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Medicine

Behandlung von Gesichtsdeformitäten durch 3D-Planung und Druck patientenspezifischer Implantate

doi: 10.3791/60930 Published: May 23, 2020
* These authors contributed equally

Summary

Da sich die Technologie entwickelt und benutzerfreundlicher wird, sollte die Planung von Operationen und patientenspezifischen chirurgischen Führungen und Fixierungsplatten vom Chirurgen durchgeführt werden. Wir präsentieren ein Protokoll zur 3D-Planung von orthognathischen Skelettbewegungen und zur 3D-Planung und zum Druck von patientenspezifischen Fixierungsplatten und chirurgischen Führungen.

Abstract

Technologische Fortschritte in der chirurgischen Planung und patientenspezifische Implantate entwickeln sich ständig weiter. Man kann entweder die Technologie übernehmen, um bessere Ergebnisse zu erzielen, auch in der weniger erfahrenen Hand, oder ohne sie weitermachen. Da sich die Technologie entwickelt und benutzerfreundlicher wird, glauben wir, dass es an der Zeit ist, dem Chirurgen die Möglichkeit zu geben, seine Operationen zu planen und seine eigenen patientenspezifischen chirurgischen Führungen und Fixierungsplatten zu erstellen, die ihm die volle Kontrolle über den Prozess ermöglichen. Wir präsentieren hier ein Protokoll zur 3D-Planung der Operation, gefolgt von der 3D-Planung und dem Druck von chirurgischen Führungen und patientenspezifischen Fixierungsimplantaten. Dabei verwenden wir zwei kommerzielle computergestützte Design-Software (CAD). Wir verwenden auch einen fused deposition modeling Drucker für die chirurgischen Führungen und einen selektiven Lasersinterdrucker für die Titan-Patienten-spezifischen Fixierungsimplantate. Das Verfahren umfasst die Bildgebungserfassung (CT), die 3D-Segmentierung des Schädels und der Gesichtsknochen aus der CT, die 3D-Planung der Operationen, die 3D-Planung des patientenspezifischen Fixierungsimplantats entsprechend der Endposition der Knochen, die 3D-Planung von chirurgischen Leitfäden für die Durchführung einer genauen Osteotomie und die Vorbereitung des Knochens für die Fixierungsplatten sowie den 3D-Druck der chirurgischen Leitfäden und der patientenspezifischen Fixierungsplatten. Die Vorteile der Methode sind die volle Kontrolle über die Operation, geplante Osteotomien und Fixierungsplatten, signifikante Preissenkung, Verkürzung der Betriebsdauer, überlegene Leistung und hochpräzise Ergebnisse. Zu den Einschränkungen gehört die Notwendigkeit, die CAD-Programme zu beherrschen.

Introduction

Der 3D-Druck ist ein additives Verfahren, das auf der schrittweisen Platzierung von Schichten aus verschiedenen Materialien basiert und so 3D-Objekte erzeugt. Es wurde ursprünglich für Rapid Prototyping entwickelt und 1984 von Charles Hull eingeführt, der als Erfinder der Stereolithographie-Methode auf der Grundlage von Erstarrungsschichten von Photopolymerharz1gilt. Technologische Fortschritte in der virtuellen Planung von Operationen sowie planung und Druck von patientenspezifischen Implantaten entwickeln sich ständig weiter. Innovationen entstehen sowohl im Bereich der computergestützten Designsoftware (CAD) als auch in den 3D-Drucktechnologien2. Gleichzeitig mit technologischen Entwicklungen werden Software und Drucker benutzerfreundlicher. Dies verkürzt die Zeit für Planung und Druck und ermöglicht dem Chirurgen die Möglichkeit, seine Operationen zu planen und seine eigenen patientenspezifischen chirurgischen Führungen und Fixierungsplatten in einem Feld zu erstellen, das ausschließlich ein "Spielplatz" eines Ingenieurs war. Diese Entwicklungen ermöglichen es Auch Chirurgen und Ingenieuren, neue Anwendungen und Designs von patientenspezifischen Implantaten3,4,5einzuführen.

