患者固有インプラントの3D計画・印刷による顔面変形の治療

要約

技術が発達し、よりユーザーフレンドリーになるにつれて、手術および患者固有の外科ガイドおよび固定板の計画は外科医によって行われるべきである。我々は、矯正骨格運動の3D計画と患者固有の固定プレートと外科用ガイドの3D計画と印刷のためのプロトコルを提示する。

要約

外科計画および患者特有のインプラントの技術進歩は絶えず進化している。経験の浅い手でも、より良い結果を得るために技術を採用するか、それなしで続けることができます。技術が発達し、よりユーザーフレンドリーになるにつれて、外科医が自分の手術を計画し、彼がプロセスを完全に制御できるように、彼/彼女の患者固有の外科ガイドと固定プレートを作成するオプションを許可する時が来たと信じています。手術の3D計画のためのプロトコルをここに提示し、手術ガイドおよび患者固有の固定インプラントの3D計画および印刷を行う。このプロセスの間、我々は2つの商用コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアを使用します。また、外科用ガイド用の融合堆積モデリングプリンタと、チタン患者特異的固定インプラント用の選択的レーザー焼結プリンタを使用しています。このプロセスには、コンピュータ断層撮影(CT)画像化、CTからの頭蓋骨および顔面骨の3Dセグメンテーション、手術の3D計画、骨の最終位置に従った患者固有の固定インプラントの3D計画、正確な骨切除術を行い、固定プレートの骨を準備するための外科ガイドの3D計画、外科用ガイドと患者固有のプレートの3Dプリンティングが含まれる。この方法の利点は、手術、計画された骨切れおよび固定板、大幅な値下げ、操作期間の短縮、優れた性能および高精度の結果を完全に制御する。制限には、CAD プログラムをマスターする必要性が含まれます。

概要

3D プリントは、異なるマテリアルのレイヤーを段階的に配置し、3D オブジェクトを作成する方法に基づく追加方法です。これは、もともと迅速な試作のために開発され、光重合体樹脂の固化層に基づくステレオリソグラフィー法の発明者と考えられているチャールズ・ハルによって¹⁹⁸⁴年に導入されました 1.手術の仮想計画における技術の進歩と、患者固有のインプラントの計画と印刷は絶えず進化しています。技術革新は、コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアの分野と3Dプリンティング技術²の両方で発生します。技術の発展と同時に、ソフトウェアとプリンタはより使いやすくなっ.これにより、計画と印刷に必要な時間が短縮され、外科医は、彼/彼女の操作を計画し、エンジニアの「遊び場」の分野で、患者固有の外科用ガイドと固定プレートを作成するオプションを可能にします。これらの開発はまた外科医およびエンジニアが患者特有のインプラント^33、4、54の新しい適用および設計を導入することを可能^に5する。

これらのアプリケーションの1つは、外科ガイドと患者固有の固定プレートの3D計画と印刷に続く矯正手術の3D計画です。歴史的に、整形外科手術はアーティキュレータを使用して計画されました。顔弓は、上顎と顎の関係を顎関節に登録するために使用され、関節内の患者のキャストを配置した。その後、手術の動きがキャストで行われ、手術中に顎の適切な位置を助けるためにアクリルウエハースが準備されました。この方法は長年使用され、今日ではほとんどの人が使用されていますが、コーンビームコンピュータ断層撮影(CT)を口腔内スキャナとCADソフトウェアと共に利用することで、正確な計画を可能にし、顔弓やキャストの必要性を節約し、デジタル計画されたウエハースの作成に向けて動きました^6。この方法は、手動操作および測定の不正確さを減少させたが、上顎を配置するための基準点として不安定な下顎を用い、上顎⁷の垂直位置を制御する欠如を含む欠陥があった。そこで、新しい方法が導入されました。この方法は「ウエハーレス」手術と呼ばれ、外科用切断ガイドと患者固有の固定チタンプレート⁸を用いて解剖学的に顎の位置を変えて行う。この方法は、前に説明したデジタルウエハ法の欠点を解決する。我々は、外科医が可能なエラーおよび不正確さを最小限に抑え、患者固有の方法でこれらの手術を計画する完全な自由を可能にするこの方法を記述する。この方法は「ウエハーレス」手術を可能にし、これは骨の位置を変えるための基準として対側顎を使用する必要がないことを意味し、したがってこの依存から得られる不正確さを減少させる^9。

プロトコル

1. 顎の位置変更

注:このセクションは、イメージングソフトウェア(イルカなど)を使用して実行されます。

1. 左側の3Dボタンを選択し、新規DICOMのインポート(補足図1)をクリックして、患者の顔の骨CT画像DICOMファイル(図1A)をソフトウェアにロードします。3D 編集モードに入る場合は、[3D |を編集します。
2. 左側の向きボタンを使用して、3D イメージの向きを調整します。左側の[X線を構築]ボタンを使用してパノラマ画像を作成します(補足図2)。
3. ツールに移動 |矯正外科手術計画|新しいワークアップを開始します。
4. パノラマ画像にセグメントを配置します。各セグメントをトリミングして、対応するボーンの領域を含めます。
   注:クリーニング段階は、正確にスキャンされた歯科アーチとCTスキャンを重ね合わせてウエハーを作成する場合に便利です。これは、ここで提示された「ウエハーレス」手術では示されておらず、この段階ではCTの欠陥が存在する場合はきれいにすることができます。
5. 骨切除(LeFort I、矢状分割など)の下で左パンの患者に適切な骨切除術を選択します。黄色い円を動かして、骨位差の正確な位置をマークします (補足図 3)。
   注:ここで決定された骨の位置は、外科ガイドに基づいて後で行われるものであるため、歯の根頂部に注意することは非常に重要です。根を避け、5mmの距離を維持してください。
6. 提案されたランドマークごとに右の場所を左クリックして、さまざまなランドマークをマークします。
   注: これは、次の段階での測定と移動の目的で重要です。
7. ボーン セグメントの動きを実行します。ボーンを適切な位置にドラッグするか、正確に使用するために、右クリックして[キーボードを使用して移動を入力]を選択します。
8. 主要ランドマークの移動を追跡するには、左側の[オプションを扱う]ボタンを押し、[ランドマークオフセットと計測テーブルを表示]を選択します。
   注: 次のタブでは、仮想計画された操作の前と後に観察することができます (補足図 4)。
9. 左側のスライドバーと左側のstlボタンのエクスポートを使用して、術前ステージと術後ステージの2つの異なる位置のstlファイルをエクスポートします。

