JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פרוטוקול זה מתאר את השימוש בתכנון והדפסה תלת-ממדיים לשיקום פגמים גרמיות. אנו משתמשים כלים פילוח כדי ליצור מודלים תלת-ממד ואחריו 3D תוכנה עיצוב ליצור שתלים ספציפיים לחולה למטרות שחזור במקביל לניתוח פולשני או כשלב שני.

Abstract

אנחנו בעיצומו של עידן התלת-ממד ברוב ההיבטים של החיים, ובעיקר ברפואה. משמעת כירורגית הוא אחד השחקנים העיקריים בתחום הרפואי באמצעות התפתחות ללא הרף יכולות תכנון 3D והדפסה. עיצוב בסיוע מחשב (CAD) ומחשב בסיוע ייצור (CAM) משמשים כדי לתאר את התכנון 3D וייצור של המוצר. תכנון וייצור של מדריכים כירורגיים תלת-ממדיים ושתלים שחזור מבוצעים כמעט אך ורק על ידי מהנדסים. ככל שהתקדמות טכנולוגית וממשקי תוכנה הופכים לידידותיים יותר למשתמש, היא מעלה שאלה בנוגע לאפשרות להעביר את התכנון והייצור למטפל. הסיבות לשינוי כזה הן ברורות: למנתח יש את הרעיון של מה שהוא רוצה לעצב, והוא גם יודע מה אפשרי והוא יכול לשמש בחדר הניתוח. זה מאפשר לו להיות מוכן עבור כל תרחיש/תוצאות בלתי צפויות במהלך הפעולה ומאפשר למנתח להיות יצירתי לבטא רעיונות חדשים שלו באמצעות תוכנת CAD. מטרת שיטה זו היא לספק קלינאים עם היכולת ליצור מדריכים כירורגיים שלהם שתלים שחזור. בכתב יד זה, פרוטוקול מפורט יספק שיטה פשוטה לפילוח באמצעות התוכנה פילוח ותכנון השתל באמצעות תוכנת עיצוב תלת-ממד. בעקבות פילוח והפקת קובץ stl באמצעות תוכנה פילוח, המרפאה יכולה ליצור לוחית פשוטה שחזור ספציפי מטופל או צלחת מורכבת יותר עם עריסה עבור השתלת העצם מיצוב. מדריכים כירורגיים ניתן ליצור עבור כריתה מדויקת, הכנה החור עבור מיקום הצלחת השחזור הנכון או לקציר השתל העצם מחדש ליצור. מקרה של שחזור הלסת התחתונה בעקבות שבר צלחת וריפוי לא האיגוד של פציעה מתמשכת של טראומה מפורט.

Introduction

רפואה מותאמת אישית מתפתחת במהירות בתחומים רבים של רפואה1. הטיפול האישי אונלוגי הוא נושא של דיון רב, ולכן ידוע גם בפני האוכלוסייה הכללית. הדפסה תלת-ממדית הוצגה לראשונה על ידי צ'ארלס הול המציג הדפסת תלת-ממד של אובייקטים באמצעות סטריאואוליתוגרפיה2. מאז פותחו טכנולוגיות שונות להדפסת תלת-ממד. השיטה שבשימוש נבחרה בהתאם למטרת ההתקן.

