Summary

Designe CAD/CAM kirurgisk guider Maxillary Genopbygningsagentur ved hjælp af en In-house tilgang

Published: August 24, 2018
doi:

Summary

Metoder til at designe en computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) kirurgisk vejledning er vist. Beskæringsplaner er adskilt, united og fortykket for at nemt visualisere den nødvendige knogle overførsel. Disse design kan være tre-dimensionelle trykt og kontrolleret for nøjagtighed.

Abstract

Computer-aided design/computer-assisteret fremstilling (CAD/CAM) vurderes nu som en forberedende teknik til maxillofacial kirurgi. Fordi denne teknik er dyre og fås i kun begrænsede områder i verden, udviklet vi en roman CAD/CAM kirurgisk guide ved hjælp af en in-house tilgang. Ved hjælp af CAD-software, bestemmes området maxillary resektion og beskæringsplaner og fibular beskæringsplaner og vinkler. Når området resektion er besluttet, er de nødvendige ansigter udvundet ved hjælp af en boolesk modifikator. Disse overfladiske ansigter er forenet til passer til overfladen af knoglerne og fortykket at stabilisere legemer. Ikke kun opskæring guider for fibula og maxilla men også arrangementet placering af de overførte knogle segmenter er defineret ved fortykkelse de overfladiske ansigter. CAD-design er registreret som .stl filer og tre dimensioner (3-D) udskrives som faktiske kirurgisk guider. For at kontrollere nøjagtigheden af guiderne, er model operation ved hjælp af udskrives 3 3-d facial og fibular modeller udført. Disse metoder kan bruges til at hjælpe kirurger hvor kommercielle hjælpelinjer er ikke tilgængelige.

Introduction

Anvendelsen af CAD/CAM teknik har for nylig øget i dental og protese arbejde. Efter denne udvikling af CAD/CAM, osteocutaneous klap overførsler via CAD/CAM anvendes nu i feltet af mandibular genopbygning efter en oncologic bred resektion af maligne tumorer1,2,3. Flere selskaber i de vestlige lande er begyndt at levere og sælge en CAD/CAM skære guide for regionen underkæben. En CAD/CAM rekonstruktion af mandiblen er anset for at have en fordel i form af nøjagtighed4,5,6,7,8,9,10 ,11. En ulempe er imidlertid, at denne teknik er tilgængelig i begrænsede områder over hele verden og det er meget dyrt12. Således har CAD/CAM genopbygning for maxillary læsioner ikke endnu blevet populær. Antallet af tilfælde af maxillary genopbygning er lavere end for mandiblen, og kommercielle guider er ikke almindelig.

Fordi kommercielle maxillary CAD/CAM guider ikke er solgt i Japan, har vi udviklet CAD/CAM kirurgisk hjælpelinjer ved hjælp af en in-house tilgang. Den kliniske effektivitet af CAD/CAM guider er allerede blevet rapporteret13,14,15,16,17,18,19, men der er ingen rapport om, hvordan at designe dem. Formålet med den foreliggende betænkning er at vise metoden CAD/CAM design ved hjælp af en billig in-house tilgang.

Protocol

Denne undersøgelse blev godkendt af forfatternes institutionelle review board, og skriftlige samtykke former blev afsluttet af alle patienter. 1. forberedelse af materialer Bruge en personlig computer, beregnede tomografisk (CT) data af facial knogle og fibula, konvertering software såsom InVesalius20og tre-dimensionelle (3-D) CAD software (fx, Blender21).Bemærk: En maksimal tykkelse på 1 mm skiver af CT data anbefales …

Representative Results

Ved hjælp af den procedure, der præsenteres her, var området resektion afhænger først og fremmest. Ved hjælp af CAD-software, var området resektion helt afgrænset af ansigter. Dette område blev trukket fra den facial ben af en boolesk operation. Fibula billedet var placeret på defekten, og fibular skære ansigter var placeret i de passende rekonstruerede point. Alle fibular skære ansigter var forbundet med fibula i en overordnet indstilling. Disse ansigter var mindre og var sam…

Discussion

CAD/CAM genopbygning anses for at bidrage til virkeliggørelsen af en nøjagtig osteotomi længde, bredde og vinkel i skæring knogler mens du bruger skære guider4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13</sup…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev delvist støttet af JSP’ER KAKENHI Grant nummer JP17K11914.

Materials

Information Technology Center, Renato Archer, Campinas, Brazil InVesalius Free software https://www.cti.gov.br/en/invesalius
The Blender Foundation, Amsterdam, Netherlands Blender Free software https://www.blender.org/
TurboSquid, Inc. 935 Gravier St., Suite 1600, New Orleans, LA. Free 3D skeletal data file Free3D https://free3d.com/3d-models/human
MakerBot Industries, LLC One MetroTech Center, 21st Fl, Brooklyn, NY. MakerBot Replicator+ https://www.makerbot.com/replicator/
YouTube (Google, Inc.), 901 Cherry Ave. San Bruno, CA video sharing website. https://www.youtube.com/results?search_query=invesalius+dicom+to+stl
Artec 3D, 2, rue Jean Engling, Luxembourg Artec Eva Lite https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite
CloudCompare CloudCompare http://www.danielgm.net/cc/

