Summary
Her foreslår vi en praktisk, gennemførlig og reproducerbar evalueringsretningslinje for computerstøttet rekonstruktion af underkæben for at skabe ensartethed mellem undersøgelser vedrørende postoperativ nøjagtighedsevaluering. Denne protokol fortsætter og angiver en tidligere offentliggørelse af denne evalueringsretningslinje.
Abstract
Gyldige sammenligninger af postoperative nøjagtighedsresultater i computerstøttet rekonstruktion af underkæben er vanskelige på grund af heterogenitet i billeddannelsesmetoder, klassificering af mandibulære defekter og evalueringsmetoder mellem undersøgelser. Denne retningslinje anvender en trinvis tilgang, der styrer processen med billeddannelse, klassificering af mandibulære defekter og volumenvurdering af tredimensionale (3D) modeller, hvorefter der kan udføres en legitimeret kvantitativ nøjagtighedsevalueringsmetode mellem den postoperative kliniske situation og den præoperative virtuelle plan. De condyles og de lodrette og vandrette hjørner af underkæben bruges som knoklede landemærker til at definere virtuelle linjer i computer-assisteret kirurgi (CAS) software. Mellem disse linjer beregnes aksial, koronale og begge sagittale mandibulære vinkler på både præ- og postoperative 3D-modeller af (neo)underkæben, og derefter beregnes afvigelserne. Ved at overlejre den postoperative 3D-model til den præoperative næsten planlagte 3D-model, som er fastgjort til XYZ-aksen, kan afvigelsen mellem præ- og postoperative næsten planlagte tandimplantatpositioner beregnes. Denne protokol fortsætter og angiver en tidligere offentliggørelse af denne evalueringsretningslinje.
Introduction
Computer-assisteret kirurgi (CAS) i rekonstruktionskirurgi indebærer fire på hinanden følgende faser: en virtuel planlægning fase, en tre-dimensionel (3D) modellering fase, en kirurgisk fase, og en postoperativ evaluering fase1. Planlægningsfasen starter med opnåelse af en kraniofacial computertomografi (CT) scanning, og en donor site CT eller CT angiografi (CTA) scanning. Forskellige vævstyper svarer til en mængde røntgendæmpning, hvilket fører til scanning af voxels med en specifik grå værdi, der er varieret i henhold til Hounsfield-enheder (HU) (menneskeknogle [+1000 HU], vand [0 HU] og luft [-1000 HU]). Disse billeder gemmes i DICOM-filformat (Digital Imaging and Communications in Medicine). Ved at vælge de interesseregioner i segmenteringssoftware kan der genereres 3D-modeller2. Den mest populære og gennemførlige segmenteringsteknik er tærskel: voxels over en valgt HU-tærskelværdi er omgivet af roi. Disse voxels omdannes efterfølgende til 3D-modeller i STL-filformatet (Standard Tessellation Language)3og uploades til CAS-software for at planlægge osteotomierne og designe 3D-enheder4. Under modelleringsfasen er de designede enheder 3D-printet og steriliseret efterfulgt af den kirurgiske fase. Den afsluttende evaluering består af en postoperativ CT-scanning af patientens kranium, efterfulgt af en nøjagtighedsanalyse, der sammenligner det postoperative resultat med den præoperative virtuelle plan.