Eine dieser Anwendungen ist die 3D-Planung orthognathistischer Operationen, gefolgt von der 3D-Planung und dem Druck von chirurgischen Führungen und patientenspezifischen Fixierungsplatten. Historisch wurden orthognathischen Operationen mit Artikulatoren geplant. Ein Gesichtsbogen wurde verwendet, um die Beziehung des Oberkiefers zum temporomandibulären Gelenk zu registrieren und so die Abgüsse des Patienten im Artikulator zu positionieren. Später wurden die chirurgischen Bewegungen an den Gussteilen durchgeführt und ein Acryl-Wafer wurde vorbereitet, um bei der richtigen Positionierung der Kiefer während der Operation zu helfen. Diese Methode wurde viele Jahre lang verwendet und wird heute noch von den meisten verwendet, aber die Verwendung von Kegelstrahl-Computertomographie (CT) zusammen mit intraoralen Scannern und CAD-Software ermöglichte eine genaue Planung, schonen den Bedarf an Facebows oder Gussteilen und in Richtung der Schaffung digital geplanter Wafer6. Diese Methode reduzierte die Ungenauigkeit der manuellen Manipulation und Messungen, hatte aber immer noch Fehler, einschließlich der Verwendung des instabilen Unterkiefers als Bezugspunkt für die Positionierung des Oberkiefers und mangelnde Kontrolle über die vertikale Positionierung des Oberkiefers7. So wurde eine neue Methode eingeführt. Diese Methode wird als "waferless" Chirurgie bezeichnet und basiert auf der anatomischen Neupositionierung der Kiefer mit chirurgischen Schneidführungen und patientenspezifischer Fixierung Titanplatten8. Diese Methode löst die Zuvor beschriebenen Nachteile der zuvor beschriebenen digitalen Wafermethode. Wir beschreiben diese Methode, die dem Chirurgen völlige Freiheit bei der Planung dieser Operationen auf patientenspezifische Weise, mit minimalen möglichen Fehlern und Ungenauigkeiten ermöglicht. Diese Methode ermöglicht eine "waferlose" Operation, was bedeutet, dass es nicht notwendig ist, den gegensätzigen Kiefer als Referenz für die Neupositionierung der Knochen zu verwenden, wodurch die ungenauigkeiten, die sich aus dieser Abhängigkeit ergeben, verringert werden9.

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Protocol

1. Neupositionierung der Backen

HINWEIS: Dieser Abschnitt wird mit der Bildgebungssoftware (d. h. Dolphin) durchgeführt.

  1. Laden Sie die Gesichtsknochen CT-Bild DICOM-Dateien des Patienten (Abbildung 1A) in die Software durch Die Auswahl der 3D-Taste auf der linken Seite und klicken Sie auf Import New DICOM (Ergänzende Abbildung 1). Geben Sie den 3D-Bearbeitungsmodus ein, indem Sie auf 3D | Bearbeiten.
  2. Richten Sie das 3D-Bild mit der Orientierungstaste auf der linken Seite aus. Erstellen Sie ein Panoramabild mit der Schaltfläche Röntgen erstellen auf der linken Seite (Ergänzende Abbildung 2).
  3. Gehen Sie zu Tools | Orthognathistisch-chirurgische Planung | Starten Sie New Workup.
  4. Positionieren Sie die Segmente im Panoramabild. Schneiden Sie jedes Segment zu, um den Bereich des entsprechenden Bone zu enthalten.
    HINWEIS: Die Reinigungsstufe ist nützlich, wenn aus Gründen der Genauigkeit ein gescannter Zahnbogen und ein CT-Scan überlagert werden, um einen Wafer zu erstellen. Dies ist nicht in einer "waferlosen" Operation angegeben, wie hier vorgestellt und so in diesem Stadium kann man CT-Unvollkommenheiten reinigen, wenn sie vorhanden sind.
  5. Wählen Sie die geeignete Osteotomie für den Patienten auf der linken Pfanne unter Osteotomien (wie LeFort I, sagittal Split, etc.). Markieren Sie die genaue Position der Osteotomielinien, indem Sie die gelben Kreise bewegen (Ergänzungsabbildung 3).
    HINWEIS: Es ist äußerst wichtig, die Wurzelspitzen der Zähne zu beachten, da die Lage der Osteotomie, die hier beschlossen wird, die später auf der Grundlage der chirurgischen Führungen durchgeführt wird. Vermeiden Sie immer die Wurzeln und halten Sie einen Abstand von 5 mm.
  6. Markieren Sie verschiedene Sehenswürdigkeiten, indem Sie mit der linken Maustaste auf die richtige Position für jedes vorgeschlagene Wahrzeichen klicken.
    HINWEIS: Dies ist wichtig für Messungen und Bewegungszwecke in den nächsten Phasen.
  7. Führen Sie Bewegungen von Knochensegmenten durch. Ziehen Sie den Bone an die richtige Position oder aus Gründen der Genauigkeit mit der rechten Maustaste, und wählen Sie Eingabebewegungen mit der Tastaturaus.
  8. Um die Bewegung wichtiger Landmarks zu verfolgen, drücken Sie die Schaltfläche Optionen behandeln auf der linken Seite und wählen Sie Landmark Offset- und Messtabellen anzeigen.
    ANMERKUNG: In der nächsten Registerkarte kann der pre und post virtuell geplante Vorgang beobachtet werden (Ergänzende Abbildung 4).
  9. Exportieren Sie die Stl-Dateien der beiden verschiedenen Positionen der Knochensegmente, eine in der präoperativen Phase und eine in der postoperativen Phase, mit der Schiebeleiste auf der linken Seite und den Exportsegmenten in der Stl-Taste auf der linken Seite.

