Conception des Guides chirurgicaux CAD/CAM pour Reconstruction maxillaire à l’aide d’une approche interne

Résumé

Méthodes pour concevoir un assistée par ordinateur design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) guide chirurgical sont indiqués. Plans sécants sont séparés, Unis et épaissis pour visualiser facilement le transfert de l’OS nécessaire. Ces dessins peuvent être en trois dimensions imprimées et vérifié.

Résumé

Des fabrication assistée par ordinateur/conception assistée par ordinateur (CAD/CAM) sont maintenant évaluée comme étant une technique préparative pour chirurgie maxillo-faciale. Parce que cette technique est coûteuse et disponible dans seulement des zones limitées du monde, nous avons développé un guide chirurgical CAD/CAM en utilisant une approche interne du roman. En utilisant le logiciel de CAO, la zone de résection maxillaire et plans sécants et les plans sécants fibulaire et les angles sont déterminés. Une fois que la zone de résection est décidée, les visages nécessaires sont extraites à l’aide d’un modificateur de Boolean. Ces visages superficielles sont Unis pour s’adapter à la surface des os et épaissi pour stabiliser les matières solides. Non seulement la coupe guides pour le péroné et le maxillaire supérieur mais aussi la disposition de l’emplacement des segments osseux transféré est définie en épaississant les faces superficielles. La conception CAO est enregistrée sous forme de fichiers .stl et en trois dimensions (3d) imprimé comme réels guides chirurgicaux. Pour vérifier l’exactitude des guides, chirurgie de modèle à l’aide de 3-D-imprimé du visage et fibulaires modèles est réalisée. Ces méthodes peuvent être utilisées pour aider les chirurgiens où les guides commerciaux ne sont pas disponibles.

Introduction

L’utilisation de techniques de CAD/CAM a récemment augmenté en dentaire et travaux de prothèse dentaire. Suite à cette évolution du CAD/CAM, ostéocutanés transferts de Rabat à l’aide de CAD/CAM sont maintenant utilisés dans le domaine de la reconstruction mandibulaire après une résection large oncologique des tumeurs malignes^1,2,3. Plusieurs entreprises dans les pays occidentaux ont commencé à fournir et de vendre un guide de coupe de CAD/CAM pour la région de la mandibule. Une reconstruction de CAD/CAM de la mandibule est réputée posséder un avantage en termes de précision^{4,5,6,7,8,9,10 ,11}. Cependant, un inconvénient est que cette technique est disponible dans des zones limitées dans le monde entier et c’est très cher¹². Ainsi, reconstruction de CAD/CAM pour les lésions maxillaires n'est pas encore devenue populaire. Le nombre des cas de reconstruction maxillaire est inférieur à celle de la mandibule et guides commerciaux ne sont pas courants.

Parce que les guides de CAD/CAM maxillaires commerciales ne sont pas vendus au Japon, nous avons développé des guides chirurgicaux CAD/CAM en utilisant une approche interne. L’efficacité clinique des guides CAD/CAM a déjà été signalé^{13,14,15,16,17,18,19}, mais il n’y a aucune rapport de la façon de les concevoir. Le but du présent rapport est de montrer la méthode de conception CAD/CAM en utilisant une approche interne de faible coût.

Protocole

Cette étude a été approuvée par la Commission de révision institutionnelle de l’auteur, et les formulaires de consentement écrit ont été remplis par les patients.

