellen de berekeningen van de software tijdens de volgende stappen. - Schakel de onderkaak pre-op uit en selecteer de onderkaak na-op in het linker explorermenu. Klik op het gereedschap Selecteren/Selecteren op Surface op de onderste werkbalk. Selecteer een oppervlak op het restonderkaak aan zowel de laterale als de mediale zijkanten (niet in contact met het osteosynthesemateriaal).
- Klik op Bewerkingen | Uitlijning | Hoofduitlijning | Lokale Best Fit. Selecteer Alle CAD-groepen als het beoogde element in het opgedoken menu. Neem een maximale afstand van 10.000 mm. Valideren met toepassen en sluiten.
OPMERKING: Het geselecteerde deel van het restant van de "Onderkaak Post-op" wordt nauwkeurig bovenop het soortgelijke deel van de "Onderkaak Pre-op" geplaatst. Nu zijn beide modellen klaar voor de STL volumebeoordeling. - Klik op het gereedschap Selecteren/Selecteren op Surface op de onderste werkbalk. Selecteer een oppervlak aan alleen de zijde zijde binnen het oppervlak van de vorige stap. Klik op Inspectie | CAD-vergelijking | Oppervlaktevergelijking op werkelijke. Gebruik een maximale afstand van 10,00 mm in het opklapmenu en valideer met OK.
- Schakel de schakelzichtbaarheid van de onderkaak post-opuit. Gebruik het gereedschap Patch selecteren, klik links op het geselecteerde oppervlak. Klik op het vergrootglas op de bovenstaande werkbalk. Er verschijnt een ronde werkbalk in het scherm. Klik op Controleren | Afwijkinglabel Rekenkundig Gemiddelde en het rekenkundig gemiddelde in mm worden weergegeven (figuur 2).
- In het geval van een rekenkundig gemiddelde <0,5 mm, ga door naar sectie 6 van dit protocol. In het geval van een rekenkundig gemiddelde >0,5 mm herhaalt u de postoperatieve CT-scan (DICOM-bestand) segmentatie in de 3D-medische software door de drempelwaarden aan te passen. Herhaal de segmentatie en superpositie totdat een rekenkundig gemiddelde <0,5mm is bereikt.
OPMERKING: De twee STL-volumes zijn nu klaar voor geldige nauwkeurigheidsvergelijkingen.
6. Superpositie van de condylarprocessen
- Schakel de onderkaak pre-op uit en selecteer de onderkaak na-op in het linker explorermenu. Klik op het gereedschap Selecteren/Selecteren op Surface op de onderste werkbalk. Selecteer de hele oppervlakken van beide condyles door vlakken (laterale en mediale kant) te trekken van het meest caudal punt van de incisura-mdibulae (mandibulaire inkeping) loodrecht op de achterste rand van de rand tussen condyle en de verticale hoek.
- Klik op Bewerkingen | Uitlijning | Hoofduitlijning | Lokale Best Fit. Selecteer Alle CAD-groepen als het beoogde element in het opgedoken menu. Neem een maximale afstand van 10.000 mm. Valideren met toepassen en sluiten.
OPMERKING: De geselecteerde condyles van de "Onderkaak Post-op" worden nauwkeurig bovenop condyles van de "Onderkaak Pre-op" (Figuur 3).
7. Berekening van de coronale, axiale en sagittale mandibulaire hoeken
OPMERKING: De identificatie van benige oriëntatiepunten wordt afzonderlijk uitgevoerd op de "Onderkaak Pre-op" en "Onderkaak Post-op" STL modellen. Schakel de onderkaak Post-op uit terwijl u benige oriëntatiepunten in de "Onderkaak Pre-op" identificeert, en vice versa.
- Selecteer de vooraanonderbare voorop in het linker explorermenu. Klik op Construct | Punt | Surface Point om virtuele punten te bepalen op de condyle superior (CS), condyle posterior (CP), verticale hoek (VC), en horizontale hoek (HC) volgens de classificatie van Brown et al.8.