2. Vorbereitung patientenspezifischer Fixierplatten und chirurgischer Führungen

HINWEIS: Dieser Abschnitt wird mit der 3D-Design-Software (d. h. Geomagic Freeform) durchgeführt.

  1. Klicken Sie auf Datei | Importmodell (Ergänzende Abbildung 5A), um die stl-Dateien aus Schritt 1.9 zu importieren, die die Position des Oberkiefers und des Mittelgesichts nach der Osteotomie, aber vor der Neupositionierung in der endgültigen Position zeigen.
  2. Beginnen Sie mit der Planung der patientenspezifischen Fixierungsplatten in der Endposition des Oberkiefers. Wählen Sie in der Werkzeugpalette links unter der Kategorie Ebenen die Option Ebene erstellen (Zusätzliche Abbildung 6A). Hier wird die erste Konstruktion der Platten durchgeführt. Bewegen Sie die Ebene manuell parallel zum Knochen, an dem die Platte platziert wird.
  3. Wählen Sie unter der Kategorie Skizze (Ergänzende Abbildung 6B) eine Kreisform aus und erstellen Sie Kreise mit einer Größe, die für die später zu verwendenden Schrauben geeignet ist. Erstellen Sie einen zweiten Kreis um den vorherigen 3 mm größeren Durchmesser, um die Befestigungsplatte zu skizzieren.
    HINWEIS: Die Größe der Kreise wird auf der Grundlage der in jedem Institut verwendeten Fixierungssätze bestimmt. Die Kreise werden oberhalb und unterhalb der geplanten chirurgischen Osteotomie platziert (bereits in Abschnitt 1 festgelegt).
  4. Projizieren Sie den Entwurf von der Ebene auf den Knochen. Verwenden Sie unter der Kategorie Kurven (Ergänzende Abbildung 7) das Projektskizzenwerkzeug und wählen Sie die Kreise aus, die von der Ebene auf den Knochen übertragen werden sollen.
  5. Um die äußeren Kreise für das Design der äußeren Grenzplatte zu verbinden, wählen Sie unter der Kategorie Kurven das geteilte Werkzeug aus, und definieren Sie den Teil des Kreises, der entfernt wird, um eine Verbindung zu den angrenzenden Kreisen zu ermöglichen. Wählen Sie mit der Auswahloption den definierten Teil des Kreises aus und löschen Sie ihn. Verwenden Sie unter der Kategorie Kurven das Werkzeug "Zeichnungskurve", und verbinden Sie die äußeren Kreise, um eine kontinuierliche äußere Form der patientenspezifischen Platte zu erstellen.
  6. Duplizieren Sie vor dem Erstellen der Fixierungsplatte den Oberkiefer, indem Sie mit der rechten Maustaste klicken und Duplizieren aus der Objektliste auswählen (Ergänzende Abbildung 7A). Dies ermöglicht die Verwendung des booleschen Werkzeugs in den nächsten Schritten, um die Fixierungsplatte zu erstellen.