Vores nyligt offentliggjorte systematiske gennemgang af nøjagtigheden af computer-assisteret mandibulære rekonstruktioner viste heterogenitet i erhvervelse af billeder, klassificering af mandibulære defekter, og evaluering metoder. Denne heterogenitet begrænser gyldige sammenligninger af resultater med nøjagtighed en postoperativ fast væv mellem undersøgelser5. Standardisering af CAS-faser i processen med mandibulær rekonstruktion er vigtig på grund af den nye forordning om medicinsk udstyr fra Den Europæiske Union (MDR), som kræver Conformité Européenne (CE) certificering for alle de forskellige CAS-processer, og som vil være operationel fra foråret 20206. Her præsenterer vi en praktisk, gennemførlig og reproducerbar evalueringsretningslinje for computerstøttede rekonstruktioner af underkæben for at skabe ensartethed mellem undersøgelser vedrørende postoperativ nøjagtighedsevaluering. Denne protokol fortsætter og specificerer en tidligere offentliggørelse af denne evalueringsretningslinje7, som i øjeblikket testes i en stor multicenter kohorte undersøgelse, hvor alle forskellige typer af mandibulære rekonstruktioner vil blive analyseret for deres nøjagtighed med henblik på at opdage tolerable resultatintervaller vedrørende funktionalitet.
Protocol
Medical Ethics Review Committee of VU University Medical Center (registreret hos us Office for Human Research Protections [OHRP] som IRB00002991) bekræftede, at Medical Research Involving Human Subjects Act (WMO) ikke gælder for denne undersøgelse. FWA-nummeret, der er tildelt VU University Medical Center, er FWA00017598.
BEMÆRK: Valider alle trin i denne protokol uafhængigt af to forskellige observatører.
1. Skull og donor site billeddannelse
- Udfør både præ- og postoperativ scanning med en multidetektor CT (MDCT), ved hjælp af de samme maskin- og scannerindstillinger, med parameterskivetykkelsen (ST) indstillet <1,25 mm. Udfør den postoperative MDCT-scanning inden for seks uger efter rekonstruktionen.
BEMÆRK: I tilfælde af adjuverende strålebehandling skal den første postoperative MDCT-scanning anvendes før behandlingen.
2. Klassificering af den mandibulære defekt
- Underktificer mandibulær defekt i henhold til klassificeringen af Brown et al.8.
3. Segmentering af DICOM-billederne af den postoperative CT-scanning
- Åbn den billedbaserede 3D-medicinske software (f.eks. efterligner iPrint 3.0). Klik på Filer og Ny fra disk, og derefter åbnes et mappevindue. Vælg den mappe, der indeholder DICOM-billederne af den postoperative CT-scanning, der skal importeres (vælg hele mappen), vælg det rigtige studie på listen, og klik på Konverter. Et vindue vil dukke op til vurdering af orienteringen af kraniet.
- Ændre retningen ved at venstre klikke på retningstegnene. Klik på OK for at validere.
- Udfør femtrinssegmenteringsarbejdsgangen.
- Hvis du vil oprette investeringsafkast, skal du klikke på tærskelværktøjet. Opret investeringsafkastet ved at definere en tærskel, der indeholder alle voxels af mandibulær knogle inden for et bestemt interval af grå værdier, som er proportional med tætheden af knoklet væv. Manuelt justere Hounsfield rækkevidde ved at flytte de to skydere til venstre og højre. Klik på den grønne knap for at validere segmenteringen.
BEMÆRK: Tærskelværktøjet gør det muligt for brugeren at vælge knoglen inden for en række tæthedsområder udtrykt i Hounsfield Units. Efter dette trin vises et nyt investeringsafkast under fanen INVESTERINGSAFKAST, og softwaren springer til det andet trin i arbejdsprocessen. - Hvis du vil redigere investeringsafkast, skal du vælge isoleringsværktøjet. Klik på underkæben i 3D-fremviseren, som automatisk isoleres fra kraniet og bliver grøn. Vælg indstillingen Opret resultat i ny investeringsafkastet. Klik på den grønne knap for at validere isolationen, og efterfølgende forsvinder alle de ikke-forbundne strukturer. Omdøb investeringsafkastet ("Mandible Post-op").