1. préparation des matériaux

1. Utiliser un ordinateur personnel, calculée tomographiques (CT) données d’osseuse du visage et du péroné, logiciel de conversion tel que InVesalius²⁰et en trois dimensions (3d) logiciel de CAO (p. ex., Blender,²¹).
   Remarque : Une épaisseur maximale de tranches de 1 mm de données CT est recommandée pour une conception précise. Pour la simulation chirurgicale réelle, utilisez les données du patient CT. Pour la recherche, utilisez les données 3D gratuit humaines²².
2. Utiliser une imprimante 3D²³, vis, plaques métalliques et une petite scie, pour vérifier non seulement les dessins mais aussi des objets réels et les résultats.
   Remarque : La présente étude est expérimentale. Plaques métalliques, vis et une petite scie peuvent être utilisés pour la chirurgie de modèle. Au lieu de plaques de métal, plastique-fixation plaques peuvent être aussi imprimées par l’imprimante 3D, ainsi que les guides chirurgicaux.
3. Transférer les données d’imagerie des os du visage et péroné en données 3D (format .stl) à l’aide de InVesalius²⁰.
   NOTE : Les données de CT sont essentiellement enregistrées sous la forme de deux dimensions (2d) photos. Ainsi, avant d’utiliser les données 3D, il est nécessaire de convertir les données en données 3D. Logiciel libre est suffisant à cette fin. Ce rapport n’explique pas comment faire pour transférer les données dans un fichier 3D ; guides et vidéos pédagogiques sont disponibles ailleurs.
4. Importez chaque fichier .stl dans Blender,²¹.
   Remarque : Logiciel de CAO accepte généralement un format 3D .stl-style. Au premier, maxillaire et fibulaire .stl fichiers doivent être ouvert dans le logiciel de CAO spécifique en les important.