- Selecteer de onderkaakna-op in het linker explorermenu. Klik op Construct | Punt | Projectiepunt om virtuele punten op de CS, CP, VC en HC te bepalen volgens de classificatie van Brown et al.8.
OPMERKING: Voor Brown klasse Ic, IIc of IVc defecten, bepalen virtuele punten op de meest superieure en achterste deel van het verticale segment van bottransplantaat of de titanium / prothese condyle. Als de mandibulaire resectie een of meer hoeken bevat, selecteert u het meest inferieure punt van het osteotomievlak tussen de twee segmenten van bottransplantatie. Wanneer de mandibulaire resectie slechts de helft van een horizontale of verticale hoek omvat (restonderkaak naast een segment van bottransplantatie), bepaal dan een virtueel punt op het segment van bottransplantatie op het meest inferieure deel van het osteotomievlak. In het geval van een Brown klasse I mandibulaire defect, bepalen een virtueel punt op de meest voorste en inferieure deel van het horizontale segment van bottransplantatie en beschouw dit virtuele punt als de horizontale hoek. In het geval van (extra) osteotomies buiten de anatomische verticale of horizontale hoek, bepalen de osteotomie het dichtst bij deze hoeken als verticale of horizontale hoek. - Als u een lijn tussen 2 virtuele punten wilt maken, klikt u op Samenstellen | Lijn | 2-puntslijn. Selecteer 2 punten onder constructie-elementen in het opgedoken menu om ze te verbinden met een lijn. Klik op Maken en sluiten.
- Maak een midsagittale vlak in zowel de onderkaak pre-op en onderkaak post-op door te klikken op Construct | Vliegtuig | Vliegtuig in weergaverichtingen. Selecteer 2 punten op de Z-as.
- Als u een hoek tussen 2 lijnen of tussen een lijn en een vlak wilt maken, klikt u op Construct | Hoek | Hoek van 2 richtingen. Selecteer vervolgens Lijn 1en Lijn/Vlak 2 in het opgedoken menu. Klik op Maken en sluiten.
- Sluit alle onderkaakpre-op hoeken aan op de onderkaak post-op hoeken door het selecteren van een onderkaak Pre-op hoek in het explorer menu, klik dan op Vergrootglas | Meetbeginsel | Koppeling naar actueel element. Selecteer de overeenkomstige hoek van de onderkaak na de opknop en klik op OK.
- Bepaal met deze kennis de rechter- en linkercoronale mandibulaire hoeken tussen de lijnen van CS naar VC en de midsagittale lijn (ML).
- Bepaal de axiale hoeken rechts en links tussen de lijnen van VC naar HC en ML.
- Bepaal de sagittale manibulaire hoeken tussen de lijnen van CP naar VC en de lijnen van VC naar HC.
- Bereken en rapporteer de afwijkingen in graden (°) tussen de postoperatieve hoeken en de virtuele geplande hoeken.
8. Berekening van de XYZ-afwijkingen en afstand XYZ van de vrijwel geplande tandheelkundige implantaten
OPMERKING: Gebruik de juiste diameter en hoogte van het tandimplantaat (inclusief dekschroef) tijdens de preoperatieve planning voor een correcte vergelijking.
- Klik op Construct | Punt | Punt en maak een virtueel punt met behulp van Ctrl + links klik in het midden en boven van de cover schroeven van de tandheelkundige implantaten in de onderkaak Pre-op bestand.
- Klik op Construct | Punt | Surface Point en maak een virtueel punt met behulp van Ctrl + links klik in het midden en boven van de cover schroeven van de tandheelkundige implantaten in de Kaakna-op bestand.
- Rechter muisknop klik op eerste tandheelkundige implantaat in de kaak pre-op. Klik op Meetprincipe | Koppeling naar actueel element. Selecteer hetzelfde tandheelkundige implantaat van de kaakpost. Herhaal deze procedure voor alle tandheelkundige implantaten.