  7. Verwenden Sie unter der Kategorie Detail Clay die Prägung mit Kurvenwerkzeug. Dadurch wird das Volumen der Fixierungsplatte auf der Grundlage der zuvor projizierten Kurven erstellt. Wählen Sie die äußere Formkurve aus, und platzieren Sie dann den kreisförmigen Cursor innerhalb und auf der Oberfläche der geformten Platte (beachten Sie, dass der Cursor auf der Seite platziert werden soll, um geprägt zu werden). Wählen Sie unten die Parameter der Funktion aus, vor allem die Option Entfernung, die die Dicke der zukünftigen Befestigungsplatte steuert.
  8. Trennen Sie die Platte vom Oberkiefer. In dieser Phase wird die boolesche Option ausgeführt. Wählen Sie den ursprünglichen Oberkiefer, klicken Sie mit der rechten Maustaste aus der Objektliste und klicken Sie auf Boolean | Entfernen von | Oberkiefer mit Platte.
  9. Um die Bohrungen für die Schrauben zu erstellen, zeichnen Sie entweder die Schrauben/scannen Sie sie und verwenden Sie dann die boolesche Option oder verwenden Sie das SubD-Werkzeug. Verwenden Sie unter der Kategorie Unterd-Oberflächen (Ergänzende Abbildung 8) das Werkzeug Drahtschnitt SubD, um Stäbe senkrecht zur Platte in der Größe der gewünschten Bohrungen zu erstellen, die basierend auf den in Schritt 2.3 erstellten Kreisen durchgeführt wird, die von der senkrechten Ebene stammen.
  10. Als nächstes subtrahieren Sie die Stäbe von der Platte mit dem Boolean | Aus der Technik entfernen.
    ANMERKUNG: Zu diesem Zeitpunkt ist die endgültige Befestigungsplatte fertig (Ergänzungsabbildung 9). Für die Osteotomie müssen geeignete chirurgische Führungen geplant werden, damit die Platten perfekt passen.
  11. Um die Führungen zu erstellen, positionieren Sie den Oberkiefer an seine ursprüngliche Position, aber mit den Im Knochen markierten Schraubenlöchern entsprechend der Fixationsplatte, die in der endigen Position des Kiefers erstellt wurde (beachten Sie, dass die Löcher in der Mittelfläche die Position nicht ändern, da die Mittelfläche an der gleichen Position bleibt).
    1. Um dies durchzuführen, positionieren Sie den Kiefer mit den Kurven für die Löcher, die für die endgültige Befestigungsplatte verwendet werden, an der ursprünglichen Position des Kiefers vor der Bewegung. Verwenden Sie unter der Kategorie "Ton auswählen/verschieben" die Option Stücke registrieren. wählen Sie die Quelle (Oberkiefer-Postbewegung) und das Ziel (Oberkiefer und Mittelgesicht vor der Bewegung). Verwenden Sie eine große Anzahl von Fixpunkten auf beiden Objekten, um die Genauigkeit bei der Neupositionierung zu erzielen.
  12. Basierend auf neu positionierten Löchern erstellen die chirurgischen Führungen in ähnlicher Weise wie für die Befestigungsplatten beschrieben (Schritte 2.3-2.10).

