Tratamiento de deformidades faciales mediante planificación 3D e impresión de implantes específicos para el paciente

Resumen

A medida que la tecnología se desarrolla y se vuelve más fácil de usar, la planificación de las operaciones y las guías quirúrgicas específicas del paciente y las placas de fijación deben ser realizadas por el cirujano. Presentamos un protocolo para la planificación 3D de movimientos esqueléticos ortognónicos y la planificación e impresión 3D de placas de fijación específicas del paciente y guías quirúrgicas.

Resumen

Los avances tecnológicos en la planificación quirúrgica y los implantes específicos del paciente están en constante evolución. Uno puede adoptar la tecnología para lograr mejores resultados, incluso en la mano menos experimentada, o continuar sin ella. A medida que la tecnología se desarrolla y se vuelve más fácil de usar, creemos que es hora de permitir al cirujano la opción de planificar sus operaciones y crear sus propias guías quirúrgicas específicas del paciente y placas de fijación que le permiten un control total sobre el proceso. Presentamos aquí un protocolo para la planificación 3D de la operación seguido de la planificación 3D y la impresión de guías quirúrgicas e implantes de fijación específicos del paciente. Durante este proceso utilizamos dos software de diseño asistido por computadora (CAD) comercial. También utilizamos una impresora de modelado de deposición fusionada para las guías quirúrgicas y una impresora selectiva de sinterización láser para los implantes de fijación específicos del paciente de titanio. El proceso incluye la adquisición por imágenes por tomografía computarizada (TC), la segmentación 3D del cráneo y los huesos faciales de la TC, la planificación 3D de las operaciones, la planificación 3D del implante de fijación específico del paciente de acuerdo con la posición final de los huesos, la planificación 3D de guías quirúrgicas para realizar una osteotomía precisa y preparar el hueso para las placas de fijación, y la impresión 3D de las guías quirúrgicas y las placas de fijación específicas del paciente. Las ventajas del método incluyen un control total sobre la cirugía, osteotomías planificadas y placas de fijación, reducción significativa en el precio, reducción en la duración de la operación, rendimiento superior y resultados altamente precisos. Las limitaciones incluyen la necesidad de dominar los programas CAD.

Introducción

La impresión 3D es un método aditivo basado en la colocación gradual de capas a partir de diferentes materiales, creando así objetos 3D. Fue desarrollado originalmente para la creación rápida de prototipos y fue introducido en 1984 por Charles Hull, quien es considerado el inventor del método de estereolitografía basado en la solidificación de capas de resina de fotopolímero¹. Los avances tecnológicos en la planificación virtual de cirugías y la planificación e impresión de implantes específicos para el paciente están en constante evolución. Las innovaciones surgen tanto en el campo del software de diseño asistido por ordenador (CAD) como en las tecnologías de impresión 3D^2. Simultáneamente a los desarrollos tecnológicos, el software y las impresoras se vuelven más fáciles de usar. Esto acorta el tiempo necesario para la planificación e impresión y permite al cirujano la opción de planificar sus operaciones y crear sus propias guías quirúrgicas específicas para el paciente y placas de fijación en un campo que era exclusivamente el "patio de recreo" de un ingeniero. Estos desarrollos también permiten a los cirujanos e ingenieros introducir nuevas aplicaciones y diseños de implantes específicos del paciente^3,4,5.

Una de estas aplicaciones es la planificación 3D de cirugías ortognáticas seguida de la planificación 3D y la impresión de guías quirúrgicas y placas de fijación específicas del paciente. Históricamente, las cirugías ortognáticas fueron planeadas usando articuladores. Se utilizó una codo facial para registrar la relación de la mandíbula superior con la articulación temporomandibular colocando así los moldes del paciente en el articulador. Más tarde, los movimientos quirúrgicos se realizaron en los moldes y se preparó una oblea acrílica para ayudar con el posicionamiento adecuado de las mandíbulas durante la cirugía. Este método se utilizó durante muchos años y todavía se utiliza hoy en día por la mayoría, pero la utilización de la tomografía computarizada de haz de cono (TC) junto con escáneres intraorales y software CAD permitieron una planificación precisa, ahorrando la necesidad de codos o moldes y avanzando hacia la creación de obleas planificadas digitalmente^6. Este método redujo la inexactitud de la manipulación manual y las mediciones, pero todavía tenía defectos incluyendo el uso de la mandíbula inferior inestable como punto de referencia para la colocación de la mandíbula superior y la falta de control sobre el posicionamiento vertical de la mandíbula superior⁷. Por lo tanto, se introdujo un nuevo método. Este método se denomina cirugía "sin obleas" y se basa en el reposicionamiento de las mandíbulas anatómicamente utilizando guías de corte quirúrgicas y placas de titanio de fijación específicas del paciente^8. Este método resuelve las desventajas del método de oblea digital descrito anteriormente. Describiremos este método, que permite al cirujano una completa libertad en la planificación de estas cirugías de una manera específica del paciente, con errores e inexactitudes mínimas posibles. Este método permite una cirugía "sin obleas", lo que significa que no hay necesidad de utilizar la mandíbula opuesta como referencia para reposicionar los huesos, disminuyendo así las imprecisiones derivadas de esta dependencia⁹.