BEMÆRK: Brug eventuelt værktøjet Lasso til at fjerne spredningved at redigere investeringsafkastet direkte på billederne eller i 3D-fremviseren. Når CT-scanningen er af dårlig kvalitet, kan condyles tilsluttes kraniet. I så fald skal du klikke på splitværktøjet, som beder brugeren om at definere en forgrund og en baggrund. Vælg Forgrund og vælg den underkæbegrundige de aksiale eller koronale kup. Vælg Baggrund og vælg maxilla og kraniet grundig de aksiale eller koronale coupéer. Det område, der svarer til forgrunden, vil blive holdt i investeringsafkastet, og det område, der svarer til baggrunden, slettes. Klik på den grønne knap for at validere. - Når investeringsafkast er færdigt og klar til at blive konverteret til en 3D-model, skal du klikke på knappen Tilføj del på værktøjslinjen arbejdsproces. Klik på værktøjet Massiv del. Vælg den faste del Mandible Post-op, og vælg Fra i udjævningsindstillingerne. Klik på den grønne knap for at validere.
- Når delene er konstrueret, går softwaren automatisk til det fjerde trin i arbejdsprocessen: rediger del. Med konturerne af de oprettede dele vist på billederne, vurdere nøjagtigheden af delene. Spring værktøjet Glat over.
- I det sidste trin i arbejdsprocessen (forberede udskrift), skal du vælge den mandible Post-op del i eksportmenuen, skal du vælge output mappe, skal du vælge 1,00 skala og klik på den grønne knap for at validere.
BEMÆRK: "Mandible Post-op"-delen eksporteres nu som en . STL-fil.
- Hvis du vil oprette investeringsafkast, skal du klikke på tærskelværktøjet. Opret investeringsafkastet ved at definere en tærskel, der indeholder alle voxels af mandibulær knogle inden for et bestemt interval af grå værdier, som er proportional med tætheden af knoklet væv. Manuelt justere Hounsfield rækkevidde ved at flytte de to skydere til venstre og højre. Klik på den grønne knap for at validere segmenteringen.
4. XYZ akse retning
BEMÆRK: Den præoperative STL-model omfatter kraniet, (neo)underkæben, og de næsten planlagte tandimplantater (hvis planlagt). Bemærk, at evalueringen virker lettere med adskilte STL-filer af kraniet og kraniet, men stadig i fast position til hinanden. Når kraniets præoperative STL-model og underkæben er slået sammen, skal du bruge 3D-medicinsk software (efter de ovenfor beskrevne trin) til at opdele underkæben fra kraniet.
- Åbn evalueringssoftwaren (Materialetabel). Træk den præoperative STL-fil (herunder virtuel ton) på poppet op-skærmen.
- Anbring Frankfurt-flyet, midsagittalflyet og nasionen for ensartet orientering af kraniets præoperative STL-model på XYZ-aksen.
- Klik på Opret | Plan | 3-punkts plan, og opret et virtuelt punkt ved hjælp af Ctrl + venstre klik både den interne akustiske foramina og venstre infraorbitale margen (Frankfurt plan)9. Klik på Opret og luk efter at have peget på STL-modellen.
- Klik på Opret | Linje | 2-punkts linje og oprette et virtuelt punkt ved hjælp af Ctrl + venstre klik på nasion og basion (midsagittal plan)10.
- Klik på Opret | Punkt | Peg, og opret et virtuelt punkt ved hjælp af Ctrl + venstre klik på nasionen.
- Klik på Handlinger | Hovedtilpasning | Plane-Line-Point. Kombiner den faktiske parameter "Plan 1" med den nominelle parameter "Plane Z", den faktiske parameter "Linje 1" med den nominelle parameter "Line Y" og den faktiske parameter "Punkt 1" med den nominelle parameter "Globalt koordinatsystem".
BEMÆRK: De præoperative STL-modeller af kraniet og (neo)mandible er nu fastgjort til XYZ-aksen (figur 1).
5. Volumenvurdering af modellerne for og efter operationen
BEMÆRK: Undersøg præ- og postoperative STL-modeller på volumenlighed for at udelukke volumenunøjagtigheder mellem de to modeller så meget som muligt, da de kan påvirke nøjagtighedsmålingerne.
