Traitement des déformations faciales à l’aide de la planification 3D et de l’impression d’implants spécifiques au patient

Résumé

Au fur et à mesure que la technologie se développe et devient plus conviviale, la planification des opérations et des guides chirurgicaux spécifiques aux patients et des plaques de fixation devraient être effectuées par le chirurgien. Nous présentons un protocole pour la planification 3D des mouvements squelettiques orthognatiques et la planification et l’impression 3D des plaques de fixation patient-spécifiques et des guides chirurgicaux.

Résumé

Les progrès technologiques dans la planification chirurgicale et les implants spécifiques aux patients sont en constante évolution. On peut soit adopter la technologie pour obtenir de meilleurs résultats, même dans la main moins expérimentée, ou continuer sans elle. Au fur et à mesure que la technologie se développe et devient plus conviviale, nous croyons qu’il est temps de permettre au chirurgien d’avoir la possibilité de planifier ses opérations et de créer ses propres guides chirurgicaux et plaques de fixation spécifiques au patient lui permettant de contrôler pleinement le processus. Nous présentons ici un protocole pour la planification 3D de l’opération suivie de la planification 3D et l’impression des guides chirurgicaux et des implants de fixation spécifiques au patient. Au cours de ce processus, nous utilisons deux logiciels commerciaux de conception assistée par ordinateur (CAO). Nous utilisons également une imprimante de modélisation de dépôt fusionnée pour les guides chirurgicaux et une imprimante sélective de frittage laser pour les implants de fixation spécifiques au patient de titane. Le processus comprend l’acquisition d’imagerie par tomographie calculée (CT), la segmentation 3D du crâne et des os faciaux du CT, la planification 3D des opérations, la planification 3D de l’implant de fixation spécifique au patient en fonction de la position finale des os, la planification 3D des guides chirurgicaux pour effectuer une ostéotomie précise et la préparation de l’os pour les plaques de fixation, et l’impression 3D des guides chirurgicaux et les plaques de fixation spécifiques au patient. Les avantages de la méthode comprennent le contrôle total de la chirurgie, les ostéotomies et les plaques de fixation prévues, la réduction significative du prix, la réduction de la durée d’exploitation, des performances supérieures et des résultats très précis. Les limites comprennent la nécessité de maîtriser les programmes de CAO.

Introduction

L’impression 3D est une méthode additive basée sur le placement progressif de couches de différents matériaux, créant ainsi des objets 3D. Il a été développé à l’origine pour le prototypage rapide et a été introduit en 1984 par Charles Hull, qui est considéré comme l’inventeur de la méthode de stéréolithographie basée sur des couches solidifiantes de résine photopolymer¹. Les progrès technologiques dans la planification virtuelle des chirurgies et la planification et l’impression d’implants spécifiques aux patients sont en constante évolution. Les innovations se produisent à la fois dans le domaine du logiciel de conception assistée par ordinateur (CAD) et dans les technologies d’impression 3D². Simultanément aux développements technologiques, les logiciels et les imprimantes deviennent plus conviviaux. Cela réduit le temps nécessaire à la planification et à l’impression et permet au chirurgien de planifier ses opérations et de créer ses propres guides chirurgicaux spécifiques au patient et plaques de fixation dans un domaine qui était exclusivement le « terrain de jeu » d’un ingénieur. Ces développements permettent également aux chirurgiens et aux ingénieurs d’introduire de nouvelles applications et conceptions d’implants spécifiques au patient^3,4,5.

L’une de ces applications est la planification 3D des chirurgies orthognathiques suivies de la planification et de l’impression 3D de guides chirurgicaux et de plaques de fixation spécifiques au patient. Historiquement, des chirurgies orthognathiques ont été planifiées à l’aide d’articulateurs. Un arc facial a été utilisé pour enregistrer la relation de la mâchoire supérieure à l’articulation temporomandibulaire positionnant ainsi les moulages du patient dans l’articulateur. Plus tard, les mouvements chirurgicaux ont été exécutés sur les plâtres et une plaquette acrylique a été préparée pour aider avec le positionnement approprié des mâchoires pendant la chirurgie. Cette méthode a été utilisée pendant de nombreuses années et est encore utilisée de nos jours par la plupart, mais l’utilisation de la tomographie calculée de faisceau de cône (CT) avec des scanners intra-oraux et un logiciel CAO a permis une planification précise, épargnant le besoin de facebows ou de moulages et se déplaçant vers la création de plaquettes numériquement planifiées⁶. Cette méthode a réduit l’inexactitude de la manipulation manuelle et des mesures, mais avait encore des défauts, y compris l’utilisation de la mâchoire inférieure instable comme point de référence pour le positionnement de la mâchoire supérieure et le manque de contrôle sur le positionnement vertical de la mâchoire supérieure⁷. Ainsi, une nouvelle méthode a été introduite. Cette méthode est appelée la chirurgie "sans gaufrettes" et est basée sur le repositionnement des mâchoires anatomiquement à l’aide de guides de coupe chirurgicale et de fixation patient-spécifique plaques de titane⁸. Cette méthode résout les inconvénients de la méthode de plaquette numérique décrite précédemment. Nous allons décrire cette méthode, qui permet au chirurgien une liberté complète dans la planification de ces chirurgies d’une manière spécifique au patient, avec un minimum d’erreurs possibles et des inexactitudes. Cette méthode permet une chirurgie " sans gaufrettes ", ce qui signifie qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser la mâchoire opposée comme référence pour repositionner les os, diminuant ainsi les inexactitudes dérivées de cette dépendance⁹.