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Representative Results

Um die klinische Anwendung der Methode zu beobachten, stellen wir einen Fall einer 23-jährigen Frau vor. Sie litt in einem jüngeren Alter an kondylarer Hyperplasie, was zu einer Asymmetrie beider Kiefer führte. Abbildung 1A zeigt den retrognathischen Oberkiefer und den prognathischen Unterkiefer, die die Diskrepanzen zwischen den Kiefern aufweisen. In der Frontalansicht kann die starke Asymmetrie anhand der gelben und roten Linien detailliert beobachtet werden. Mit der Bildgebungssoftware (Ergänzende Abbildung 1) wurde ein chirurgischer Behandlungsplan durchgeführt (Ergänzungsfigur 2, Ergänzungsfigur 3und Ergänzende Abbildung 4). Der operationsische Plan basierte auf einer lateralen cephalometrischen Analyse. Die Lage der geplanten knöchernen Osteotomie ist wichtig, um den gesunden Gebiss zu erhalten und auch eine ordnungsgemäße Platzierung der Befestigungsschrauben in intakten Knochen zu ermöglichen. Die 3D-Stl-Dateien wurden aus der Imaging-Software exportiert und in die 3D-Design-Software sowohl in vor- als auch nach geplanten knöchernen Bewegungs-Setups importiert (Ergänzende Abbildung 5). Die patientenspezifische Fixierungsplatte war geplant (Ergänzungsfigur 6, Ergänzungsfigur 7, Ergänzungsfigur 8und Ergänzungsfigur 9), gefolgt von der chirurgischen Leitplanitierung (Ergänzungsfigur 10 und Ergänzungsfigur 11). Die Fixierplatte wurde am postoperativen geplanten Standort und der chirurgischen Anleitung zum aktuellen Status des Patienten auf Basis der geplanten Osteotomie geplant. Bei dem vorgestellten Patienten wurde eine bimaxilläre Operation durchgeführt. Der Oberkiefer wurde in der ersten Stufe nach einer Neupositionierung des Unterkiefers entsprechend der letzten Zahnveroccklusion neu positioniert. Ein vestibulärer Schnitt über der Schleimhautlinie im Oberkiefer wurde durchgeführt, um den Knochen freizulegen. Der Nasenboden wurde erhöht, die chirurgischen Führungen wurden anatomisch positioniert, gefolgt von Bohrlöchern im Knochen durch die Löcher in den Führungen (diese Löcher würden später mit der patientenspezifischen Fixierplatte nach Derpositionierung des Kiefers übereinstimmen). Eine Osteotomie auf LeFort-I-Ebene auf Basis des chirurgischen Führers wurde mit einer Wechselsäge durchgeführt. Das Septum, die Seitenwände der Nasenhöhle und die pterygomaxilläre Kreuzung wurden mit geeigneten Osteotomen getrennt. Der Oberkiefer wurde mobilisiert und symmetrisch an der entsprechenden Stelle auf der Grundlage der Löcher in der endgültigen patientenspezifischen Fixierplatte neu positioniert, die den zuvor gebohrten Löchern im Oberkiefer und Immittelbereich (mit Hilfe der chirurgischen Führungen) entsprachen. Die Platte wurde mit Titanschrauben fixiert und die chirurgische Wunde wurde vernässt. Eine Osteotomie des Unterkiefers wurde dann mit einer sagittalen Split-Osteotomie durchgeführt und auf der Grundlage der Zahnveroccklusion neu positioniert. Das Endergebnis ist in Abbildung 1Bdargestellt; beachten Sie die Korrektur der Diskrepanzen der Kiefer und die starke Asymmetrie.