- Vælg STL-filen for kun det præoperative (neo)underkæben under Faktiske elementer, hvor alle "Masker" vises. Klik på Handlinger | CAD | Faktisk mesh til CAD. Vælg Nye CAD-data i poppet-menuen, omdøb filen (f.eks.
BEMÆRK: Den præoperative STL-model er nu synlig under nominelle elementer | CAD i menuen til venstre explorer. - Træk den postoperative STL-model til softwaren (oprettet under protokollens afsnit 3). Omdøb filen (f.eks. Vælg STL-filen under Faktiske elementer i menuen til venstre explorer, hvor alle "Masker" vises. Klik på Handlinger | Justering | Transformation af et enkelt element | 3-punkts justering.
- I poppet-up-menuen kombineres 3 "Nominelle punkter" på "Mandible Pre-op" (f.eks condyle superior, vandret og lodret hjørne af underkæben) med 3 lignende "Faktiske punkter" på "Mandible Post-op" ved ctrl + venstre klikke. Valider med Anvend og luk.
BEMÆRK: STL modellervil blive groft overlejret på hinanden baseret på disse 3 vartegn. Dette vil fremskynde beregningerne af softwaren i løbet af de næste trin. - Fravælg Feltet Mandible Pre-op, og vælg mandible Post-op i menuen til venstre explorer. Klik på markering/fravælg på surface-værktøjet på den nederste værktøjslinje. Vælg en overflade på den rest mandible på både side- og mediesider (ikke i kontakt med osteosyntesematerialet).
- Klik på Handlinger | Justering | Hovedtilpasning | Lokal bedste pasform. Vælg Alle CAD-grupper som det målrettede element i poppet op-menuen. Tag en maksimal afstand på 10.000 mm. Valider med Anvend og luk.
BEMÆRK: Den udvalgte del af den resterende mandible af "Mandible Post-op" vil blive nøjagtigt overlejret på den lignende del af "Mandible Pre-op". Nu er begge modeller klar til STL volumenvurdering. - Klik på markering/fravælg på surface-værktøjet på den nederste værktøjslinje. Vælg kun en overflade på sidesiden i overfladen af det foregående trin. Klik på Inspektion | CAD Sammenligning | Overfladesammenligning på faktisk. Brug en maksimal afstand på 10,00 mm i poppet-menuen, og valider med OK.
- Slå Til/fra Synligheden af Mandible Post-op. Brug værktøjet Vælg programrettelse, venstreklikke på den markerede overflade. Klik på forstørrelsesglasset på værktøjslinjen ovenfor. Der vises en rund værktøjslinje på skærmen. Klik på Kontrollér | Afvigelse Label Aritmetiske Gennemsnit og det aritmetiske gennemsnit i mm vil blive vist (Figur 2).
- I tilfælde af et aritmetisk gennemsnit <0,5 mm fortsætter du med at afsnit 6 i denne protokol. Hvis der er tale om et aritmetisk gennemsnit >0,5 mm, gentages segmenteringen af dicom-filen (DICOM-fil) i 3D-medicinsk software ved at justere tærskelværdierne. Gentag segmenteringen og overlejringen, indtil der opnås et aritmetisk middel <0,5 mm.
BEMÆRK: De to STL-diskenheder er nu klar til gyldige nøjagtighedssammenligninger.
6. Overlejring af kondylar-processerne
- Fravælg Feltet Mandible Pre-op, og vælg mandible Post-op i menuen til venstre explorer. Klik på markering/fravælg på surface-værktøjet på den nederste værktøjslinje. Vælg hele overfladerne på begge kondyler ved at tegne planer (sideværts og mediale side) fra incisura mandibulae (mandibuae) vinkelret på den bageste kant af grænsen mellem condyle og det lodrette hjørne.
- Klik på Handlinger | Justering | Hovedtilpasning | Lokal bedste pasform. Vælg Alle CAD-grupper som det målrettede element i poppet op-menuen. Tag en maksimal afstand på 10.000 mm. Valider med Anvend og luk.
