3D planlægning og udskrivning af patientspecifikke implantater til rekonstruktion af knogledefekter
Summary
Denne protokol beskriver brugen af 3D planlægning og trykning til genopbygning af knoglefejl. Vi bruger segmenteringsværktøjer til at skabe 3D-modeller efterfulgt af 3D-designsoftware til at skabe patientspecifikke implantater til genopbygningsformål samtidig med ablativ kirurgi eller som en anden fase.
Abstract
Vi er midt i 3D æra i de fleste aspekter af livet, og især i medicin. Den kirurgiske disciplin er en af de vigtigste aktører på det medicinske område ved hjælp af den konstant udviklende 3D-planlægning og udskrivning kapaciteter. Cad (Computer-assisted design) og computerassisteret produktion (CAM) bruges til at beskrive 3D-planlægning og -fremstilling af produktet. Planlægning og fremstilling af 3D kirurgiske vejledninger og rekonstruktionsimplantater udføres næsten udelukkende af ingeniører. Efterhånden som teknologiske fremskridt og softwaregrænseflader bliver mere brugervenlige, rejser det et spørgsmål om muligheden for at overføre planlægning og produktion til klinikeren. Årsagerne til et sådant skift er klare: kirurgen har den idé, hvad han ønsker at designe, og han ved også, hvad der er muligt og kan bruges i operationsstuen. Det giver ham mulighed for at være forberedt på ethvert scenario / uventede resultater under operationen og gør det muligt for kirurgen at være kreativ og udtrykke sine nye ideer ved hjælp af CAD-software. Formålet med denne metode er at give klinikere mulighed for at skabe deres egne kirurgiske vejledninger og rekonstruktionsimplantater. I dette manuskript, en detaljeret protokol vil give en enkel metode til segmentering ved hjælp af segmentering software og implantat planlægning ved hjælp af en 3D-design software. Efter segmentering og stl fil produktion ved hjælp af segmentering software, kunne klinikeren skabe en simpel patient specifik rekonstruktion plade eller en mere kompleks plade med en vugge til knogletransplantation positionering. Kirurgiske styre kan oprettes for nøjagtig resektion, hul forberedelse til korrekt genopbygning plade positionering eller til knogletransplantation høst og re-konturering. Et tilfælde af underkæben rekonstruktion efter plade fraktur og nonunion heling af et traume lidt skade er detaljeret.
Introduction
Personlig medicin udvikler sig hurtigt på mange områder af medicin1. Onkologisk personlig behandling er genstand for megen diskussion og dermed er velkendt for den almindelige befolkning. 3D-print blev først introduceret af Charles Hull viser 3D-udskrivning af objekter ved hjælp af stereolitografi2. Siden da er der udviklet forskellige teknologier til 3D-printning. Den anvendte metode vælges ud fra udstyrets formål.
Det kirurgiske felt er hurtigt at omfavne personlig medicin. Personlig behandling på det kirurgiske område kræver virtuel planlægning ved hjælp af en computer-assisteret design (CAD) software. Den første fase omfatter altid segmentering for at oprette en 3D stl-fil. Computerassisteret produktion (CAM) kaldes fremstillingsprocessen for den 3D-designede del. Den første udnyttelse af teknologien blev brugt i præoperativ model udskrivning til kirurgisk planlægning og mock kirurgi3,,4,5. Med udviklingen af teknologi, virtuel planlægning af operationer efterfulgt af planlægning og fremstilling af kirurgiske vejledninger til at bistå i selve operationen og patientspecifikke rekonstruktion implantater monteret perfekt på knoglen af patienten blev mere populære6,7,8,9,10. Formålet med denne protokol er at give klinikere mulighed for at oprette deres egne kirurgiske vejledninger og rekonstruktion patient specifikke implantater. Denne metode er mere præcis end at bruge lagerplader, fordi den passer perfekt og kan designes ud fra den specifikke defekts egenskaber. Det reducerer også afhængigheden af kirurgens erfaring og reducerer driftstiden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Med den konstante udvikling af computere til virtuel planlægning af kirurgiske procedurer, kombinationen med en anden udviklende teknologi, 3D-print, førte til en helt ny æra af kirurgisk behandling. Nøjagtighed er målet for disse teknologier og patientspecifik pleje, som det fremtidige mål, præsenteres i form af kirurgiske vejledninger og patientspecifikke rekonstruktionsimplantater. Vi diskuterer kirurgiske vejledninger som en del af en anden fremtidig protokol. I den nuværende protokol diskuterer vi segmenteri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Der blev ikke modtaget midler til dette arbejde.
Materials
| D2P (DICOM to Print) | 3D systems | Segmentation software to create 3D stl files | |
| Geomagic Freeform | 3D systems | Sculpted Engineering Design |
References
- Goodsaid, F., Frueh, F., Burczynski, M. E., Hock, F., Gralinski, M. Personalized Medicine. Drug Discovery and Evaluation: Methods in Clinical Pharmacology. , (2019).
- Hull, C. W. Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography. Google Patents. , (1986).
- Petzold, R., Zeilhofer, H. F., Kalender, W. Rapid prototyping technology in medicine–basics and applications. Computerized Medical Imaging and Graphics. 23 (5), 277-284 (1999).
- Schmauss, D., Gerber, N., Sodian, R. Three-dimensional printing of models for surgical planning in patients with primary cardiac tumors. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 145 (5), 1407-1408 (2013).
- Tam, M. D., Laycock, S. D., Bell, D., Chojnowski, A. 3-D printout of a DICOM file to aid surgical planning in a 6 year old patient with a large scapular osteochondroma complicating congenital diaphyseal aclasia. Journal of Radiology Case Reports. 6 (1), 31 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Xu, N., et al. Reconstruction of the upper cervical spine using a personalized 3D-printed vertebral body in an adolescent with Ewing sarcoma. Spine. 41 (1), E50-E54 (2016).