Protocolo

1. Reposicionamiento de las mandíbulas

NOTA: Esta sección se realiza utilizando el software de imágenes (es decir, Dolphin).

1. Cargue los huesos faciales CT image DICOM files of the patient (Figura 1A) en el software seleccionando el botón 3D a la izquierda y haciendo clic en Import New DICOM (Supplemental Figure 1). Entrar en el modo de edición 3D haciendo clic en 3D Editar.
2. Oriente la imagen 3D con el botón de orientación de la izquierda. Cree una imagen panorámica utilizando el botón de crear rayos X a la izquierda(Figura suplementaria 2).
3. Ir a Herramientas (Herramientas) Planificación Quirúrgica Ortognática ( Orthognathic) Iniciar nuevo workup.
4. Coloque los segmentos en la imagen panorámica. Recortar cada segmento para que contenga el área del hueso correspondiente.
   NOTA: La etapa de limpieza es útil cuando, para mayor precisión, se superponen un arco dental escaneado y una tomografía computarizada para crear una oblea. Esto no está indicado en una cirugía "sin obleas" como se presenta aquí y por lo tanto en esta etapa se pueden limpiar las imperfecciones de TC si existen.
5. Elija la osteotomía adecuada para el paciente en la bandeja izquierda bajo osteotomías (como LeFort I, división sagital, etc.). Marque la ubicación exacta de las líneas de osteotomía moviendo los círculos amarillos(Figura Suplementaria 3).
   NOTA: Es extremadamente importante tener en cuenta los ápices de la raíz de los dientes ya que la ubicación de la osteotomía decidida aquí será la que se realice más tarde sobre la base de las guías quirúrgicas. Evite siempre las raíces y mantenga una distancia de 5 mm.
6. Marque diferentes puntos de referencia haciendo clic izquierdo en la ubicación correcta para cada punto de referencia sugerido.
   NOTA: Esto es importante para las mediciones y los propósitos de movimiento en las siguientes etapas.
7. Realizar movimientos de segmentos óseos. Arrastre el hueso a la ubicación correcta, o para la precisión, haga clic con el botón derecho y elija Movimientosde entrada con teclado .
8. Para realizar un seguimiento del movimiento de los puntos de referencia clave, pulse el botón Tratar opciones a la izquierda y elija Mostrar tablas de desfase y mediciónde punto de referencia .
   NOTA: En la siguiente pestaña se puede observar la operación pre y post prácticamente planificada(Figura suplementaria 4).
9. Exporte los archivos stl de las dos posiciones diferentes de los segmentos óseos, uno en la etapa preoperatoria y otro en la etapa postoperatoria, utilizando la barra deslizante de la izquierda y el botón Exportar segmentos en stl a la izquierda.

2. Preparación de placas de fijación específicas del paciente y guías quirúrgicas

NOTA: Esta sección se realiza utilizando el software de diseño 3D (es decir, Geomagic Freeform).