BEMÆRK: De udvalgte condyles af "Mandible Post-op" vil blive nøjagtigt overlejret på condyles af "Mandible Pre-op"(figur 3).
7. Beregning af koronale, aksiale og sagittale mandibulære vinkler
BEMÆRK: Identifikationen af knoklede vartegn udføres separat på "Mandible Pre-op" og "Mandible Post-op" STL modeller. Fravælg Mandible Post-op, mens du identificerer knoklede landemærker i "Mandible Pre-op" og omvendt.
- Vælg Mandible Pre-op i menuen til venstre explorer. Klik på Opret | Punkt | Surface Point til bestemmelse af virtuelle punkter på condyle superior (CS), condyle posterior (CP), lodret hjørne (VC), og vandret hjørne (HC) i henhold til klassificeringen af Brown et al.8.
- Vælg Mandible Post-op i menuen til venstre explorer. Klik på Opret | Punkt | Projection Point at bestemme virtuelle punkter på CS, CP, VC, og HC i henhold til klassificeringen af Brown et al.8.
BEMÆRK: For Brown klasse Ic-, IIc- eller IVc-defekter bestemmes virtuelle punkter på den mest overlegne og bageste del af det lodrette segment af knogletransplantat eller titanium/protese-condyle. Hvis den mandibulære resektion omfatter et eller flere hjørner, skal du vælge det mest ringere punkt i osteotomiplanet mellem de to segmenter af knogletransplantatet. Når den mandibulære resektion omfatter kun halvdelen af et vandret eller lodret hjørne (rest mandible ved siden af et segment af knogletransplantat), bestemme et virtuelt punkt på segmentet af knogletransplantat på den mest ringere del af osteotomi planet. I tilfælde af en Brown klasse I mandibulær defekt, bestemme et virtuelt punkt på den mest forreste og ringere del af det vandrette segment af knogletransplantat og overveje dette virtuelle punkt som det vandrette hjørne. I tilfælde af (ekstra) osteotomier uden for den anatomiske lodrette eller vandrette hjørne, bestemme osteotomi tættest på disse hjørner som lodret eller vandret hjørne. - Hvis du vil oprette en linje mellem 2 virtuelle punkter, skal du klikke på Opret | Linje | 2-punkts linje. Vælg 2 punkter under konstruktionselementer i poppet op-menuen for at forbinde dem med en linje. Klik på Opret og luk.
- Opret et midsagittalplan i både Mandible Pre-op og Mandible Post-op ved at klikke på Construct | Plan | Plan i visningsvejledning . Vælg 2 punkter på Z-aksen.
- Hvis du vil oprette en vinkel mellem 2 linjer eller mellem en linje og et plan, skal du klikke på Konstruktion | Vinkel | Vinkelmed 2 retninger . Vælg derefter Linje 1og Line/Plane 2 i poppet-menuen. Klik på Opret og luk.
- Tilslut alle Mandible Pre-op vinkler til Mandible Post-op vinkler ved at vælge en Mandible Pre-op vinkel i explorer menuen, og klik derefter forstørrelsesglas | Måleprincip | Link til faktisk element. Vælg den tilsvarende mandible post-op-vinkel, og klik på OK.
- Med denne viden bestemmes højre og venstre koronale mandibulære vinkler mellem linjerne fra CS til VC og midsagittallinjen (ML).
- Bestemme højre og venstre aksial mandibulære vinkler mellem linjerne fra VC til HC og ML.
- Bestemme sagittal mandibulære vinkler mellem linjerne fra CP til VC og linjerne fra VC til HC.
- Beregn og rapportér afvigelserne i grader (°) mellem de postoperative vinkler og de nærmeste planlagte vinkler.
8. Beregning af XYZ afvigelser og afstand XYZ af de næsten planlagte tandimplantater
BEMÆRK: Brug den korrekte tandimplantatdiameter og -højde (herunder dækskrue) under den præoperative planlægning til korrekt sammenligning.