References

  1. Hirsch, D. L., et al. Use of computer-aided design and computer-aided manufacturing to produce orthognathically ideal surgical outcomes: A paradigm shift in head and neck reconstruction. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 67 (10), 2115-2122 (2009).
  2. Hanasono, M. M., Skoracki, R. J. Computer-assisted design and rapid prototype modeling in microvascular mandible reconstruction. The Laryngoscope. 123 (3), 597-604 (2013).
  3. 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).
  4. Ayoub, N., et al. Evaluation of computer assisted mandibular reconstruction with vascularized iliac crest bone graft compared to conventional surgery: A randomized prospective clinical trial. Trials. 15, 114 (2014).
  5. Stirling, C. E., et al. Simulated surgery and cutting guides enhance spatial positioning in free fibular mandibular reconstruction. Microsurgery. 35 (1), 29-33 (2015).
  6. Schepers, R. H., et al. Accuracy of fibula reconstruction using patient-specific CAD/CAM reconstruction plates and dental implants: a new modality for functional reconstruction of mandibular defects. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 43 (5), 649-657 (2015).
  7. Tarsitano, A., et al. Mandibular reconstructions using computer-aided design/computer-aided manufacturing: a systematic review of a defect-based reconstructive algorithm. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 43 (9), 1785-1791 (2015).
  8. Wilde, F., et al. Multicenter study on the use of patient-specific CAD/CAM reconstruction plates for mandibular reconstruction. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 10 (12), 2035-2051 (2015).
  9. Huang, J. W., et al. Preliminary clinic study on computer assisted mandibular reconstruction: the positive role of surgical navigation technique. Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery. 37 (1), 20 (2015).
  10. Numajiri, T., Nakamura, H., Sowa, Y., Nishino, K. Low-cost design and manufacturing of surgical guides for mandibular reconstruction using a fibula. Plastic and Reconstructive Surgery – Global Open. 4 (7), 805 (2016).
  11. Numajiri, T., Tsujiko, S., Morita, D., Nakamura, H., Sowa, Y. A fixation guide for the accurate insertion of fibular segments in mandibular reconstruction. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. Open. 12 (8), 1-8 (2017).
  12. Toto, J. M., et al. Improved operative efficiency of free fibula flap mandible reconstruction with patient specific, computer-guided preoperative planning. Head & Neck. 37 (11), 1660-1664 (2015).
  13. Avraham, T., et al. Functional outcomes of virtually planned free fibula flap reconstruction of the mandible. Plastic and Reconstructive Surgery. 134 (628), 634 (2014).
  14. Sieira, G. R., et al. Surgical planning and microvascular reconstruction of the mandible with a fibular flap using computer-aided design, rapid prototype modeling, and precontoured titanium reconstruction plates: A prospective study. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 53 (1), 49-55 (2015).
  15. Seruya, M., Fisher, M., Rodriguez, E. D. Computer-assisted versus conventional free fibula flap technique for craniofacial reconstruction: An outcomes comparison. Plastic and Reconstructive Surgery. 132 (5), 1219-1225 (2013).
  16. Metzler, P., et al. Three-dimensional virtual surgery accuracy for free fibula mandibular reconstruction: Planned versus actual results. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 72 (12), 2601-2604 (2014).
  17. Numajiri, T., et al. Using an in-house approach to CAD/CAM reconstruction of the maxilla. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 76 (6), 1361-1369 (2018).
  18. Bosc, R., et al. Mandibular reconstruction after cancer: An in-house approach to manufacturing cutting guides. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 46 (1), 24-29 (2017).
  19. Ganry, L., et al. Three-dimensional surgical modeling with an open-source software protocol: Study of precision and reproducibility in mandibular reconstruction with the fibula free flap. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 46 (8), 946-950 (2017).
  20. . InVesalius Available from: https://www.cti.gov.br/en/invesalius (2018)
  21. . Blender Available from: https://www.blender.org/ (2018)
  22. . Free3D Available from: https://free3d.com/3d-models/human (2018)
  23. . MakerBot Replicator+ Available from: https://www.makerbot.com/replicator/ (2018)
  24. . Artec Eva Lite Available from: https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-eva-lite (2018)
  25. Guerrero-de-Mier, A., Espinosa, M. M., Dominguez, M. Bricking: A new slicing method to reduce warping. Procedia Engineering. 132, 126-131 (2015).
  26. Petropolis, C., Kozan, D., Sigurdson, L. Accuracy of medical models made by consumer-grade fused deposition modeling printers. Plastic Surgery. 23 (2), 91-94 (2015).
  27. Alsoufi, M. S., Elsayed, A. E. Warping deformation of desktop 3D printed parts manufactured by open source fused deposition modeling (FDM) system. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering (IJMME) – International Journal of Engineering and Sciences (IJENS). 17 (4), 7-16 (2017).
  28. Maschio, F., Pandya, M., Olszewski, R. Experimental validation of plastic mandible models produced by a “low-cost” 3-dimensional fused deposition modeling printer. Medical Science Monitor. 22, 943-957 (2016).
  29. Rendon-Medina, M. A., Andrade-Delgado, L., Telich-Tarriba, J. E., Fuente-Del-Campo, A., Altamirano-Arcos, C. A. Dimensional error in rapid prototyping with open source software and low-cost 3D-printer. Plastic and Reconstructive Surgery – Global Open. 6 (1), 1646 (2018).
  30. Nizam, A., Gopal, R. N., Naing, L., et al. Dimensional accuracy of the skull models produced by rapid prototyping technology using stereolithography apparatus. Archives of Orofacial Sciences. 1, 60-66 (2006).
check_url/58015?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Numajiri, T., Morita, D., Nakamura, H., Yamochi, R., Tsujiko, S., Sowa, Y. Designing CAD/CAM Surgical Guides for Maxillary Reconstruction Using an In-house Approach. J. Vis. Exp. (138), e58015, doi:10.3791/58015 (2018).

View Video