2. 患者固有の固定板と手術用ガイドの準備

注:このセクションは、3D設計ソフトウェア(すなわち、Geomagicフリーフォーム)を使用して実行されます。

1. [ファイル]メニューの [ファイル] をクリックしますインポートモデル(補足図5A)は、骨の骨の後に、最終位置に再配置する前に、上顎と中顔の位置を示すステップ1.9から得られたstlファイルをインポートする。
2. 上顎の最終位置で患者固有の固定板を計画して開始します。左側の[平面]カテゴリの下にあるツール パレットで、[平面を作成](補足図 6A)を選択します。ここでプレートの初期設計が行われます。プレートが配置されるボーンに対して、平面を平行に手動で移動します。
3. [スケッチ]カテゴリ(補足図6B)で円形状を選択し、後で使用するネジに適したサイズの円を作成します。前の円の周りに直径 3 mm 大きい円を作成して、固定プレートの輪郭を描きます。
   注: 円のサイズは、各研究所で使用される固定セットに基づいて決定されます。円は、計画された外科的骨切除術の上下に配置される(すでにセクション1で決定される)。
4. 平面からボーンに設計を投影します。[曲線]カテゴリ(補足図 7)で、プロジェクト スケッチ ツールを使用して、平面からボーンに移動する円を選択します。
5. 外側の境界プレートのデザインの外側の円を接続するには、[カーブ]カテゴリで分割ツールを選択し、隣接する円に接続できるように削除する円の一部を定義します。選択オプションを使用して、円の定義された部分を選択して削除します。[曲線]カテゴリで、描画曲線ツールを使用し、外側の円を接続して、患者固有のプレートの連続した外側の形状を作成します。
6. 固定プレートを作成する前に、右上の顎を複製して、オブジェクトリストから「複製」を選択します (補足図 7A)。これにより、次の段階でブールツールを使用して固定プレートを作成できます。
7. [詳細クレイ]カテゴリで、カーブツールを使用してエンボスを使用します。これにより、以前に投影されたカーブに基づいて固定プレートの体積が作成されます。外側のシェイプ カーブを選択し、円の形をしたカーソルを、シェイプされたプレートの表面に配置します(カーソルは、浮き出しの側面に配置する必要があります)。下部で、関数のパラメータを選択し、主に将来の固定プレートの厚さを制御する[距離] オプションを選択します。
8. 上顎からプレートを分離します。この段階では、ブール型オプションが実行されます。元の上顎を選択し、オブジェクトリストから右クリックし、ブール値をクリックします。から削除|プレート付きアッパージョー。
9. ねじの穴を作成するには、ねじを描画/スキャンしてからブール演算オプションを使用するか、SubD ツールを使用します。[サブサーフェス]カテゴリ(補足図 8)では、ワイヤカットサブDツールを使用して、垂直平面から発生するステップ 2.3 で作成された円に基づいて実行される、目的の穴の大きさでプレートに垂直なロッドを作成します。
10. 次に、ブール値を使用してプレートからロッドを引きます。 |テクニックから削除します。
    注: この段階では、最終的な固定プレートの準備ができました (補足図 9)。プレートが完全に収まるように、骨破術のために適切な外科ガイドを計画する必要があります。
11. ガイドを作成するには、上顎を元の位置に再配置しますが、顎の最終位置に作成された固定板に従って骨にネジ穴がマークされています(中面の穴は、中面が同じ位置にとどまるので位置が変わらないことに注意してください)。
    1. これを行うために、最終的な固定プレートに使用される穴のカーブを使用して、移動前の元の位置に顎を再配置します。[クレイの選択/移動]カテゴリで、[部品を登録]オプションを使用します。ソース(上顎のポストの動き)とターゲット(動きの前に上顎と中面)を選択します。再配置の精度を得る場合は、両方のオブジェクトに多数の固定点を使用します。
12. 新しく配置された穴に基づいて、固定プレートの説明と同様の方法で外科ガイドを作成します(ステップ2.3-2.10)。

結果

この方法の臨床使用を観察するために、23歳の女性の症例を提示する。彼女は右の顆深さで若い年齢で顆深膜過形成に苦しみ、両方の顎の非対称性をもたらした。図1Aは、顎の間の不一致を示す後起性上顎および前立性下顎を示す。正面図では、黄色と赤の線を使用して詳細に、重度の非対称性を観察することができます。イメージングソフトウェア(補足図1)

ディスカッション

3Dの計画および印刷は外科分野の最も急速に進化する方法の1つである。それは将来のための有望な用具であるばかりでなく、非常に正確な外科結果および患者特有の解決のために今日使用される実用的な用具である。それは非常に正確な結果を可能にし、外科医の経験¹⁰への依存を減らす。それは以前の古いファッションの外科方法の欠点の多くを解決しますが、コストは?...

資料

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