Behandeling van gezichtsmisvormingen met behulp van 3D-planning en afdrukken van patiëntspecifieke implantaten
Summary
Naarmate de technologie zich ontwikkelt en gebruiksvriendelijker wordt, moet de planning van operaties en patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten door de chirurg worden uitgevoerd. We presenteren een protocol voor 3D-planning van orthognathic skeletbewegingen en 3D-planning en afdrukken van patiëntspecifieke fixatieplaten en chirurgische gidsen.
Abstract
Technologische vooruitgang in chirurgische planning en patiëntspecifieke implantaten zijn voortdurend in ontwikkeling. Men kan ofwel de technologie om betere resultaten te bereiken, zelfs in de minder ervaren hand, of verder gaan zonder. Naarmate de technologie zich ontwikkelt en gebruiksvriendelijker wordt, geloven we dat het tijd is om de chirurg de mogelijkheid te geven zijn/haar operaties te plannen en zijn/haar eigen patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten te maken, waardoor hij volledige controle over het proces krijgt. We presenteren hier een protocol voor 3D-planning van de operatie, gevolgd door 3D-planning en het afdrukken van chirurgische gidsen en patiëntspecifieke fixatieimplantaten. Tijdens dit proces maken we gebruik van twee commerciële computer-assisted design (CAD) software. We gebruiken ook een gefuseerde depositie modellering printer voor de chirurgische gidsen en een selectieve laser sintering printer voor de titanium patiënt-specifieke fixatie implantaten. Het proces omvat computertomografie (CT) imaging acquisitie, 3D-segmentatie van de schedel en gezichtsbeenderen van de CT, 3D-planning van de operaties, 3D-planning van patiënt-specifieke fixatie implantaat volgens de uiteindelijke positie van de botten, 3D-planning van chirurgische gidsen voor het uitvoeren van een nauwkeurige osteotomie en het voorbereiden van het bot voor de fixatie platen, en 3D-printen van de chirurgische gidsen en de patiënt-specifieke fixatie platen. De voordelen van de methode zijn volledige controle over de operatie, geplande osteotomies en fixatieplaten, aanzienlijke prijsverlaging, vermindering van de werkingsduur, superieure prestaties en zeer nauwkeurige resultaten. Beperkingen zijn onder meer de noodzaak om de CAD-programma’s onder de knie te krijgen.
Introduction
3D-printen is een additieve methode gebaseerd op geleidelijke plaatsing van lagen uit verschillende materialen, waardoor 3D-objecten worden gemaakt. Het werd oorspronkelijk ontwikkeld voor rapid prototyping en werd geïntroduceerd in 1984 door Charles Hull, die wordt beschouwd als de uitvinder van de stereolithografie methode op basis van stollende lagen van fotopolymeer hars1. De technologische vooruitgang in de virtuele planning van operaties en het plannen en afdrukken van patiëntspecifieke implantaten zijn voortdurend in ontwikkeling. Innovaties doen zich zowel voor op het gebied van computer assisted design (CAD) software als in 3D-printtechnologieën2. Gelijktijdig met de ontwikkelingen in de technologie worden de software en printers gebruiksvriendelijker. Dit verkort de tijd die nodig is voor de planning en het afdrukken en stelt de chirurg in staat om zijn/haar operaties te plannen en zijn/haar eigen patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten te maken in een veld dat uitsluitend de “speeltuin” van een ingenieur was. Deze ontwikkelingen stellen chirurgen en ingenieurs ook in staat om nieuwe toepassingen en ontwerpen van patiëntspecifieke implantaten3,4,5te introduceren.