Protocole

1. Repositionnement des mâchoires

REMARQUE : Cette section est effectuée à l’aide du logiciel d’imagerie (c.-à-d. Dolphin).

1. Chargez les os du visage image CT fichiers DICOM du patient (figure 1A) dans le logiciel en sélectionnant le bouton 3D sur la gauche et en cliquant sur Import New DICOM (Figure supplémentaire 1). Entrez le mode d’édition 3D en cliquant sur la 3D . Modifier.
2. Orientez l’image 3D à l’aide du bouton d’orientation sur la gauche. Créez une image panoramique à l’aide du bouton de construction de rayons X sur la gauche(figure supplémentaire 2).
3. Aller à Tools (fr) Planification chirurgicale orthognatique (en anglais) Démarrer new Workup.
4. Placez les segments dans l’image panoramique. Cultiver chaque segment pour contenir la superficie de l’os correspondant.
   REMARQUE : L’étape de nettoyage est utile lorsque, pour plus de précision, une arche dentaire numérisée et une tomodensitométrie sont superposées pour créer une plaquette. Ceci n’est pas indiqué dans une chirurgie " sans gaufrettes " telle qu’elle est présentée ici et donc à ce stade on peut nettoyer les imperfections de la TO si elles existent.
5. Choisissez l’ostéotomie appropriée pour le patient sur la casserole gauche sous les ostéotomies (comme LeFort I, split sagittal, etc.). Marquez l’emplacement exact des lignes d’ostéotomie en déplaçant les cercles jaunes(figure supplémentaire 3).
   REMARQUE: Il est extrêmement important de noter les sommets de racine des dents que l’emplacement de l’ostéotomie décidé ici sera celui effectué plus tard sur la base des guides chirurgicaux. Évitez toujours les racines et maintenez une distance de 5 mm.
6. Marquez différents points de repère en cliquant à gauche sur le bon emplacement pour chaque point de repère suggéré.
   REMARQUE : Ceci est important pour les mesures et les objectifs de mouvement dans les étapes suivantes.
7. Effectuer des mouvements de segments d’os. Faites glisser l’os au bon endroit, ou pour la précision, cliquez à droite et choisissez les mouvements d’entrée à l’aide du clavier.
8. Afin de suivre le mouvement des points de repère clés, appuyez sur Traiter options bouton sur la gauche et de choisir Show Landmark Offset et Les tables de mesure.
   REMARQUE : Dans l’onglet suivant, l’opération pré et après pratiquement planifiée peut être observée(figure supplémentaire 4).
9. Exporter les fichiers de stl des deux positions différentes des segments d’os, l’un dans l’étape préopératoire et l’autre dans l’étape post-opératoire, en utilisant la barre de diapositives sur la gauche et les segments d’exportation en stl bouton sur la gauche.

2. Préparation de plaques de fixation spécifiques au patient et de guides chirurgicaux

REMARQUE : Cette section est effectuée à l’aide du logiciel de conception 3D (c.-à-d. Geomagic Freeform).

