3D التخطيط والطباعة من زرع المريض محددة لإعادة بناء العيوب بوني

Summary

يصف هذا البروتوكول استخدام التخطيط والطباعة ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء العيوب العظمية. نحن نستخدم أدوات التقسيم لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد متبوعة ببرامج تصميم ثلاثي الأبعاد لإنشاء غرسات خاصة بمريض لأغراض إعادة الإعمار التي تتزامن مع الجراحة الاستئصالية أو كمرحلة ثانية.

Abstract

نحن في خضم عصر 3D في معظم جوانب الحياة، وخاصة في الطب. الانضباط الجراحي هو واحد من اللاعبين الرئيسيين في المجال الطبي باستخدام قدرات التخطيط والطباعة ثلاثية الأبعاد المتطورة باستمرار. يتم استخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) لوصف التخطيط ثلاثي الأبعاد وتصنيع المنتج. يتم تنفيذ التخطيط والتصنيع من أدلة جراحية 3D وزراعة إعادة الإعمار بشكل حصري تقريبا من قبل المهندسين. كما تقدم التكنولوجيا وواجهات البرمجيات تصبح أكثر سهولة في الاستخدام، فإنه يثير سؤالا بشأن إمكانية نقل التخطيط والتصنيع إلى طبيب. أسباب هذا التحول واضحة: الجراح لديه فكرة ما يريد تصميم، ويعرف أيضا ما هو ممكن ويمكن استخدامه في غرفة العمليات. فهو يسمح له أن يكون مستعدا لأي سيناريو / نتائج غير متوقعة خلال العملية ويسمح للجراح أن يكون خلاقة والتعبير عن أفكاره الجديدة باستخدام برنامج CAD. والغرض من هذه الطريقة هو تزويد الأطباء بالقدرة على إنشاء أدلة جراحية خاصة بهم وزراعة إعادة البناء. في هذه المخطوطة، سيوفر بروتوكول مفصل طريقة بسيطة للتجزئة باستخدام برامج التجزئة وتخطيط الزرع باستخدام برنامج تصميم ثلاثي الأبعاد. بعد تجزئة وإنتاج ملف stl باستخدام برنامج تجزئة، يمكن أن عيادة إنشاء لوحة إعادة بناء المريض محددة بسيطة أو لوحة أكثر تعقيدا مع مهد لتحديد المواقع الكسب غير المشروع العظام. يمكن إنشاء أدلة جراحية لجرة دقيقة، وإعداد حفرة لإعادة بناء سليم وضع لوحة أو لجمع العظام الكسب غير المشروع وإعادة كفاف. حالة من إعادة بناء الفك السفلي بعد كسر لوحة والشفاء nonunion من إصابة الصدمة التي لحقت مفصلة.

Introduction

الطب الشخصي يتطور بسرعة في العديد من مجالات الطب^1. علاج الأورام الشخصية هو موضوع الكثير من النقاش، وبالتالي هو معروف جيدا لعامة السكان. تم تقديم الطباعة ثلاثية الأبعاد لأول مرة من قبل تشارلز هال الذي يعرض الطباعة ثلاثية الأبعاد للكائنات باستخدام stereolithography². ومنذ ذلك الحين، تم تطوير تقنيات مختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد. يتم تحديد الأسلوب المستخدم بناءً على الغرض من الجهاز.

المجال الجراحي يحتضن بسرعة الطب الشخصي. يتطلب العلاج الشخصي في المجال الجراحي التخطيط الافتراضي باستخدام برنامج تصميم بمساعدة الكمبيوتر. تتضمن المرحلة الأولى دائمًا تجزئة لإنشاء ملف stl ثلاثي الأبعاد. ويشار إلى التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) على أنها عملية التصنيع للجزء 3D تصميم. وقد استخدم أول استخدام للتكنولوجيا في مرحلة ما قبل الجراحة نموذج الطباعة للتخطيط الجراحي والجراحة وهمية^3,4,5. مع تطور التكنولوجيا والتخطيط الظاهري من العمليات الجراحية تليها التخطيط والتصنيع من الأدلة الجراحية للمساعدة في عملية جراحية نفسها ومريض محددة زرع إعادة الإعمار تركيبها تماما على عظم المريض أصبحت أكثر شعبية^6,7,8,9,10. الغرض من هذا البروتوكول هو تزويد الأطباء بالقدرة على إنشاء أدلة جراحية خاصة بهم وإعادة بناء يزرع المريض محددة. هذه الطريقة أكثر دقة من استخدام لوحات الأسهم لأنها تناسبها تماما ويمكن تصميمها على أساس خصائص عيب معين. كما أنه يقلل من الاعتماد على تجربة الجراح ويقلل من وقت العملية.

