Behandling af ansigtsdeformiteter ved hjælp af 3D-planlægning og udskrivning af patientspecifikke implantater
Summary
Efterhånden som teknologien udvikler sig og bliver mere brugervenlig, skal kirurgen udføre planlægning af operationer og patientspecifikke kirurgiske vejledninger og fikseringsplader. Vi præsenterer en protokol for 3D-planlægning af ortognatiske skeletbevægelser og 3D-planlægning og udskrivning af patientspecifikke fikseringsplader og kirurgiske vejledninger.
Abstract
Teknologiske fremskridt inden for kirurgisk planlægning og patientspecifikke implantater er i konstant udvikling. Man kan enten vedtage teknologien for at opnå bedre resultater, selv i de mindre erfarne hånd, eller fortsætte uden. Som teknologien udvikler sig og bliver mere brugervenlig, mener vi, at det er på tide at give kirurgen mulighed for at planlægge hans / hendes operationer og skabe hans / hendes egen patient-specifikke kirurgiske vejledninger og fiksering plader giver ham fuld kontrol over processen. Vi præsenterer her en protokol for 3D-planlægning af operationen efterfulgt af 3D-planlægning og udskrivning af kirurgiske vejledninger og patientspecifikke fikseringsimplantater. Under denne proces bruger vi to kommercielle computer-assisteret design (CAD) software. Vi bruger også en sammensmeltet aflejringsmodelleringsprinter til de kirurgiske vejledninger og en selektiv lasersintringsprinter til de titaniumpatientspecifikke fikseringsimplantater. Processen omfatter computertomografi (CT) billeddannelse erhvervelse, 3D segmentering af kraniet og ansigtet knogler fra CT, 3D-planlægning af operationer, 3D-planlægning af patient-specifikke fiksering implantat i henhold til den endelige position af knoglerne, 3D-planlægning af kirurgiske vejledninger til at udføre en nøjagtig osteotomi og forberede knoglen til fiksering plader, og 3D-udskrivning af kirurgiske vejledninger og patient-specifikke fiksering plader. Fordelene ved metoden omfatter fuld kontrol over operationen, planlagte osteotomies og fikseringsplader, betydelig reduktion i pris, reduktion i driftsvarighed, overlegen ydeevne og meget præcise resultater. Begrænsninger omfatter behovet for at beherske CAD-programmerne.
Introduction
3D-print er en additiv metode baseret på gradvis placering af lag fra forskellige materialer, hvilket skaber 3D-objekter. Det blev oprindeligt udviklet til rapid prototyping og blev indført i 1984 af Charles Hull, der betragtes som opfinderen af stereolitografi metode baseret på størkning lag af fotopolymer harpiks1. Teknologiske fremskridt i virtuel planlægning af operationer og planlægning og udskrivning af patientspecifikke implantater er i konstant udvikling. Innovationer opstår både inden for CAD-software (computer assisted design) og i 3D-printteknologier2. Samtidig med udviklingen inden for teknologi bliver softwaren og printerne mere brugervenlige. Dette forkorter den tid, der kræves til planlægning og udskrivning og giver kirurgen mulighed for at planlægge sine operationer og skabe hans / hendes egen patient-specifikke kirurgiske guider og fiksering plader på et område, der udelukkende var en ingeniør’s “legeplads”. Denne udvikling giver også kirurger og ingeniører mulighed for at indføre nye anvendelser og design af patientspecifikke implantater3,4,5.
En af disse applikationer er 3D-planlægning af ortognatiske operationer efterfulgt af 3D-planlægning og udskrivning af kirurgiske vejledninger og patientspecifikke fikseringsplader. Historisk, ortognatiske operationer blev planlagt ved hjælp af artikulatorer. En facebow blev brugt til at registrere forholdet mellem overkæben til temporomandibulære fælles dermed positionere patientens kaster i artikulatoren. Senere blev de kirurgiske bevægelser udført på afstøbninger og en akryl wafer var parat til at hjælpe med korrekt positionering af kæberne under operationen. Denne metode blev brugt i mange år og bruges stadig i dag af de fleste, men udnyttelsen af kegle stråle computertomografi (CT) sammen med intra-oral scannere og CAD-software tilladt for nøjagtig planlægning, skåne behovet for facebows eller kaster og bevæger sig i retning af oprettelsen af digitalt planlagte vafler6. Denne metode reducerede unøjagtigheden af manuel manipulation og målinger, men havde stadig fejl, herunder brug af den ustabile underkæbe som referencepunkt for positionering af overkæben og manglende kontrol over den lodrette placering af overkæben7. Der blev således indført en ny metode. Denne metode kaldes “waferless” kirurgi og er baseret på repositionering af kæberne anatomisk ved hjælp af kirurgiske skærevejledninger og patientspecifik fiksering titanium plader8. Denne metode løser ulemperne ved den digitale wafermetode, der er beskrevet før. Vi vil beskrive denne metode, som giver kirurgen fuldstændig frihed i planlægningen af disse operationer på en patientspecifik måde, med minimalmulige fejl og unøjagtigheder. Denne metode giver mulighed for en “waferless” kirurgi, hvilket betyder, at der ikke er behov for at bruge den modsatte kæbe som reference for repositionering knoglerne, og dermed mindske unøjagtigheder afledt af denne afhængighed9.
Protocol
Representative Results
Discussion
3D-planlægning og -udskrivning er en af de mest udviklede metoder på det kirurgiske område. Det er ikke kun et lovende værktøj for fremtiden, men et praktisk værktøj, der anvendes i dag til meget præcise kirurgiske resultater og patientspecifikke løsninger. Det giver mulighed for meget præcise resultater og reducerer afhængigheden af kirurgens oplevelse10. Det løser mange af ulemperne ved tidligere gammeldags kirurgiske metoder, men omkostningerne forsinkeden fulde gennemførelse af me…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Der blev ikke modtaget støtte til dette arbejde.
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).