- Selecteer alle punten op de tandheelkundige implantaten in zowel de onderkaak Pre-op en de Onderkaak Post-op bestanden in de linker explorer menu. Klik op het vergrootglas op de bovenstaande werkbalk. Er verschijnt een ronde werkbalk in het scherm. Klik op Controleren en selecteer dXYZ om de afstand XYZ in mm per tandimplantaat weer te geven met behulp van de formule:
Representative Results
Een James Brown klasse III mandibulaire defect werd gereconstrueerd op onze afdeling met de kuitbeen vrije flap als een donor site. Directe begeleide tandheelkundige implantaat plaatsing werd uitgevoerd met het gebruik van een kuitbeen snijgids die ook tandheelkundige implantaat gidsen opgenomen. De reconstructie werd geëvalueerd met de gepresenteerde richtlijn. De coronale, axiale en sagittale afwijkingen van de gedenkhoek (°) en zes xyz-afstanden (mm) van het tandimplantaat (mm) werden berekend en gerapporteerd (figuur 4 en figuur 5).
Figuur 1: Uniforme oriëntatie van het preoperatieve STL-model van de schedel op de XYZ-as met het frankfurtvlak geprojecteerd op de Z-as (rode lijn), het midsagittale vlak geprojecteerd op de Y-as (groene lijn) en de nasie geprojecteerd op de X-as (blauwe lijn). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 2: Een deel van de rechterkant van de onderkaak (zonder betrokkenheid van osteosynthesemateriaal dat verstrooiing veroorzaakt) van het preoperatieve vrijwel geplande STL-model wordt bovenop het postoperatieve STL-model geplaatst. Vervolgens wordt de CAS-software gebruikt om het rekenkundig gemiddelde te berekenen. De 0,02 mm afwijking tussen beide volumes valt in dit voorbeeld binnen de norm (<0,5 mm) om door te gaan naar de volgende stap van de evaluatierichtlijn. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 3: Superpositie van het postoperatieve STL-model (grijs) op het preoperatieve STL-model, herzien naar het virtuele plan (blauw). Alleen beide condylar processen worden geselecteerd voor het iteratieve dichtstbijzijnde punt algoritme (rood). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 4: Reconstructie van een Brown klasse III defect met behulp van de kuitbeen vrije flap als donor site. In dit voorbeeld worden zes vrijwel geplande tandheelkundige implantaten primair geplaatst tijdens de reconstructie met behulp van een 3D-gids. De coronale, axiale en sagittale hoeken worden berekend op zowel het preoperatieve vrijwel geplande 3D-model als het postoperatieve 3D-model. De afwijkingen tussen de hoeken in graden (°) worden weergegeven. CS, condyle superieur; CP, condyle achterste; VC, verticale hoek; HC, horizontale hoek; ML, midsagittale lijn; FFF, kuitbeen vrije flap. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 5: Afwijkingen van tandimplantaten op de X-, Y- en Z-as en de afstand XYZ (dXYZ) van de zes geleide geplaatste tandheelkundige implantaten. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Discussion
Deze postoperatieve evaluatierichtlijn heeft tot doel een grotere uniformiteit van de nauwkeurigheidsanalyse van computerondersteunde mandibulaire reconstructies te vergemakkelijken. De focus ligt op vier componenten die het succes van de mandibulaire reconstructie bepalen: (1) de positie van beide condyles, (2) de hoeken van de osteotomievlakken, (3) de grootte, positie en fixatie van de bottransplantatensegmenten, en (4) de positie van de geleide tandheelkunde implantaten (indien onmiddellijk uitgevoerd en opgenomen in de virtuele planning).