Protocol

وجاءت هذه الدراسة بعد إعلان هلسنكي بشأن البروتوكول الطبي والأخلاقيات، ووافق مجلس المراجعة الأخلاقية المؤسسي على الدراسة.

1. التقسيم باستخدام برنامج تجزئة

ملاحظة: تتطلب عملية استيراد ملفات DICOM اتجاه الوميض المحوري والإكليلية والقوس في الإطار المنبثق لإنهاء الإعداد.

1. في قائمة تقسيم العظام، اختر الميزة العامة. استخدام علامة"-" لشرائح غير المرغوب فيها و "+" لشريحة من الفائدة. إضافة علامات على نموذج 3D المعاد بناؤها أو على مختلف المقاطع العرضية عند التمرير والتحرك في جميع أنحاء المسح الضوئي.
2. اختر الزر تعيين الذي يوضح التجزئة. عند هذه النقطة، تصحيح علامات وإضافة أخرى جديدة للحصول على دقة أفضل. اضغط على تطبيق لإنشاء المقطع الجديد. يمكن إنشاء شرائح متعددة بهذه الطريقة.
3. بعد اكتمال تجزئة، وتصدير الملفات كملفات 3D stl للطباعة 3D أو التخطيط لزراعة إعادة الإعمار 3D في برامج CAD تصميم 3D.