- Klik på Opret | Punkt | Peg og opret et virtuelt punkt ved hjælp af Ctrl + venstre klik i midten og toppen af dækslet skruer af tandimplantater i Mandible Pre-op fil.
- Klik på Opret | Punkt | Surface Point og skabe et virtuelt punkt ved hjælp af Ctrl + venstre klik i midten og toppen af dækslet skruer af tandimplantater i Mandible Post-op fil.
- Højre museknap klik på første tandimplantat i Mandible Pre-op. Klik på Måleprincip | Link til faktisk element. Vælg det samme tandimplantat af Mandible Post-op. Gentag denne procedure for alle tandimplantater.
- Vælg alle punkterne på tandimplantaterne i både Mandible Pre-op og Mandible Post-op-filerne i menuen til venstre explorer. Klik på forstørrelsesglasset på værktøjslinjen ovenfor. Der vises en rund værktøjslinje på skærmen. Klik på Kontroller og vælg dXYZ for at vise afstanden XYZ i mm pr. tandimplantat ved hjælp af formlen:
Representative Results
En James Brown klasse III mandibulær defekt blev rekonstrueret på vores afdeling med fibula gratis flap som en donor site. Direkte guidet tandimplantat placering blev udført ved hjælp af en fibula skæring guide, som også omfattede tandimplantat guider. Rekonstruktionen blev evalueret med den fremlagte retningslinje. De koronale, aksiale og sagittale afvigelser i mandibulære vinkler (°) og seks tandimplantat XYZ-afstande (mm) blev beregnet og rapporteret (figur 4 og figur 5).
Figur 1: Ensartet orientering af kraniets præoperative STL-model på XYZ-aksen med Frankfurt-planet projiceret til Z-aksen (rød linje), det midsagittale plan, der projiceres til Y-aksen (grøn linje), og den nasion, der projiceres til X-aksen (blå linje). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: En del af højre side af det mandible (uden inddragelse af osteosyntesemateriale, der forårsager spredning) af den præoperative næsten planlagte STL-model, er overlejret på den postoperative STL-model. Efterfølgende cas-softwaren bruges til at beregne det aritmetiske gennemsnit. Afvigelsen på 0,02 mm mellem begge bind i dette eksempel falder ind under normen (<0,5 mm) for at gå videre til næste trin i evalueringsretningslinjen. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Overlejring af den postoperative STL-model (grå) på den præoperative STL-model, der er revideret til den virtuelle plan (blå). Kun begge condylar processer er valgt til den iterative nærmeste punkt algoritme (rød). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Rekonstruktion af en Brown klasse III defekt ved hjælp af fibula fri flap som en donor site. I dette eksempel er seks næsten planlagte tandimplantater primære placeret under rekonstruktionen ved hjælp af en 3D-guide. Korona-, aksial- og sagittalvinkler beregnes på både den præoperative næsten planlagte 3D-model og den postoperative 3D-model. Afvigelserne mellem vinklerne i grader (°) vises. CS, condyle overlegen; CP, condyle posterior; VC, lodret hjørne; HC, vandret hjørne; ML, midsagittal linje; FFF, fibula fri flap. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Tandimplantatafvigelser på X-, Y- og Z-aksen og afstanden XYZ (dXYZ) for de seks guidede placerede tandimplantater. Klik her for at se en større version af denne figur.
Discussion
Denne postoperative evalueringsretningslinje har til formål at fremme øget ensartethed i nøjagtighedsanalysen af computerassisterede mandibulære rekonstruktioner. Der fokuseres på fire komponenter, der bestemmer, hvor vellykket mandibulær rekonstruktion: (1) placeringen af begge kondyler, (2) vinklerne på osteotomiflyene, 3) størrelsen, positionen og fikseringen af knogletransplantatsegmenterne og (4) placeringen af den guidede tand implantater (hvis de udføres øjeblikkeligt og indgå i den virtuelle planlægning).