השדה הכירורגי מאמץ במהירות תרופה אישית. טיפול מותאם אישית בתחום הכירורגי מחייב תכנון וירטואלי באמצעות תוכנת עיצוב בעזרת מחשב (CAD). השלב הראשון תמיד כולל פילוח כדי ליצור קובץ stl 3D. המחשב בסיוע ייצור (CAM) מכונה תהליך הייצור של החלק המתוכנן 3D. הניצול הראשון של הטכנולוגיה שימש בדפוס טרום ניתוח מודל לתכנון כירורגי וניתוח מבוים3,4,5. עם התפתחות הטכנולוגיה, תכנון וירטואלי של הניתוחים ולאחר מכן תכנון וייצור של מדריכים כירורגיים כדי לסייע בניתוח עצמו ושתלים ספציפיים החולה שחזור מותאם באופן מושלם על העצם של המטופל הפך פופולרי יותר6,7,8,9,10. המטרה של פרוטוקול זה היא לספק לרופאים עם היכולת ליצור מדריכים כירורגיים שלהם ושחזור מטופל ספציפי שתלים. שיטה זו מדויקת יותר מהשימוש בלוחות מלאי מכיוון שהיא מתאימה באופן מושלם ויכולה להתבסס על מאפייני הפגם המסוים. הוא גם מפחית את התלות בחווית המנתח ומפחית את זמן הפעולה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

מחקר זה עקב אחר הצהרת הלסינקי על פרוטוקול רפואי ואתיקה ומועצת הביקורת אתית מוסדית אישר את המחקר.

1. פילוח באמצעות תוכנה מפלח

הערה: תהליך הייבוא של קבצי DICOM דורש את כיוון הציר, המטוסים המשונן והמטוסים בחלון המוקפץ כדי לסיים את הכיוונון.

  1. בתפריט פילוח של עצם , בחרו בתכונה ' כללי '. השתמש בסמן "-" עבור קטעים לא רצויים ו-"+" עבור קטע הריבית. הוסיפו סמנים לדגם תלת-ממד ששוחזר או במקטעי הצלב השונים בשעת גלילה ותזוזה לאורך הסריקה.
  2. בחרו בלחצן Set שמדגימה את הפילוח. בשלב זה, תקן את הסימונים והוסף אלה חדשים לדיוק טוב יותר. לחץ על החל כדי ליצור את המקטע החדש. ניתן ליצור בדרך זו מקטעים מרובים.
  3. לאחר פילוח הוא השלם, לייצא את הקבצים כמו stl 3D קבצים עבור 3D הדפסה או תכנון של שתלים תלת-ממד שחזור בתוכניות עיצוב 3D CAD.