Figure 1
Abbildung 1: Vor- und Nachbearbeitung eines 23-jährigen Patienten mit Asymmetrie in den Gesichtsknochen. (A) Vor-Operation-Bildgebung. Links: ein cephalometrisches Bild; Rechts: eine frontale 3D-Rekonstruktionsansicht von CT, die die schwere Asymmetrie zeigt. (B) Postoperative Bildgebung. Links: ein seitliches cephalometrisches Bild; Rechts: ein hinteres anteriores cephalometrisches Bild, das die perfekte Korrektur der Asymmetrie zeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 1
Ergänzende Abbildung 1: Eine Ansicht des Arbeitsbereichs und der 3D-Schaltfläche zum Importieren und Bearbeiten im 3D-Modus. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 2
Ergänzende Abbildung 2: Erstellen eines Röntgenbildes. Bei der Planung eines Operationsplans ist das Erstellen eines Panorama-Röntgenbildes aus dem CT-Bild obligatorisch. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 3
Ergänzende Abbildung 3: Osteotomie in der Bildgebungssoftware. Eine Le-Fort I Osteotomie wird beobachtet, die den Oberkiefer vom Mittelgesicht trennt. Die Lage der Osteotomie ist entscheidend, da sie in den nächsten Stadien für den chirurgischen Führungenbau und die Fixierungsplattenpositionierung verwendet wird. Vermeiden Sie die zahnärztlichen Wurzeln. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 4
Ergänzende Abbildung 4: Chirurgischer Behandlungsplan in der Bildgebungssoftware. Die Vor- und Nachvorgangs-3D-Planung kann beobachtet werden. Die Präoperative wird links und die Post-operative auf der rechten Seite angezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 5
Ergänzende Abbildung 5: Importieren in die 3D-Design-Software. Die 3D-Stl-Dateien wurden aus der Imaging-Software exportiert und in die 3D-Design-Software importiert. (A) Präoperatives Mittelgesicht, Oberkiefer und Unterkiefer. (B) Postoperativer Oberkiefer und Unterkiefer (beachten Sie, dass die Mittelwand ihre Position nicht ändert). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 6
Ergänzende Abbildung 6: Planung der Befestigungsplatte. (A) Es wird eine parallele Ebene erstellt. (B) Die Löcher für die Schrauben und die äußere Form der Platte sind auf der Ebene geplant. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 7
Ergänzende Abbildung 7: Befestigungsplattenkonstruktion. (A) Nach Projektion von der Ebene und Abschluss der äußeren Form der Platte. (B) Erstellen der Dicke der Platte. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 8
Ergänzende Abbildung 8: Fixierungsplattenlochvorbereitung. (A) Verwenden der booleschen Funktion zum Trennen der Fixierungsplatte. (B) Markieren der Löcher in der Platte mit der Option SubD. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 9
Ergänzende Abbildung 9: Abgeschlossene patientenspezifische Fixierungsplatte. (A) Die fertige Platte. (B) Die Platte auf dem Knochen nach der geplanten knöchernen Bewegung. Beachten Sie die perfekte Passform. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 10
Ergänzende Abbildung 10: Chirurgische Leitplanung. Die Planung erfolgt mit den am Oberkiefer geplanten Löchern in der Endposition (um eine perfekte Passform mit den Löchern in der Fixierplatte zu erhalten), aber nach dem Verschieben des Kiefers in die präoperative Position, da die Führungen die ersten sind, die während der Operation zur Knochenosteotomie-Vorbereitung verwendet werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Supplemental Figure 11
Ergänzende Abbildung 11: Abgeschlossene chirurgische Führungen. (A) Die abgeschlossenen chirurgischen Führungen auf den präoperativen knöchernen Gesichtsknochen. (B) Sowohl die chirurgischen Führungen als auch die endgültigen Befestigungsplatten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Discussion

Die 3D-Planung und der Druck ist eine der am schnellsten entwickelnden Methoden im chirurgischen Bereich. Es ist nicht nur ein vielversprechendes Werkzeug für die Zukunft, sondern ein praktisches Werkzeug, das heutzutage für hochpräzise chirurgische Ergebnisse und patientenspezifische Lösungen eingesetzt wird. Es ermöglicht hochgenaue Ergebnisse und reduziert die Abhängigkeit von der Erfahrung des Chirurgen10. Es löst viele der Nachteile der früheren alten Mode chirurgische Naden, aber die Kosten verzögern die vollständige Umsetzung der Methode10. Die hausinterne Planung und der Druck der chirurgischen Führungen reduzieren die Kosten auf eine vernachlässigbare Ausdehnung und reduzieren die Kosten für die patientenspezifische Fixierungsplatte drastisch. In diesem Bericht beschreiben wir eine Methode zur 3D-Planung der orthognathischen Chirurgie, gefolgt von der 3D-Planung und dem Druck von chirurgischen Führungen und patientenspezifischen Fixierungsplatten als Grundlage für den Chirurgen, den gesamten Prozess intern durchzuführen. Dieses Protokoll kann für jede orthognathisige Chirurgie verwendet werden, die alle oben genannten Vorteile umsetzt.

Dieses Protokoll basiert auf zwei CAD-Software. Die erste ist die Bildgebungssoftware, die Segmentierung und chirurgische Planung einschließlich Osteotomie-Standort und knöcherne Bewegungen ermöglicht. Die zweite ist die 3D-Design-Software, die die Planung der chirurgischen Führungen und der patientenspezifischen Fixierungsimplantate ermöglicht.