I det første trin i vores foreslåede protokol anbefaler vi MDCT-scanning for både præ- og postoperativ billedbehandling, fordi kvaliteten af CT-billeder påvirker lydstyrken for segmenterede STL-modeller. De største volumenafvigelser findes i STL-modeller segmenteret ud af keglestrålecomputertomografi (CBCT) scanner DICOM data11. Disse volumenafvigelser påvirker nøjagtigheden og monteringen af 3D-printede skabeloner og hjælpelinjer og påvirker dermed også postoperative nøjagtighedsmålinger mellem præ- og postoperative STL-modeller. Derfor anbefaler vi brug af MDCT-scannere i både præ- og postoperativ billeddannelse til mandibulær rekonstruktion ved hjælp af CAS. Skivetykkelse er den mest påvirkende faktor i STL volumen nøjagtighed og bør indstilles <1.25 mm. En højere skivetykkelse giver efter for tab af detaljer i STL-modellerne og påvirker nøjagtighedsmålingerne12,13. En nyligt offentliggjort systematisk gennemgang af nøjagtigheden i mandibulær rekonstruktion ved hjælp af CAS viste dårlig beskrivelse i materialer og metoder del af CT scanner parametre, der anvendes af forfatterne5. Efter vores mening bør CAS-undersøgelser altid angive typen og parametrene for præ- og postoperative billeddannelsesmetoder i afsnittet materialer og metoder. For at undgå langsigtede ændringer i volumen, form og placering af segmenterne af knogletransplantatet skal den postoperative MDCT-scanning udføres inden for seks uger efter rekonstruktion14. I tilfælde af adjuverende strålebehandling skal du bruge den første postoperative MDCT-scanning før behandlingen for at undgå strålingsrelateret patologi i mandibulær knogle15.
Klassificering af mandibulære defekter er nødvendig for at sammenligne rekonstruktioner med lignende kompleksitet. I 2016 foreslog Brown et al.8 en klassificering af mandibulær defekt, der beskriver fire klasser, med et forhold mellem klassenummeret og rekonstruktionens kompleksitet. Tilpasningen af præ- og postoperative STL-modeller i CAS-softwaren for at vurdere rekonstruktionens nøjagtighed giver visse vanskeligheder. Værktøjet til overlejring af software flytter en valgt del af en STL-model (kilden) til bedst at matche en fast del af en STL-model (referencen) ved hjælp af en iterativ nærmeste punktalgoritme. Overlejring af hele (neo)mandible er imidlertid unøjagtig på grund af spredningen af rekonstruktionspladen(-erne), hvilket vil føre til ændringer af hele rekonstruktionen, som ikke repræsenterer den postoperative kliniske position af underkæben16. Det samme problem indføres, samtidig med at isolerede dele af genopbygningen overlejres17. Overlejring af underkæben, herunder maxilla og kraniet er unøjagtige, fordi munden åbning vil altid være anderledes under præ- og postoperativ scanning. Derfor besluttede vi for at evaluere den postoperative position af (neo)mandible at skabe mandibulære vinkler (som de Maesschalck et al.18) for at kunne vurdere de postoperative position (neo)mandible for at omgå overlejringsproblemerne. Men for at evaluere tandimplantatet positioner, vi nødvendigvis behov for at tilpasse begge modeller, ved hjælp af overlejring software værktøj. For at tilpasse præ- og postoperative STL-modeller med den nærmeste tilgang til den kliniske postoperative intermaxillary relation, mener vi, at overlejring af kun begge condylar processer er den mest gennemførlige, standardiserede og reproducerbare metode. Selv om den postoperative position af begge condyles kan blive påvirket af unøjagtige neomandible rekonstruktion, intermaxillary forholdet vil imødekomme midterlinjen og dermed gennemsnit placeringen af begge condyles omkring midten sagittal plan19. I vores protokol er det kun den præoperative STL-model, der hurtigt fastgøres til XYZ-aksen ved hjælp af et planlinjepunktværktøj i CAS-softwaren, der repræsenterer et benchmark, hvorfra de postoperative afvigelser fra tandimplantaterne kan bestemmes. Den faste kranieposition på XYZ-aksen kan føre til små blæksprutteforskelle mellem tilfældene. Dette har dog ingen indflydelse på tandimplantatmålingerne, da det ikke har nogen konsekvenser for afstanden XYZ i mm mellem tandimplantatpositioner, når den postoperative 3D-model er overlejret på den faste præoperative 3D-model med kun begge condyles valgt til den iterative nærmeste punktalgoritme.