2. עיצוב שתלים בשחזור באמצעות תוכנת עיצוב תלת-ממד

  1. לאחר מקדם את פילוח העצם באמצעות התוכנה פילוח, לייבא את הקבצים stl לתוך תוכנת עיצוב תלת-ממד (ראה טבלת חומרים).
  2. אם יש צורך בהפרדה נוספת (למשל, אם חלק אחד מיועד להעבירו בנפרד), עשה זאת כאן. בתפריט חימר פיסול , השתמשו בכלי גילוח כדי להפריד את העצם לשני חלקים. בתפריט ' בחר/העבר חימר ', בחר את החימר וסמן את החלק שעליו יש לעבוד. לאחר מכן, העתק חלק זה וצור אובייקט זהה חדש ברשימת האובייקטים כדי לטפל במיקומה כפי שנצפה בשלב הבא.
  3. בצע תנועת מקטע בשלב זה. ודא שציר הסיבוב מוגדר על חלק העצם כדי להישאר באותו מיקום. בתפריט ' בחירה/העברה של חימר ', בחר ' מקם מחדש ' והגדר את ציר הסיבוב כמתוכנן.
  4. כמו הגולגולת האנושית היא סימטרית ברובו, להשתמש בצד הבריא להדרכה כדי להשיג את המיקום הנכון/החלפת קטע חסר/mal ממוקם. השתמש בטכניקת שיקוף כדי ליצור תמונה שיקוף של הצד הרגיל. בתפריט חימר לבנות , להשתמש באפשרות חימר מראה ולהגדיר את המטוס במרכז הגולגולת.
  5. בהתבסס על החצי שיקוף, לבצע סיבוב קטע אם יש צורך לשחזר את החלק הגרמי avulsed באמצעות הכלי להוסיף חימר בתפריט לבנות חימר . שחזור זה מבוצע על מנת לבנות שתל שחזור ספציפי לחולה בשלבים הבאים, אשר לשחזר את מתאר הפנים הנכון.
  6. לאחר שחזור קטע הגרמי, צור את השתל המסוים של המטופל. בתפריט ' עקומות ', השתמשו באפשרות ' צייר עקומה ' וצרו צורה חיצונית רציפה של השתל הרצוי.
  7. בשלב זה, לשכפל את פלח הגרמי כפי שיהיה צורך לבצע פונקציה בוליאנית כדי להפריד את השתל הבנוי. פעולה זו מבוצעת בחלון רשימת האובייקטים על-ידי לחיצה ימנית על המקטע והקשה על האפשרות הכפולה .
  8. עבוד במקטע החדש המשוכפל. בתפריט חימר פירוט , השתמש באפשרות הבלטה עם עיקול כדי ליצור את נפח השתל המשוחזר. בחר את הצורה החיצונית של השתל משורטטים, ולאחר מכן למקם את הסמן בצורת מעגל בתוך השתל שרטט, על פני השטח של העצם. שים לב שההבלטה תפעל כלפי חוץ או על החלק הפנימי של העצם, בהתאם למיקום הסמן. לאחר מכן, לבחור את הפרמטרים הרצויים-החשוב ביותר, אפשרות המרחק השולט על עובי השתל.
  9. הפרידו את השתל מפלח הגרמי. ברשימת האובייקטים, בחר את האובייקט המשוכפל הקודם משלב 2.7, לחץ לחיצה ימנית ולאחר מכן בחר בוליאני ← הסר מ. לאחר מכן בחר את האובייקט המכיל את השתל שנוצר.
  10. במקרה של חורים עבור קיבעון בורג או לאפשר אנגיוגנזה נדרשים, בחר מטוסים קטגוריה → צור מישור כדי ליצור מישור מקביל שבו החורים עבור הלוח מתוכננים. באמצעות תפעול ידני, מניחים את המטוסים בקבינות מקסימלית לשתל. בתפריט סקיצה , בחר עיגול וצור עיגולים בגודל ובמיקום הרצויים. ניתן ליצור מעגל גדול נוסף, שישמש ככיור נגד ראש בורג הכוונות.
  11. בתפריט ' עקומות ', השתמש באפשרות ' סקיצה של פרוייקט ' ובחר את הסקיצות המיועדות להעברה מהמטוס לשתל.
  12. כדי ליצור את כיור הנגד עבור הברגים, בתפריט חימר פרטי , השתמש באפשרות ' הבלטה עם עקומה '. לבחור את העיגולים החיצוניים של הסקיצה, למקם את הסמן בצורת מעגל בתוך האזור העגול המסומן על פני השטח ולהזין את המרחק השולט על מעמקי כיור נגד (למשל, 0.3 מ"מ). כדי להשלים את התהליך, לחץ על החל והנמך כדי לוודא שהבהבלטה מבוצעת באופן חיסור ולא בתוסף.
  13. כדי להשלים את החורים, בתפריט משטחי Subd , להשתמש בחוט לגזור subd האפשרות ליצור מוטות בניצב לשתל מבוסס על עיגולים קטנים שנוצרו בשלב 2.10.
  14. כדי ליצור את החורים באמצעות המוטות, השתמש בוליאני ≫ הסר מתוך בשלב 2.9. לבחור מוט אחד אחרי השני, לחץ לחיצה ימנית ברשימת האובייקטים ← בוליאני → הסר מתוך → נוצר השתל.
    הערה: לחלופין, ניתן ליצור/לסרוק את הברגים הרצויים, והפונקציה הבוליאני יכולה לשמש ליצירת החורים הרצויים.
  15. כדי ליצור רשת שינוי בשתל (המאפשר אנגיוגנזה למשל), תחילה צור סקיצה (באמצעות אפשרות העקומה) של רשת השינוי המתוכננת כמו בשלב 2.6.
    1. בתפריט ' חימר ', השתמשו באפשרות ' הבלטה עם תמונה עטופה '. בחרו תמונה לפיהם תיווצר רשת השינוי (קיימות מספר תבניות שיבואו עם התוכנית). החלקים הלבנים של התמונה יהיו מופחתים ברשת, והחלקים השחורים ייחסו.
    2. שימוש בפקד ידני, כוונון הכיוון והגודל של העיצוב. קבעו את המרחק המייצג את עובי החורים שנוצרו ולחצו על ' החל'. השתל הספציפי לחולה מוכן לייצור.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

