Diseño de guías quirúrgicas CAD/CAM para la reconstrucción maxilar mediante un enfoque interno

Resumen

Se muestran métodos para diseñar un ordenador asistido por ordenador/diseño fabricación (CAD/CAM) guía quirúrgica. Planos secantes son separados, Unidos y espesa para visualizar fácilmente la transferencia de hueso necesaria. Estos diseños pueden ser tridimensionales impreso y revisado para la exactitud.

Resumen

Fabricación asistida por ordenador/diseño asistido por ordenador (CAD/CAM) ahora se está evaluando como una técnica preparativa para la cirugía maxilofacial. Porque esta técnica es costosa y está disponible en solamente áreas limitadas del mundo, hemos desarrollado una novela guía quirúrgica CAD/CAM, utilizando un enfoque interno. Mediante el software de CAD, se determinan la zona de resección de maxilares y planos de corte y la corte fibular planos y ángulos. Una vez que se decide la zona de resección, las caras necesarias son extraídas utilizando un modificador Boolean. Estas caras superficiales están unidas a la superficie de los huesos y espesado para estabilizar los sólidos. No sólo el corte de guía para el peroné y el maxilar pero también se define el arreglo de la ubicación de los segmentos de hueso transferido por engrosamiento de las caras superficiales. El diseño del CAD es grabado como archivos .stl y tridimensionalmente (3D) impreso como guía quirúrgica real. Para comprobar la precisión de las guías, se realiza cirugía de modelos 3-D-impreso modelos faciales y fibular. Estos métodos pueden utilizarse para ayudar a cirujanos en guías comerciales no están disponibles.

Introducción

El uso de técnicas CAD/CAM tiene recientemente aumento en dental y trabajo de prótesis dental. Tras esta evolución del CAD/CAM, las transferencias de la aleta osteocutaneous utilizando CAD/CAM se utilizan en el campo de la reconstrucción de la mandíbula después de una resección amplia oncológica de tumores malignos^1,2,3. Varias empresas en los países occidentales han comenzado a suministrar y vender a una guía de corte CAD/CAM para la región de la mandíbula. Una reconstrucción de CAD/CAM de la mandíbula se considera que tiene una ventaja en términos de precisión^{4,5,6,7,8,9,10 ,11}. Sin embargo, una desventaja es que esta técnica está disponible en áreas limitadas en todo el mundo y es muy caro¹². Por lo tanto, reconstrucción de CAD/CAM para las lesiones maxilares aún no es popular. El número de los casos de reconstrucción maxilar es menor que la de la mandíbula, y guías comerciales no son comunes.

Guías comerciales de CAD/CAM maxilares no se venden en Japón, nosotros hemos desarrollado a guías quirúrgicas CAD/CAM con un enfoque interno. La efectividad clínica de las guías de CAD/CAM ha sido reportado^{13,14,15,16,17,18,19}, pero no hay ninguna Informe de cómo diseñarlos. El propósito del presente informe es mostrar el método de diseño de CAD/CAM con un método propio de bajo costo.

Protocolo

Este estudio fue aprobado por la Junta de revisión institucional de los autores, y formas de consentimiento fueron completadas por todos los pacientes.

1. preparación de materiales

1. Utilizar un ordenador personal, datos de (CT) tomográficos computados de hueso facial y peroné, software de conversión como InVesalius²⁰y tridimensional software de CAD (3D) (p. ej., batidora²¹).
   Nota: Se recomienda un espesor máximo de láminas de 1 mm de datos de la TC para un diseño preciso. Para la simulación quirúrgica actual, use los datos del paciente CT. Para la investigación, utilizar los datos 3D humanos gratis²².
2. Utilice una impresora 3-d²³, tornillos, placas de metal y una pequeña sierra, para comprobar no sólo los diseños, pero también objetos reales y los resultados.
   Nota: El presente estudio es experimental. Placas metálicas, tornillos y una pequeña sierra pueden utilizarse para la cirugía de modelos. En lugar de chapas, placas de fijación de plástico pueden también impreso por la impresora 3-d, junto con las guías quirúrgicas.
3. Transferir los datos de proyección de imagen de hueso facial y peroné en datos 3D (formato .stl) utilizando InVesalius²⁰.
   Nota: Datos de la TC se registran esencialmente en la forma de dos dimensiones (2D) cuadros. Por lo tanto, antes de usar los datos 3D, es necesario convertir los datos en 3-d datos. El software libre es suficiente para este propósito. Este informe no explica cómo transferir los datos en un archivo 3D; guías y videos educativos están disponibles en otros lugares.
4. Importar cada archivo .stl a Blender²¹.
   Nota: Software CAD generalmente acepta un formato .stl-3D. En primera, maxilares y de la fibular .stl archivos deberán ser abiertos en el software de CAD específico por importarlos.