Som beskrevet ovenfor, De Maesschalck et al.18 banebrydende en evalueringsmetode for hårdt væv nøjagtighed mandibulære rekonstruktion ved hjælp af CAS, uden om behovet for osteotomi plan bestemmelse og omgå brugen af en overlejring værktøj. Den alvorligste ulempe ved denne metode er, at den ikke specificerede den metode, der blev anvendt til at bestemme midtsagittalplanet, som skal standardiseres og reproduceres. Der er heller ikke medtaget nogen næsten planlagte tandimplantater, og der mangler en differentiering mellem kompleksiteten af mandibulære rekonstruktioner. Vi medtog evalueringen af postoperative positioner af næsten planlagte tandimplantater i vores protokol, fordi antallet af forfattere, der anvender guidede tandimplantater i fremtiden sandsynligvis vil stige. I 2016 foreslog Schepers et al.20 en fremragende postoperativ evalueringsmetode for næsten planlagte tandimplantater i mandibulær rekonstruktion ved hjælp af CAS ved at måle midtpunktafvigelsen (mm) og vinkelafvigelse (°) pr. tandimplantat. Den vigtigste begrænsning af denne metode er mængden af målinger pr implantat, som mindsker gennemførligheden og resulterer i tab af overblik over nøjagtigheden af hele rekonstruktionen. Vi foreslår en mere forenklet metode ved at bestemme et resumé nummer pr tandimplantat ved at måle afstanden XYZ (dXYZ i mm). Med hensyn til tandrehabilitering er tandimplantatets halss position afgørende for fremtidige proteser. Derfor anbefaler vores evalueringsprotokol at skabe virtuelle punkter på tandimplantaternes hals i de præ- og postoperative STL-modeller. For at gøre det muligt at evaluere tandimplantaterne besluttede vi at springe vinkelafvigelsesmålinger over, fordi vinkelafvigelser på op til 15° kan korrigeres med vinklede implantatabuteringer.
Vores foreslåede retningslinje gælder for alle typer donorwebsteder og giver mulighed for forskellige muligheder for fiksering af knogletransplantatering. Også CT spredning af metal fiksering dele i postoperative billeddannelse vil ikke påvirke målinger af retningslinjen5. I denne evalueringsretningslinje brugte vi Mimics inPrint 3.0 og GOM Inspect Professional 2019. Protokollen beskriver dog softwareværktøjer, der er tilgængelige i alle CAS-softwarepakker. Denne retningslinje har til formål at bidrage til en langt mere standardiseret og ensartet tilgang til at objektivere forholdet mellem nøjagtighed og alle forskellige tilgange i CAS-faserne. Der er rigeligplads til yderligere fremskridt i fastsættelsen af acceptable mandibulære vinkel afvigelser per Brown klasse, deres forhold til de postoperative positioner af næsten planlagte tandimplantater, og acceptable tandimplantat afvigelser (dXYZ) for fremtidige proteser. I øjeblikket er vores afdeling gennemfører en multicenter undersøgelse for at validere denne retningslinje i en stor kohorte, som også tager alle de ovennævnte variabler i betragtning.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Denne forskning modtog ikke noget specifikt tilskud fra finansieringsorganer i den offentlige, kommercielle eller almennyttige sektor.
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).