1. Cliquez sur le fichier (en anglais) Modèle d’importation (figure supplémentaire 5A) pour importer les fichiers de stl obtenus à partir de l’étape 1.9 montrant la position de la mâchoire supérieure et du milieu suivant l’ostéotomie, mais avant le repositionnement en position finale.
2. Commencez par planifier les plaques de fixation spécifiques au patient dans la position finale de la mâchoire supérieure. Dans la palette d’outils à gauche dans la catégorie Plans, sélectionnez Create Plane (figure supplémentaire 6A). Ici, la conception initiale des plaques sera effectuée. Déplacez manuellement l’avion parallèlement à l’os où la plaque sera placée.
3. Dans la catégorie Croquis (figure supplémentaire 6B), choisissez une forme de cercle et créez des cercles avec une taille appropriée pour que les vis soient utilisées plus tard. Créez un deuxième cercle autour du précédent de 3 mm de plus de diamètre pour décrire la plaque de fixation.
   REMARQUE : La taille des cercles est déterminée en fonction des ensembles de fixation utilisés dans chaque institut. Les cercles sont placés au-dessus et en dessous de l’ostéotomie chirurgicale prévue (déjà décidée à la section 1).
4. Projetez la conception de l’avion à l’os. Dans la catégorie Courbes(figure supplémentaire 7), utilisez l’outil de croquis du projet et choisissez les cercles qui seront transférés de l’avion à l’os.
5. Pour relier les cercles extérieurs à la conception externe de la plaque de bordure, choisissez sous la catégorie Curves l’outil fractionné et définissez la partie du cercle qui sera enlevée pour permettre une connexion aux cercles adjacents. En utilisant l’option de sélection, choisissez la partie définie du cercle et supprimez-la. Dans la catégorie Curves, utilisez l’outil de courbe de tirage et connectez les cercles extérieurs pour créer une forme extérieure continue de la plaque spécifique au patient.
6. Avant de créer la plaque de fixation, dupliquer la mâchoire supérieure en cliquant à droite et en sélectionnant le Duplicatum de la liste d’objets(figure supplémentaire 7A). Cela permettra l’utilisation de l’outil Boolean dans les prochaines étapes pour créer la plaque de fixation.
7. Dans la catégorie Détail Clay, utilisez les gaufrages avec outil de courbe. Cela crée le volume de la plaque de fixation en fonction des courbes précédemment projetées. Choisissez la courbe de forme extérieure, puis placez le curseur en forme de cercle à l’intérieur et sur la surface de la plaque en forme (notez que le curseur doit être placé sur le côté pour être en relief). En bas, choisissez les paramètres de la fonction, principalement l’option Distance qui contrôle l’épaisseur de la future plaque de fixation.
8. Séparer la plaque de la mâchoire supérieure. À ce stade, l’option Boolean est effectuée. Choisissez la mâchoire supérieure d’origine, cliquez à droite sur la liste des objets et cliquez sur Boolean . Supprimer de '' ' ' ' ' ' ' ' Mâchoire supérieure avec plaque.
9. Pour créer les trous pour les vis, soit dessiner les vis / les scanner, puis utiliser l’option Boolean ou utiliser l’outil SubD. Dans la catégorie des surfaces sous-D (figure supplémentaire 8), utilisez l’outil SubD coupé en fil pour créer des tiges perpendiculaires à la plaque de la taille des trous désirés, qui est effectuée en fonction des cercles créés à l’étape 2.3 provenant du plan perpendiculaire.
10. Ensuite, soustrayez les tiges de la plaque à l’aide du Boolean . Retirer de la technique.
    REMARQUE : À ce stade, la plaque de fixation finale est prête(figure supplémentaire 9). Des guides chirurgicaux appropriés doivent être planifiés pour l’ostéotomie afin que les plaques s’adaptent parfaitement.
11. Pour créer les guides, repositionner la mâchoire supérieure à son emplacement d’origine, mais avec les trous de vis marqués dans l’os selon la plaque de fixation créée dans la position finale de la mâchoire (notez que les trous dans la surface médiane ne changent pas de position car le milieu reste dans la même position).
    1. Pour ce faire, repositionner la mâchoire avec les courbes pour les trous utilisés pour la plaque de fixation finale à l’emplacement d’origine de la mâchoire avant le mouvement. Dans la catégorie Select/Move Clay, utilisez l’option Pièces de registre. choisir la Source (mouvement du poteau de la mâchoire supérieure) et la cible (mâchoire supérieure et midface avant le mouvement). Utilisez un grand nombre de points fixes sur les deux objets pour la précision dans le repositionnement.
12. Basé sur les trous nouvellement positionnés créer les guides chirurgicaux d’une manière similaire comme décrit pour les plaques de fixation (étapes 2.3-2.10).

Résultats

Pour observer l’utilisation clinique de la méthode, nous présentons un cas d’une femelle de 23 ans. Elle a souffert de l’hyperplasie condylar à un plus jeune âge dans la condyle droite ayant pour résultat l’asymétrie des deux mâchoires. La figure 1A montre la mâchoire supérieure rétrognathique et la mâchoire inférieure prognathique présentant les écarts entre les mâchoires. Dans la vue frontale, l’asymétrie sévère peut être observée comme détaillée à l’aide...

Discussion

La planification et l’impression 3D est l’une des méthodes les plus en évolution dans le domaine chirurgical. Ce n’est pas seulement un outil prometteur pour l’avenir, mais un outil pratique utilisé aujourd’hui pour des résultats chirurgicaux très précis et des solutions spécifiques aux patients. Il permet des résultats très précis et réduit la dépendance à l’expérience du chirurgien¹⁰. Il résout beaucoup des inconvénients des méthodes chirurgicales anciennes précéde...

matériels

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