2. diseño

1. Decidir en el área de deshuese y solidificar un defecto del hueso
   1. Decidir el área a ser suprimido.
      Nota: En esta cirugía experimental de la simulación, cualquier parte del maxilar puede establecerse como un área suprimida. Porque es difícil reconstrucción después de la maxilectomía total, sólo una pequeña parte del maxilar será una opción para los principiantes. En un ajuste clínico, otorrinolaringólogo decidirá el área según la región canceroso.
   2. Hacer un plano grande y coloque en el borde del área para el retiro en el modo de objeto (Figuras 1a y 1b). Siga colocando un segundo plano (Figuras 1b-1 d) y continuar haciéndolo hasta que los aviones rodean toda la zona de retiro. Se unen estos planos en el modo de objeto.
   3. Seleccionar los vértices de estos aviones y conectarlos entre sí haciendo que los bordes y las caras (figura 1e) en el modo de edición para rodear las áreas para el retiro.
      Nota: Los planos de la escisión deberán copiarse y porque estos planos originales se utilizan y se descarta cuando la supresión de la solidificación. En el presente estudio, copia de cada plano y sólido en cada ocasión se recomienda para hacer posible reutilizarlos.
   4. Reste el sólido resecable del hueso facial utilizando un modificador Boolean en el modo de edición. El resultado es un afeitado hueso facialfigura 1f, que es el modelo del defecto maxilar.
2. Colocación de un hueso del peroné
   1. Coloque un peroné en el área de defecto maxilar (figura 2a). Colocar cubos en dos puntos (8 cm distal de la cabeza fibular y 5 cm proximal desde el maléolo lateral) en el peroné como marcadores (púrpura cubos pequeños se muestran en la figura 2).
      Nota: En situaciones clínicas, puede utilizarse un peroné entre 8 cm distal de la cabeza fibular y 5 cm proximal desde el maléolo lateral. Por esta marca, podemos entender fácilmente las áreas que se pueden utilizar.
   2. Cubos pequeños de enlace para el peroné como padre en el modo de objeto.
   3. Colocar cubos pequeños como marcadores en varios puntos de la lesión maxilar donde la reconstrucción es necesaria. Con esta marca, se aumenta la visibilidad de los puntos de reproducción necesario.
   4. Instale el peroné con el margen frontal del hueso alveolar en el modo de objeto, si el peroné está situado de la línea media.
   5. Utilice el plano anterior de la osteotomía maxilar de la línea media como un primer plano de la osteotomía fibular (figura 2b).
   6. Coloque un nuevo plano de osteotomía cuando proceda en el modo de objeto (figura 2c). Vincular este nuevo plano a peroné como padres establecer.
      Nota: Estableciendo el padre en el peroné, la orientación relativa entre este nuevo plano de la osteotomía y el peroné es siempre mantener incluso si el peroné se mueve en diferentes lugares. La zona del peroné que está rodeado de estos planos de corte de dos se convierte en el primer bloque fibular.
   7. Copiar el peroné y dos planos de la osteotomía como padre en el modo de objeto. Mover esta copiado del peroné, que tiene la primera zona de bloque con dos planos de corte en ambos extremos, a la segunda área donde la reconstrucción es necesaria (figura 2e) para planificar el segundo bloque de peroné.
   8. Coloque el segundo plano de corte mediante la adición de un nuevo plano en el modo de objeto.
      Nota: El plano de corte de la primera y la segunda se convertirá en los extremos del segundo bloque de peroné. Si es necesario un tercer bloque, se agregan procedimientos similares. Se debe mantener la longitud adecuada de los espacios entre los bloques adyacentes fibulares.
      Nota: La brecha entre el primer y segundo bloque se considera clave para tener una cómodo osteotomía. Si este espacio es amplio, la osteotomía será fácil debido al amplio espacio de trabajo, pero algo se pierde la longitud vascular. Por el contrario, si el espacio es estrecho, la osteotomía se convierte en problemática, pero el segundo o tercer bloque se puede diseñar mediante la eliminación de los residuos del hueso.
3. Diseñar las guías de corte fibular
   1. Visualizar sólo el peroné y los planos de corte para el diseño de la guía de corte de peroné en el modo de objeto (figura 3a).
   2. Hacer cada plano de corte más pequeña para ocupar sólo la mitad del área de la sección de corte de peroné deslizando vértices a lo largo de los bordes (Figuras 3b-3d) en el modo de edición.
      Nota: El montaje de la guía de corte es el aspecto lateral del peroné. Porque los recipientes de alimentación se encuentran en el aspecto intermedio, la guía no está diseñada en el aspecto intermedio.
   3. Se unen dos planos de los extremos para construir un sólido en el modo de objeto (figuras 4a-4e). Seleccionar los vértices de estos planos y conectarlos entre sí haciendo caras y bordes en el modo de edición para formar un sólido rectangular.
   4. Reste el peroné de este sólido rectangular usando un modificador Boolean (Figuras 5a-5C).
      Nota: La superficie de esta sustracción encaja completamente el aspecto lateral fibular. Los mismos procedimientos se repiten en cada bloque fibular necesario.
   5. Une cada resta sólida en el modo de objeto.
   6. Coloque un cubo cerca los sólidos resta (figura 5d). Extruir caras para hacer pilares (figuras 5e-5 g). Unir estos pilares la resta de sólidos. Esta es la guía de corte fibular (figuras 5 h-5j).
4. Guía de corte de la osteotomía para el maxilar
   Nota: Para cortar el maxilar, no es necesario diseñar a la guía para cada superficie de corte, porque son sólo áreas limitadas para ser reconstruido con el peroné. Generalmente, dos guías de corte, que cubren las áreas zigomáticas alveolares y lateral mediales, se diseñan.
   1. Preparar los planos del maxilares y malar fueron la original superficie restante después de la extracción de maxilar. Un margen de 1 cm de ancho es suficiente (figura 6a).
   2. Extruye las caras preparadas en el paso 2.4.1 para espesar el plano y solidificar en el modo de edición utilizando el modificador de solidificación (figura 6b).
   3. Eliminar el sólido espesado sobre los planos de resección, que se decidieron en el paso 2.1, en ambos extremos; se trata de cómo están diseñadas las guías de corte maxilar.
      Nota: Si la superficie es irregular, un área más pequeña es suficiente. Si la superficie es plana, un área grande es necesario para evitar cualquier deslizamiento de la guía.
5. Guía de fijación de los segmentos de fibulares
   Nota: Los segmentos Fibular que deban transferirse a la maxila se consideran exacta en tamaño y longitud, pero la situación de la transferencia puede desviarse libremente si no se utiliza la guía de fijación. Peroné y cada plano de corte (como se hizo en el paso 2.2) se utilizan otra vez en este segmento.
   1. Para construir cada bloque fibular en el modificador Boolean, sacar el área de intersección entre el peroné y el sólido con planos de corte en ambos extremos (figuras 7a y 7b) en el modo de edición.
   2. Extraiga la mitad de la superficie superficial de cada bloque fibular.
   3. Se unen todas estas superficies en el modo de objeto (figura 7c).
   4. Eliminar pequeñas caras en el modo de edición utilizando un cuchillo de corte ( figura 8a) para garantizar los espacios para el montaje de las chapas.
   5. Espesar la superficie utilizando un modificador de solidificación en el modo de edición (figuras 8b-8e).
      Nota: Mínimo 2 – 3 mm de espesor es necesario para estabilizar a la guía de fijación y evitar deformaciones. Si el ala se diseña en ambos extremos, ayudará a la guía para el maxilar superior sin utilizar cualquier placa de metal.