In de eerste stap van ons voorgestelde protocol raden we MDCT-scanning aan voor zowel pre- als postoperatieve beeldvorming, omdat de kwaliteit van CT-beelden de volumenauwkeurigheid van gesegmenteerde STL-modellen beïnvloedt. De grootste volumeafwijkingen zijn te vinden in STL-modellen gesegmenteerd uit cone beam computed tomografie (CBCT) scanner DICOM data11. Deze volumeafwijkingen beïnvloeden de nauwkeurigheid en montage van 3D-geprinte sjablonen en hulplijnen en beïnvloeden dus ook postoperatieve nauwkeurigheidsmetingen tussen pre- en postoperatieve STL-modellen. Daarom raden we het gebruik van MDCT-scanners in zowel pre- als postoperatieve beeldvorming voor mandibulaire reconstructie met behulp van CAS. Slice dikte is de meest beïnvloedende factor in STL volume nauwkeurigheid en moet worden ingesteld <1,25 mm. Een hogere snijdikte levert op tot verlies van detail in de STL-modellen en beïnvloedt nauwkeurigheidsmetingen12,13. Een onlangs gepubliceerde systematische beoordeling van de nauwkeurigheid in de mandibulaire reconstructie met behulp van CAS toonde een slechte beschrijving in de materialen en methoden sectie van CT-scanner parameters gebruikt door auteurs5. Naar onze mening moeten CAS-studies altijd het type en de parameters van pre- en postoperatieve beeldvormingsmodaliteiten in de sectie materialen en methoden specificeren. Om veranderingen op lange termijn in het volume, de vorm en de positie van de segmenten van het bottransplantaat te voorkomen, moet de postoperatieve MDCT-scan binnen zes weken na de reconstructie14worden uitgevoerd . In het geval van adjuvante radiotherapie, gebruik maken van de eerste postoperatieve MDCT scan voorafgaand aan de therapie om straling gerelateerde pathologie in de mandibulaire bot15te voorkomen .
Classificatie van mandibulaire gebreken is nodig om reconstructies te vergelijken met vergelijkbare complexiteit. In 2016 stelden Brown et al.8 een mandibulaire defectclassificatie voor waarin vier klassen worden beschreven, met een relatie tussen het klassenummer en de complexiteit van de reconstructie. De uitlijning van pre- en postoperatieve STL-modellen in de CAS-software om de nauwkeurigheid van de reconstructie te evalueren, brengt enkele problemen met zich mee. De superpositie software tool verplaatst een geselecteerd deel van een STL-model (de bron) het beste overeenkomen met een vast deel van een STL-model (de referentie) met behulp van een iteratieve dichtstbijzijnde-punt algoritme. De superpositie van de gehele (neo)onderkaak is echter onjuist als gevolg van verstrooiing van de reconstructieplaat(en) die zal leiden tot verschuivingen van de gehele reconstructie, die niet de postoperatieve klinische positie van de onderkaak16vertegenwoordigen . Hetzelfde probleem wordt geïntroduceerd bij het overplaatsen van geïsoleerde delen van de reconstructie17. Superpositie van de onderkaak inclusief de maxilla en cranium is onjuist omdat het openen van de mond altijd anders zal zijn tijdens het pre- en postoperatieve scannen. Om de postoperatieve positie van de (neo)onderkaak te evalueren, hebben we daarom besloten om mandibulaire hoeken (gepionierd door De Maesschalck et al.18)op zowel pre-als postoperatieve STL-modellen afzonderlijk te creëren om de superpositieproblemen te omzeilen. Echter, om de tandheelkundige implantaat posities die we noodzakelijkerwijs nodig om beide modellen uit te lijnen, met behulp van de superpositie software tool te evalueren. Om pre- en postoperatieve STL-modellen af te stemmen op de dichtstbijzijnde benadering van de klinische postoperatieve intermaxillaire relatie, geloven we dat superpositie van alleen beide condylarprocessen de meest haalbare, gestandaardiseerde en reproduceerbare methode is. Hoewel de postoperatieve positie van beide condyles kan worden beïnvloed door onnauwkeurige neomandible wederopbouw, zal de intermaxillaire relatie geschikt zijn voor de middellijn en dus gemiddeld de positie van beide condyles rond het midsagittale vlak19. In ons protocol wordt alleen het preoperatieve STL-model snel aan de XYZ-as bevestigd met behulp van een vlaklijnpuntgereedschap in de CAS-software, waarmee een benchmark wordt voorgesteld waaruit de postoperatieve afwijkingen van de tandheelkundige implantaten kunnen worden bepaald. De vaste schedelpositie op de XYZ-as kan leiden tot kleine koppotige verschillen tussen de gevallen. Dit heeft echter geen invloed op de metingen van het tandimplantaat, omdat het geen gevolgen heeft voor de afstand XYZ in mm tussen de posities van het tandimplantaat wanneer het postoperatieve 3D-model wordt bovenop het vaste preoperatieve 3D-model geplaatst, waarbij alleen beide condyles zijn geselecteerd voor het iteratieve dichtstbijzijnde puntalgoritme.