Bei der Verwendung der Bildgebungssoftware ist es wichtig, ein richtiges CT-Bild zu erwerben, den Osteotomie-Standort richtig zu planen, Schäden an Zahnwurzeln zu vermeiden und immer im Auge zu behalten, wo die zukünftigen Fixierplatten platziert werden, so dass genügend Platz für die geplanten Platten und Schrauben bleibt. Denken Sie daran, die Löcher in den chirurgischen Führungen vorbereitet müssen, um die Löcher der endgültigen Befestigungsplatte entsprechen. Achten Sie darauf, die richtigen Stadien der chirurgischen Planung, die Position des Oberkiefers nach der Osteotomie, aber vor der Bewegung zu exportieren, und eine weitere Stl-Datei mit der endgültigen Position des Oberkiefers.

Bei der Verwendung der 3D-Designsoftware ist es wichtig, zuerst die endgültigen patientenspezifischen Fixierungsplatten zu planen. Nach der Lochvorbereitung für die Schrauben muss der Oberkiefer mit den Löchern entsprechend der Position vor der chirurgischen Bewegung zur Vorbereitung der chirurgischen Schneidführung mit den Löchern in der richtigen Position neu positioniert werden. Daher ist die Reihenfolge der Schritte entscheidend für eine genaue Positionierung und eine korrekte chirurgische Führungsvorbereitung. Denken Sie immer daran, dass, wenn es einen Zweifel an Abweichungen in der Knochenkontinuität aufgrund von Artefakten oder unsachgemäße Knochensegmentierung ist es bevorzugt, Knochen in den fehlenden Teil hinzufügen, weil ein leichter Abstand zwischen der Fixierungsplatte und dem Knochen in einem bestimmten Bereich gegenüber knöchernen stören mit der Platzierung der Platte bevorzugt wird. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass manchmal kieferorthopädische Vorbereitung kann zu knöchernen Mängeln und exponierten Zahnwurzeln führen, so sollte man nicht davon ausgehen, dass dies auf Artefakte zurückzuführen ist.

Diese Methode beschreibt grundlegende Prinzipien bei der chirurgischen Planung von orthognathisigen Fällen einschließlich der Planung von chirurgischen Führungen und patientenspezifischen Fixierungsplatten. Es löst die Ungenauigkeiten, die in früheren nicht berechneten und halb berechneten Methoden wie digitalen Wafern vorhanden sind, und ermöglicht die vollständige Kontrolle über die vertikale Dimension, die in diesen Methoden keine definitive Lösung erhalten hat. Weitere Vorteile der Methode sind die vollständige Kontrolle über die Operation durch die Durchführung eines virtuellen Operationsplans, einschließlich der geplanten Osteotomien und Fixierungsplatten, eine signifikante Preissenkung (im Vergleich zur Auslagerung der Planung) und eine Reduzierung der Betriebsdauer. Zu den Einschränkungen gehören die Notwendigkeit, die CAD-Programme zu beherrschen, und der Preis der 3D-gedruckten Titanplatten, der deutlich höher ist als bei wafers und stock titan plates. Die hier beschriebenen Methoden, insbesondere die Planung von chirurgischen Führungen und Platten, können für viele chirurgische Zwecke weiter modifiziert werden. Wir beschreiben den Einsatz dieser Methode für die chirurgische Planung der knöchernen Resektion und Rekonstruktion in Gesichtsknochen. Diese Methode kann zur Innovation im Bereich der chirurgischen Planung und Rekonstruktion3,5 eingesetzt werden und kann auch in der Forschung eingesetzt werden, zum Beispiel bei der Planung anspruchsvoller Gerüstkonstruktionen für die Knochenregeneration.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Acknowledgments

Für diese Arbeit wurden keine Mittel bereitgestellt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

  1. Hull, C. W. Apparatus for production of three-dmensonal objects by stereo thography. Arcadia, CA. US4575330A (1986).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Leiser, Y., Shilo, D., Wolff, A., Rachmiel, A. Functional reconstruction in mandibular avulsion injuries. Journal of Craniofacial Surgery. 27, (8), 2113-2116 (2016).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
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Cite this Article

Shilo, D., Capucha, T., Goldstein, D., Bereznyak, Y., Emodi, O., Rachmiel, A. Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants. J. Vis. Exp. (159), e60930, doi:10.3791/60930 (2020).More

Shilo, D., Capucha, T., Goldstein, D., Bereznyak, Y., Emodi, O., Rachmiel, A. Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants. J. Vis. Exp. (159), e60930, doi:10.3791/60930 (2020).

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