2. conception

1. Décider sur la zone de l’enlèvement de l’os et solidifier un défect osseux
   1. Décider sur la zone d’être excisées.
      Remarque : Dans cette chirurgie de simulation expérimentale, n’importe quelle partie du maxillaire peut être définie comme une zone excisée. Reconstruction après maxillotomie total étant difficile, seulement une petite partie du maxillaire sera un choix pour les débutants. Dans un contexte clinique, oto-rhino-laryngologie décidera la superficie selon la région cancéreuse.
   2. Faire un gros avion et placez-le sur la frontière de la zone d’enlèvement en mode objet (Figures 1 a et 1 b). S’ensuit qu’en plaçant un deuxième avion (Figures 1 b-1D) et continuer à le faire jusqu'à ce que les avions entourent toute la zone pour l’enlèvement. S’unir ces plans en mode objet.
   3. Sélectionnez les sommets de tous ces avions et les connecter les uns aux autres en faisant des arêtes et faces (Figure 1e) en mode d’édition d’entourer les zones pour l’enlèvement.
      NOTE : Les plans de l’excision doivent être copiés et maintenues car ces plans originaux sont utilisés et ignorées lors de la solidification de l’excision. Dans la présente étude, copie de chaque plan et solide sur chaque occasion est recommandée afin de pouvoir les réutiliser.
   4. Soustraire le résécable solide de l’os du visage à l’aide d’un modificateur booléen dans le mode edit. Cela se traduit par un os du visage rasé (Figure 1f), qui est le modèle maxillaire défaut.
2. Placer un OS péroné
   1. Placez un péroné dans la zone de défaut maxillaire (Figure 2a). Placer les petits cubes à deux points (8 cm distal de la tête fibulaire et 5 cm en amont de la malléole externe) dans le péroné comme marqueurs (purple petits cubes sont indiquées à la Figure 2).
      Remarque : Dans les situations cliniques, une fibule peut être utilisée entre distale de la tête fibulaire 8 cm et 5 cm en amont de la malléole. Par cette marque, nous pouvons facilement comprendre les zones qui peuvent être utilisés.
   2. Petits cubes de lien vers le péroné en tant que parent réglage en mode objet.
   3. Placer les petits cubes comme marqueurs dans plusieurs points de la lésion maxillaire où la reconstruction est nécessaire. Ce marquage, la visibilité des points nécessaire reproduction est augmentée.
   4. Montez le péroné à la marge avant de l’os alvéolaire en mode objet, si le péroné est placé de la ligne médiane.
   5. Utilisez le plan précédent de l’ostéotomie maxillaire médiane comme un premier avion d’ostéotomie fibulaire (Figure 2b).
   6. Placer un nouvel avion d’ostéotomie éventuellement en mode objet (Figure 2c). Comme un parent en définissant un lien ce nouvel avion vers le péroné.
      Remarque : En définissant le parent sur le péroné, l’orientation relative entre ce nouvel avion d’ostéotomie et le péroné est toujours maintenue même si le péroné est placé à différents endroits. La zone du péroné qui est entouré par ces deux plans sécants devient le premier bloc fibulaire.
   7. Copiez le péroné et deux avions de l’ostéotomie en tant que parent réglage en mode objet. Déplacez ce copié du péroné, qui a la première zone de bloc avec deux plans de coupe sur les deux extrémités, à la deuxième zone, où la reconstruction est nécessaire (Figure 2e) pour planifier le deuxième bloc de péroné.
   8. Placer le deuxième plan de coupe en ajoutant un nouvel avion en mode objet.
      Remarque : Le plan sécant premier et le deuxième deviendra les extrémités du deuxième bloc du péroné. Si un troisième bloc est nécessaire, des procédures similaires sont ajoutés. La longueur appropriée des écarts entre les blocs adjacents fibulaires devrait être maintenue.
      NOTE : L’écart entre le premier et le deuxième bloc est réputé être la clé pour avoir une ostéotomie confortable. Si cet écart est large, l’ostéotomie sera facile en raison de l’espace de travail large, mais la longueur vasculaire est un peu perdue. En revanche, si l’espace est étroit, ostéotomie devient gênant, mais le deuxième ou troisième bloc peut être conçu en éliminant les déchets de l’OS utilisé.
3. Conception des guides de coupe fibulaire
   1. Visualiser uniquement le péroné et plans de coupe pour la conception du guide de coupe péroné en mode objet (Figure 3a).
   2. Chaque plan de coupe que taille d’occuper seulement moitié de la superficie de la section de coupe péroné en faisant glisser les sommets le long des bords (Figures 3 b-3d) en mode d’édition.
      Remarque : Le côté de montage du guide de coupe est la partie latérale du péroné. Parce que les vaisseaux alimentation sont situés à la face médiale, le guide ne vise pas à l’aspect médial.
   3. Unir deux plans des extrémités pour construire un solide en mode objet (Figures 4 a-4e). Sélectionnez les sommets de tous ces avions et les connecter les uns aux autres en faisant des arêtes et faces en mode d’édition pour former un solide rectangulaire.
   4. Soustrayez le péroné de ce solide rectangulaire à l’aide d’un modificateur booléen (Figures 5 a-5C).
      Remarque : La surface de cette soustraction s’intègre complètement la face latérale fibulaire. Les mêmes procédures sont répétées dans chaque bloc fibulaire nécessaire.
   5. S’unir chaque solide soustraite en mode objet.
   6. Placez un cube près les solides soustraites (Figure 5d). Extruder les visages pour faire les piliers (Figures 5e-5 g). S’unir ces piliers aux solides soustraites. C’est le guide de coupe fibulaire (Figures 5 h-5j).
4. Guide de coupe d’ostéotomie pour le maxillaire
   Remarque : Pour couper le maxillaire supérieur, il n’est pas nécessaire de concevoir le guide pour chaque surface de coupe, parce que seulement des zones limitées doivent être reconstruits en utilisant le péroné. Habituellement, deux guides de coupe, qui couvrent les domaines de zygomatiques alvéolaires et latérales médiales, sont conçus.
   1. Préparer les plans maxillaires et zygomatiques qui étaient la surface restante d’origine après l’ablation du maxillaire. Une marge de 1 cm de largeur est suffisante (Figure 6a).
   2. Extruder les visages préparées à l’étape 2.4.1 à épaissir l’avion et à les consolider dans le mode d’édition en utilisant le modificateur de solidifier (Figure 6b).
   3. Supprimer le solide épaissi sur les plans de la résection, qui ont été décidées à l’étape 2.1, aux deux extrémités ; C’est comment les guides de coupe maxillaire sont conçus.
      Remarque : Si la surface est déchiquetée, une plus petite zone d’ajustage de précision est suffisante. Si la surface est susceptible d’être plat, un grand espace est nécessaire pour éviter tout glissement du guide.
5. Guide de fixation pour les segments fibulaires
   NOTE : Segments fibulaires qui doivent être transférés au maxillaire sont considérés comme exacts en taille et en longueur, mais l’emplacement du transfert peut varier librement si le guide de fixation n’est pas utilisé. Le péroné et chaque plan de coupe (comme le fait à l’étape 2.2) sont utilisés de nouveau dans ce segment.
   1. Construire chaque bloc fibulaire dans le modificateur de Boolean en sortant de la zone d’intersection entre le péroné et le solide avec plans de coupe sur les deux extrémités (Figures 7 a et 7 b) en mode d’édition.
   2. Extrait de la moitié de la surface superficielle de chaque bloc fibulaire.
   3. Unir toutes ces surfaces en mode objet (Figure 7c).
   4. Supprimer les petits visages en mode d’édition à l’aide d’un couteau couper ( Figure 8a) pour garantir les espaces pour fixer les plaques de métal.
   5. Épaissir la surface à l’aide d’un modificateur de solidification dans le mode edit (Figures 8 b-8e).
      NOTE : Un minimum de 2 à 3 mm d’épaisseur est nécessaire pour stabiliser le guide de fixation et éviter la déformation. Si l’aile est conçue aux deux extrémités, il aidera le guide au maxillaire sans utiliser des plaques de métal.