2. تصميم يزرع إعادة الإعمار باستخدام برنامج تصميم 3D

1. بعد preforming تجزئة العظام باستخدام برنامج تجزئة، استيراد ملفات stl في برنامج التصميم ثلاثي الأبعاد (انظر جدول المواد).
2. إذا كان هناك حاجة إلى مزيد من الانفصال (على سبيل المثال، إذا كان المقصود نقل جزء واحد على حدة)، فافعل ذلك هنا. في قائمة نحت الطين، استخدم أداة الحلاقة لفصل العظم إلى جزئين. في القائمة تحديد/نقل كلاي، حدد الطين وقم بوضع علامة على الجزء الذي يجب العمل عليه. ثم، نسخ هذا الجزء وإنشاء كائن جديد متطابقة في قائمة الكائن من أجل التعامل مع موقفها كما لوحظ في المرحلة التالية.
3. تنفيذ حركة الجزء في هذه المرحلة. تأكد من أن يتم تعيين محور دوران على جزء من العظام للبقاء في نفس الموقف. في القائمة تحديد/نقل كلاي، حدد إعادة تحديد موضع وتعيين محور التدوير كما هو مخطط له.
4. كما الجمجمة البشرية هو في الغالب متناظرة، واستخدام الجانب السليم للتوجيه للحصول على تحديد المواقع الصحيحة / استبدال الجزء المفقود / سوء وضع. استخدم تقنية النسخ المتطابق لإنشاء صورة متطابقة من الجانب العادي. في القائمة الطينية، استخدم خيار Mirror Clay واضبط الطائرة في مركز الجمجمة.
5. استنادا إلى نصف معكوسة، أداء دوران الجزء إذا لزم الأمر وإعادة بناء الجزء العظمي avulsed باستخدام أداة إضافة كلاي في القائمة كلاي البناء. يتم تنفيذ إعادة الإعمار هذه من أجل بناء زرع إعادة بناء خاص بالمريض في المراحل التالية ، والذي سيعيد بناء كفاف الوجه الصحيح.
6. بعد إعادة بناء الجزء العظمي، إنشاء المريض زرع إعادة بناء محددة. في قائمة المنحنيات، استخدم خيار رسم المنحنى وأنشئ شكلًا خارجيًا مستمرًا للزرع المطلوب.
7. في هذه المرحلة، تكرار الجزء العظمي كما سيكون هناك حاجة لأداء وظيفة منطقية لفصل زرع شيدت. يتم تنفيذ هذا في إطار قائمة الكائن بالنقر بزر الماوس الأيمن فوق المقطع والضغط على الخيار تكرار.
8. العمل في الجزء المكرر الجديد. في قائمة "كلي التفاصيل"، استخدم خيار Emboss مع المنحنى لإنشاء حجم زرع إعادة البناء. اختر الشكل الخارجي للزرع المخطط، ثم ضع المؤشر على شكل دائرة داخل الغرسة المرسومة، على سطح العظم. لاحظ أن النقش سيعمل إلى الخارج أو في داخل العظم ، اعتمادا على موضع المؤشر. ثم، اختر المعلمات المطلوبة - الأهم من ذلك، خيار المسافة التي تتحكم في سمك الزرع.
9. فصل الزرع من الجزء العظمي. في قائمة الكائنات، اختر الكائن المكرر مسبقًا من الخطوة 2.7، انقر بزر الماوس الأيمن وانقر فوق منطقي → إزالة من. ثم اختر الكائن الذي يحتوي على زرع إنشاؤه.
10. في حالة وجود ثقوب لتثبيت المسمار أو للسماح angiogenesis مطلوبة، حدد فئة الطائرات → إنشاء الطائرة لإنشاء مستوى مواز الذي تم تصميم الثقوب لوحة. باستخدام التلاعب اليدوي، ضع الطائرات في أقصى قدر من التوازي مع الغرسة. في القائمة "رسم"، اختر دائرة وأنشئ دوائر في الحجم والموضع المطلوبين. ويمكن إنشاء دائرة أكبر ثانية، والتي ستكون بمثابة كاونترينك لرئيس المسمار intendent.
11. في قائمة المنحنيات، استخدم خيار تخطيط المشروع واختر الرسومات المعينة ليتم نقلها من الطائرة إلى الغرسة.
12. لإنشاء كاونترسينك للمسامير، في القائمة "كلاي التفاصيل"، استخدم خيار Emboss مع المنحنى. اختر الدوائر الخارجية للرسم، وضع المؤشر على شكل دائرة داخل المنطقة الدائرية المعلّمة على السطح وأدخل المسافة التي تتحكم في أعماق منضدة العدادات (على سبيل المثال، 0.3 مم). لإكمال العملية، اضغط على تطبيق و أقل للتأكد من أن النقش يتم تنفيذه بطريقة الطرح وليس المضافة.
13. لإكمال الثقوب، في القائمة Subd الأسطح، استخدم الخيار الأسلاك قص SubD لإنشاء قضبان عمودي على الزرع استناداً إلى الدوائر الصغيرة التي تم إنشاؤها في الخطوة 2.10.
14. لإنشاء الثقوب باستخدام قضبان، استخدم المنطقية > إزالة من كما في الخطوة 2.9. اختيار قضيب واحد تلو الآخر، انقر بزر الماوس الأيمن في قائمة الكائن → Boolean → إزالة من → إنشاء زرع.
    ملاحظة: بدلاً من ذلك، يمكن إنشاء/مسح المسامير المطلوبة ويمكن استخدام الدالة المنطقية لإنشاء الثقوب المطلوبة.
15. لإنشاء شبكة في الزرع (مما يسمح بتولد الأوعية على سبيل المثال) ، قم أولاً بإنشاء رسم تخطيطي (باستخدام خيار المنحنى) للشبكة المخطط لها كما هو الحال في الخطوة 2.6.
    1. في قائمة "كلاي التفاصيل"، استخدم خيار Emboss مع صورة ملفوف. اختر صورة يتم بناء عليها إنشاء الشبكة (هناك العديد من القوالب التي تأتي مع البرنامج). سيتم طرح الأجزاء البيضاء من الصورة في شبكة، وسيتم تجنيب الأجزاء السوداء.
    2. باستخدام التحكم اليدوي، ضبط اتجاه وحجم التصميم. قم بتعيين المسافة التي تمثل سُمك الثقوب التي تم إنشاؤها واضغط على تطبيق. الزرع الخاص بالمريض جاهز للإنتاج.

النتائج

مريضة تبلغ من العمر 40 عامًا مع كسر، مخزون، لوحة تثبيت إعادة بناء من إصابة سابقة وكسر غير نقابي في الجسم الأيسر لفكها السفلي قدم إلى القسم. يُظهر التصوير لوحة التثبيت المكسورة والجزء الأيسر غير المُوضع من الفك السفلي(الشكل 1). باستخدام تجزئة البرمجيات، تم ت...

Discussion

مع الاستخدام المستمر لأجهزة الكمبيوتر في التخطيط الظاهري للعمليات الجراحية ، أدى الجمع مع تقنية أخرى نامية ، الطباعة ثلاثية الأبعاد ، إلى حقبة جديدة تمامًا من العلاج الجراحي. الدقة هي الهدف من هذه التقنيات والرعاية الخاصة بالمريض ، كهدف مستقبلي ، يتم تقديمه في شكل أدلة جراحية وغرسات إعاد...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
D2P (DICOM to Print)	3D systems		Segmentation software to create 3D stl files
Geomagic Freeform	3D systems		Sculpted Engineering Design