1. Haga clic en Archivo (File) ? Modelo de importación (Figura suplementaria 5A)para importar los archivos stl obtenidos del paso 1.9 que muestran la posición de la mandíbula superior y la cara media después de la osteotomía pero antes del reposicionamiento en la posición final.
2. Comience con la planificación de las placas de fijación específicas del paciente en la posición final de la mandíbula superior. En la paleta de herramientas de la izquierda, en la categoría Planos, seleccione Crear plano (figura complementaria 6A). Aquí se realizará el diseño inicial de las placas. Mueva manualmente el plano paralelo al hueso donde se colocará la placa.
3. En la categoría Croquis (Figura suplementaria 6B),elija una forma de círculo y cree círculos con un tamaño adecuado para los tornillos que se utilizarán más adelante. Cree un segundo círculo alrededor del anterior de 3 mm de diámetro para delinear la placa de fijación.
   NOTA: El tamaño de los círculos se determina en función de los conjuntos de fijación utilizados en cada instituto. Los círculos se colocan por encima y por debajo de la osteotomía quirúrgica planificada (decidida ya en la sección 1).
4. Proyecte el diseño desde el plano hasta el hueso. En la categoría Curvas (Figura suplementaria 7), utilice la herramienta de croquis del proyecto y elija los círculos que se transferirán del plano al hueso.
5. Para conectar los círculos exteriores para el diseño de placa de borde exterior, elija en la categoría Curvas la herramienta de división y defina la parte del círculo que se eliminará para permitir una conexión a los círculos adyacentes. Con la opción de selección, elija la parte definida del círculo y elimínela. En la categoría Curvas, utilice la herramienta Dibujar curva y conecte los círculos exteriores para crear una forma externa continua de la placa específica del paciente.
6. Antes de crear la placa de fijación, duplique la mandíbula superior haciendo clic con el botón derecho y seleccionando Duplicar en la lista de objetos(Figura suplementaria 7A). Esto permitirá el uso de la herramienta booleana en las siguientes etapas para crear la placa de fijación.
7. En la categoría Arcilla de detalle, utilice la herramienta Relieve con curva. Esto crea el volumen de la placa de fijación en función de las curvas previamente proyectadas. Elija la curva de forma exterior y, a continuación, coloque el cursor en forma de círculo dentro y en la superficie de la placa formada (tenga en cuenta que el cursor debe colocarse en el lado que se va a grabar). En la parte inferior, elija los parámetros de la función, principalmente la opción Distancia que controla el grosor de la placa de fijación futura.
8. Separe la placa de la mandíbula superior. En esta etapa se realiza la opción booleana. Elija la mandíbula superior original, haga clic con el botón derecho en la lista de objetos y haga clic en Boolean . Retirar de la aplicación de la aplicación de la aplicación de Mandíbula superior con placa.
9. Para crear los agujeros para los tornillos, dibuje los tornillos/escanearlos y, a continuación, utilice la opción booleana o utilice la herramienta SubD. En la categoría Superficies subd (Figura suplementaria 8), utilice la herramienta SubD de corte de alambre para crear varillas perpendiculares a la placa en el tamaño de los taladros deseados, que se realiza en función de los círculos creados en el paso 2.3 que se originan desde el plano perpendicular.
10. A continuación, reste las varillas de la placa utilizando el valor booleano de la placa. Retirar de la técnica.
    NOTA: En esta etapa la placa de fijación final está lista(Figura Suplementaria 9). Es necesario planificar guías quirúrgicas adecuadas para la osteotomía para que las placas encajen perfectamente.
11. Para crear las guías, cambie la posición de la mandíbula superior a su ubicación original, pero con los orificios de tornillo marcados en el hueso de acuerdo con la placa de fijación creada en la posición final de la mandíbula (tenga en cuenta que los agujeros en la cara media no cambian de posición ya que la cara media permanece en la misma posición).
    1. Para ello, cambie la posición de la mandíbula con las curvas de los orificios utilizados para la placa de fijación final a la ubicación original de la mandíbula antes del movimiento. En la categoría Seleccionar/Mover arcilla, utilice la opción Registrar piezas. elija la Fuente (movimiento del poste de la mandíbula superior) y el Objetivo (mandíbula superior y cara media antes del movimiento). Utilice un gran número de puntos fijos en ambos objetos para obtener precisión en el reposicionamiento.
12. Sobre la base de los orificios recién posicionados, cree las guías quirúrgicas de una manera similar a como se describe para las placas de fijación (pasos 2.3 a 2.10).

Resultados

Para observar el uso clínico del método, presentamos un caso de una hembra de 23 años. Sufría de hiperplasia condylar a una edad más temprana en el cóndilo derecho, lo que resultó en asimetría de ambas mandíbulas. La Figura 1A muestra la mandíbula superior retrognatica y la mandíbula inferior prognatica que exhiben las discrepancias entre las mandíbulas. En la vista frontal, la asimetría severa se puede observar como se detalla utilizando las líneas amarillas y rojas. Utilizand...

Discusión

La planificación e impresión 3D es uno de los métodos en evolución más rápida en el campo quirúrgico. No es sólo una herramienta prometedora para el futuro, sino una herramienta práctica utilizada hoy en día para resultados quirúrgicos de alta precisión y soluciones específicas para el paciente. Permite resultados muy precisos y reduce la dependencia de la experiencia del cirujano¹⁰. Resuelve muchas de las desventajas de los métodos quirúrgicos de moda antigua anteriores, pero los c...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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