3. 3-d impression pour la chirurgie de modèle et de véritables Guides

Remarque : L’objectif principal de ce rapport est de montrer la méthode de conception de guides chirurgicaux ; la procédure décrite ci-dessous n’est pas nécessaire si l’impression 3D n’est pas nécessaire.

1. Exporter les conceptions des guides au format .stl, qui peut être imprimé de 3D.
2. Imprimer tous les guides et les os.
   Remarque : Dans l’imprimerie, radeaux est considérés comme pour troubler les impression de surface lisse et conduire à un ajustement de surface et pauvre en escalier jusqu'à l’OS, donc le plan qui doit être lisse doit être dirigée vers le haut.
3. Opérer le modèle comme suit :
   1. Chirurgie semblable au réel, fit le maxillaire guide pour le modèle os faciaux de coupe tout d’abord (Figure 9a). Ensuite, couper les os du visage ainsi que le plan de coupe avec une scie.
   2. Fixez le guide de coupe fibulaire au modèle OS fibulaires et coupez-la en morceaux (Figure 9b). Fixer les blocs fibulaires sur le guide de fixation (Figures 9 c et d 9).
   3. Difficulté ce guide de fixation complexe à la défectuosité maxillaire à l’aide des vis et des plaques (Figure 9e). Après avoir résolu les segments fibulaires au maxillaire dans la zone où le guide de fixation ne s’attache pas à l’aide des vis et des plaques, retirez le guide de fixation. Ceci termine la reconstruction (Figure 9f).
4. Numérisez l’image 3-D-reconstruit et enregistrez-le au format .stl à l’aide d’un scanner 3D²⁴.
5. Comparez le fichier .stl modèle post chirurgie et la conception de CAO reconstruit (Figure 10) à l’aide de comparaison logiciel²⁵.
   Remarque : En comparant la conception de reconstruction virtuelle et le modèle de reconstruction guidée, exactitude réelle est calculée. Parce que la précision de CAD/CAM est obtenue dans un écart de 2,5 mm dans la reconstruction mandibulaire¹⁰, une précision similaire devrait être tenue dans cette méthode. Si la précision requise ne peut être obtenue, refaire la conception virtuelle.

Résultats

La zone de résection à l’aide de la procédure présentée ici, a tout d’abord déterminée. À l’aide de logiciels de CAO, la zone de résection a été complètement circonscrit par les visages. Ce domaine a été soustrait de l’os du visage par une opération booléenne. L’image du péroné, a été placé sur le défaut et coupe fibulaire visages ont été placés dans les conteneurs correspondants reconstituées. Coupe tout fibulaire visages étaient liés au péroné dan...

Discussion

Reconstruction de CAD/CAM est censée contribuer à la réalisation d’une ostéotomie exacte longueur, largeur et angle dans les os de coupe tout en utilisant coupe guides^{4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,}

matériels

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/