Een van deze toepassingen is 3D-planning van orthognathic operaties, gevolgd door 3D-planning en het afdrukken van chirurgische gidsen en patiëntspecifieke fixatieplaten. Historisch gezien werden orthognathic operaties gepland met behulp van articulators. Een gezichtsboog werd gebruikt om de relatie van de bovenkaak met het temporomandibulaire gewricht te registreren en zo de afgietsels van de patiënt in de articulator te positioneren. Later werden de chirurgische bewegingen uitgevoerd op de afgietsels en een acrylwafer werd bereid om te helpen met de juiste positionering van de kaken tijdens de operatie. Deze methode werd gebruikt voor vele jaren en wordt nog steeds gebruikt tegenwoordig door de meeste, maar het gebruik van kegelbundel computerlicht tomografie (CT) samen met intra-orale scanners en CAD-software toegestaan voor een nauwkeurige planning, het sparen van de noodzaak van gebogen of afgietsels en de overgang naar de oprichting van digitaal geplande wafers6. Deze methode verminderde de onnauwkeurigheid van handmatige manipulatie en metingen, maar had nog steeds gebreken, waaronder het gebruik van de instabiele onderkaak als referentiepunt voor het positioneren van de bovenkaak en het gebrek aan controle over de verticale positionering van de bovenkaak7. Zo werd een nieuwe methode geïntroduceerd. Deze methode wordt de “waferless” operatie genoemd en is gebaseerd op herpositionering van de kaken anatomisch met behulp van chirurgische snijgeleiders en patiëntspecifieke fixatie titanium platen8. Deze methode lost de nadelen op van de eerder beschreven digitale wafermethode. We zullen deze methode beschrijven, die de chirurg volledige vrijheid geeft bij het plannen van deze operaties op een patiëntspecifieke manier, met minimale mogelijke fouten en onnauwkeurigheden. Deze methode maakt een “waferless” operatie mogelijk, wat betekent dat er geen noodzaak is om de tegengestelde kaak te gebruiken als referentie voor het herpositioneren van de botten, waardoor de onnauwkeurigheden die uit deze afhankelijkheid zijn afgeleid9afnemen.
Protocol
Representative Results
Discussion
3D-planning en -printen is een van de snelst evoluerende methoden op chirurgisch gebied. Het is niet alleen een veelbelovend instrument voor de toekomst, maar een praktisch hulpmiddel dat tegenwoordig wordt gebruikt voor zeer nauwkeurige chirurgische resultaten en patiëntspecifieke oplossingen. Het zorgt voor zeer nauwkeurige resultaten en vermindert de afhankelijkheid van de ervaring van de chirurg10. Het lost veel van de nadelen van de vorige oude mode chirurgische methoden, maar de kosten vert…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Er is geen financiering ontvangen voor dit werk.
Materials
| Dolphin imaging software | Dolphin Imaging Systems LLC (Patterson Dental Supply, Inc) | 3D analysis and virtual planning of orthognathic surgeries | |
| Geomagic Freeform | 3D systems | Sculpted Engineering Design |
References
- Hull, C. W. . Apparatus for production of three-dmensonal objects by stereo thography. , (1986).
- Shilo, D., Emodi, O., Blanc, O., Noy, D., Rachmiel, A. Printing the Future-Updates in 3D Printing for Surgical Applications. Rambam Maimonides Medical Journal. 9 (3), 20 (2018).
- Emodi, O., Shilo, D., Israel, Y., Rachmiel, A. Three-dimensional planning and printing of guides and templates for reconstruction of the mandibular ramus and condyle using autogenous costochondral grafts. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (1), 102-104 (2017).
- Leiser, Y., Shilo, D., Wolff, A., Rachmiel, A. Functional reconstruction in mandibular avulsion injuries. Journal of Craniofacial Surgery. 27 (8), 2113-2116 (2016).
- Rachmiel, A., Shilo, D., Blanc, O., Emodi, O. Reconstruction of complex mandibular defects using integrated dental custom-made titanium implants. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (4), 425-427 (2017).
- Lauren, M., McIntyre, F. A new computer-assisted method for design and fabrication of occlusal splints. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (4), 130-135 (2008).
- Song, K. -. G., Baek, S. -. H. Comparison of the accuracy of the three-dimensional virtual method and the conventional manual method for model surgery and intermediate wafer fabrication. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 107 (1), 13-21 (2009).
- Mazzoni, S., Bianchi, A., Schiariti, G., Badiali, G., Marchetti, C. Computer-aided design and computer-aided manufacturing cutting guides and customized titanium plates are useful in upper maxilla waferless repositioning. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 73 (4), 701-707 (2015).
- Hanafy, M., Akoush, Y., Abou-ElFetouh, A., Mounir, R. Precision of orthognathic digital plan transfer using patient-specific cutting guides and osteosynthesis versus mixed analogue-digitally planned surgery: a randomized controlled clinical trial. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 49 (1), 62-68 (2019).
- Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. Biomedical Engineering Online. 15 (1), 115 (2016).