3. 3D impresión para cirugía de modelos y guías de la Real

Nota: El propósito principal de este informe es mostrar el método de diseño de guías quirúrgicas; el procedimiento descrito a continuación no es necesario si no es necesario la impresión 3D.

1. Exportación de los diseños de las guías en formato .stl, que puede ser 3D impreso.
2. Imprimir todas las guías y los huesos.
   Nota: En la impresión, las balsas se consideran molestar impresión de superficie lisa y conducir a un ajuste superficial y pobre irregular hasta el hueso, por lo que el plano que tiene que ser liso se debe apuntar hacia arriba.
3. Realizar la cirugía de modelo como sigue:
   1. Cirugía similar al actual, colocar el maxilar corte primero guía el modelo de hueso facial (figura 9a). Luego, se corta el hueso facial junto con el plano de corte con una sierra.
   2. Colocar a la guía de corte fibular al modelo fibular hueso y cortada en trozos (figura 9b). Coloque los bloques fibulares en la guía de fijación (figuras 9C y 9D).
   3. Fijar esta fijación guía de complejos el defecto maxilar con tornillos y placas (figura 9e). Después de fijar los segmentos fibulares del maxilar en la zona donde no se adjunta la guía de fijación mediante tornillos y placas, retire a la guía de fijación. Esto completa la reconstrucción (figura 9f).
4. La imagen 3-D-reconstruye y grabarlo en formato .stl usando un escáner 3D²⁴.
5. Comparar el fichero .stl de cirugía la modelo y el diseño CAD reconstruido (figura 10) mediante comparación software²⁵.
   Nota: Al comparar el diseño de la reconstrucción virtual y el modelo de reconstrucción guiada, se calcula real exactitud. Porque se obtiene precisión CAD/CAM dentro de una desviación de 2,5 mm en la reconstrucción de la mandíbula¹⁰, debe exigirse una precisión similar en este método. Si no se puede obtener la precisión requerida, rehacer el diseño virtual.

Resultados

Utilizando el procedimiento presentado aquí, la zona de resección se determinó en primer lugar. Usando el software de CAD, la zona de resección fue completamente circunscrito por las caras. Esta área se restó del hueso facial por una operación booleana. La imagen de peroné fue colocada en el defecto, y caras de corte fibular se colocaron en los puntos adecuados de la reconstruida. Corte todo fibular caras estaban relacionados con el peroné en un ajuste de los padres. Estas caras ...

Discusión

Reconstrucción de CAD/CAM se considera para contribuir a la consecución de una precisa osteotomía longitud, anchura y ángulo en los huesos de corte durante el uso de corte guías^{4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,}

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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/