Zoals hierboven beschreven, hebben De Maesschalck et al.18 een evaluatiemethode ontwikkeld voor de nauwkeurigheid van de mandoriculaire reconstructie met behulp van CAS, door de noodzaak van osteotomievlakbepaling te omzeilen en het gebruik van een superpositiegereedschap te omzeilen. Het ernstigste nadeel van deze methode is dat het niet de methode heeft opgegeven die wordt gebruikt om het midsagittale vlak te bepalen, dat moet worden gestandaardiseerd en reproduceerbaar. Ook zijn er geen vrijwel geplande tandheelkundige implantaten opgenomen en ontbreekt een differentiatie tussen de complexiteit van de mandibulaire reconstructies. We hebben de evaluatie van postoperatieve posities van vrijwel geplande tandheelkundige implantaten in ons protocol opgenomen, omdat het aantal auteurs dat in de toekomst geleide tandheelkundige implantaten toepast, waarschijnlijk zal toenemen. In 2016 stelden Schepers et al.20 een uitstekende postoperatieve evaluatiemethode voor voor vrijwel geplande tandheelkundige implantaten in mandibulaire reconstructie met CAS door de afwijking van het middelpunt (mm) en hoekafwijking (°) per tandimplantaat te meten. De belangrijkste beperking van deze methode is de hoeveelheid metingen per implantaat die de haalbaarheid vermindert en resulteert in verlies van overzicht van de nauwkeurigheid van de gehele reconstructie. Wij stellen een meer vereenvoudigde methode voor door één samenvattend getal per tandheelkundig implantaat te bepalen door de afstand XYZ (dXYZ in mm) te meten. Met betrekking tot tandheelkundige revalidatie is de positie van de hals van het tandimplantaat bepalend voor toekomstige protheses. Daarom beveelt ons evaluatieprotocol aan om virtuele punten op de hals van de tandheelkundige implantaten te maken in de pre- en postoperatieve STL-modellen. Om de evaluatie van de tandheelkundige implantaten haalbaar te houden hebben we besloten om hoekafwijkingsmetingen over te slaan, omdat hoekafwijkingen tot 15° kunnen worden gecorrigeerd met schuine implantaatabutments.
Onze voorgestelde richtlijn is van toepassing op alle soorten donorsites en maakt verschillende bottransplantatuurmogelijkheden mogelijk. Ook ct-verstrooiing van metalen fixatie onderdelen in de postoperatieve beeldvorming zal geen invloed hebben op de metingen van de richtlijn5. In deze evaluatierichtlijn gebruikten we Mimics inPrint 3.0 en GOM Inspect Professional 2019. Het protocol beschrijft echter softwaretools die beschikbaar zijn in alle CAS-softwarepakketten. Deze richtlijn heeft tot doel bij te dragen aan een veel meer gestandaardiseerde en uniforme aanpak om relaties tussen nauwkeurigheid en alle verschillende benaderingen tijdens de CAS-fasen te objectiveren. Er is volop ruimte voor verdere vooruitgang bij het bepalen van aanvaardbare mandibulaire hoekafwijkingen per Brown-klasse, hun relatie met de postoperatieve posities van vrijwel geplande tandheelkundige implantaten en aanvaardbare afwijkingen van tandheelkundige implantaten (dXYZ) voor toekomstige protheses. Momenteel voert onze afdeling een multicenterstudie uit om deze richtlijn te valideren in een groot cohort, waarbij ook rekening wordt gehouden met alle bovengenoemde variabelen.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit onderzoek heeft geen specifieke subsidie ontvangen van financieringsinstellingen in de sectoren publieke, commerciële of niet-winstoogmerk.
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).