החולה 40 בת האישה עם שבור, מניות סיפק, לוחית קיבוע שחזור מפציעה קודמת שבר בגוף השמאלי של הלסת התחתונה שלה הציג למחלקה. הדמיה מראה את לוחית הקיבוע שבורה ואת הקטע השמאלי mal ממוקם של הלסת התחתונה (איור 1). באמצעות התוכנה פילוח, פילוח של הלסת התחתונה בוצעה הפרדת ל?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

עם שימוש מתמשך בפיתוח של מחשבים עבור תכנון וירטואלי של הליכים כירורגיים, השילוב עם טכנולוגיה מתפתחת אחרת, 3D הדפסה, הוביל עידן חדש לגמרי של טיפול כירורגי. דיוק הוא המטרה של טכנולוגיות אלה וטיפול ספציפי למטופל, כמו המטרה העתידית, מוצג בצורה של מדריכים כירורגיים ושתלים מסוימים המטופל שחזור. א...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgements

לא התקבלה מימון לעבודה זו.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
D2P (DICOM to Print)3D systemsSegmentation software to create 3D stl files
Geomagic Freeform3D systemsSculpted Engineering Design

References

  1. Goodsaid, F., Frueh, F., Burczynski, M. E. Personalized Medicine. Drug Discovery and Evaluation: Methods in Clinical Pharmacology. Hock, F., Gralinski, M. , Springer. (2019).
  2. Hull, C. W. Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography. Google Patents. , US4575330A (1986).
  3. Petzold, R., Zeilhofer, H. F., Kalender, W. Rapid prototyping technology in medicine--basics and applications. Computerized Medical Imaging and Graphics. 23 (5), 277-284 (1999).
  4. Schmauss, D., Gerber, N., Sodian, R. Three-dimensional printing of models for surgical planning in patients with primary cardiac tumors. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 145 (5), 1407-1408 (2013).
  5. Tam, M. D., Laycock, S. D., Bell, D., Chojnowski, A. 3-D printout of a DICOM file to aid surgical planning in a 6 year old patient with a large scapular osteochondroma complicating congenital diaphyseal aclasia. Journal of Radiology Case Reports. 6 (1), 31(2012).
  6. Emodi, O., Shilo, D., Israel, Y., Rachmiel, A. Three-dimensional planning and printing of guides and templates for reconstruction of the mandibular ramus and condyle using autogenous costochondral grafts. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (1), 102-104 (2017).
  7. Leiser, Y., Shilo, D., Wolff, A., Rachmiel, A. Functional reconstruction in mandibular avulsion injuries. Journal of Craniofacial Surgery. 27 (8), 2113-2116 (2016).
  8. Mazzoni, S., Bianchi, A., Schiariti, G., Badiali, G., Marchetti, C. Computer-aided design and computer-aided manufacturing cutting guides and customized titanium plates are useful in upper maxilla waferless repositioning. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 73 (4), 701-707 (2015).
  9. Rachmiel, A., Shilo, D., Blanc, O., Emodi, O. Reconstruction of complex mandibular defects using integrated dental custom-made titanium implants. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (4), 425-427 (2017).
  10. Xu, N., et al. Reconstruction of the upper cervical spine using a personalized 3D-printed vertebral body in an adolescent with Ewing sarcoma. Spine. 41 (1), E50-E54 (2016).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

1623D3D

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved