환자 별 임플란트의 3D 계획 및 인쇄를 이용한 안면 기형 치료

요약

기술이 발전하고 사용자 친화적이됨에 따라 외과 의사가 수술 및 환자 별 수술 가이드 및 고정 플레이트를 계획해야합니다. 우리는 정형 외과 골격 운동의 3D 계획 및 환자 특정 고정 플레이트 및 수술 가이드의 3D 계획 및 인쇄를위한 프로토콜을 제시합니다.

초록

수술 계획 및 환자 별 임플란트의 기술 발전은 끊임없이 진화하고 있습니다. 경험이 적은 손에서도 더 나은 결과를 얻기 위해 기술을 채택하거나 그것없이 계속 할 수 있습니다. 기술이 발전하고 더 사용자 친화적이됨에 따라, 우리는 외과 의사가 그 / 그녀의 수술을 계획하고 그 / 그녀의 자신의 환자 특정 수술 가이드 및 고정 플레이트를 만들 수있는 옵션을 허용하는 시간이 다 믿습니다 그 과정을 완전히 제어 할 수 있습니다. 수술 가이드와 환자 별 고정 임플란트의 3D 계획 및 인쇄에 이어 수술의 3D 계획 프로토콜을 제시합니다. 이 과정에서 우리는 두 개의 상용 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 사용합니다. 또한 수술 용 가이드용 융합 증착 모델링 프린터와 티타늄 환자 별 고정 임플란트용 선택적 레이저 소결 프린터를 사용합니다. 이 과정에는 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 이미징 획득, CT에서 두개골과 얼굴 뼈의 3D 분할, 수술의 3D 계획, 뼈의 최종 위치에 따른 환자 별 고정 임플란트의 3D 계획, 정확한 절제 술을 수행하고 고정 판을위한 뼈를 준비하기위한 수술 가이드의 3D 계획, 수술 가이드 및 환자 별 고정 판의 3D 인쇄가 포함됩니다. 이 방법의 장점은 수술에 대한 완전한 제어, 계획 된 골다툼 및 고정 플레이트, 가격의 현저한 감소, 작업 기간의 감소, 우수한 성능 및 매우 정확한 결과를 포함합니다. 제한 사항에는 CAD 프로그램을 마스터해야 하는 필요성이 포함됩니다.

서문

3D 프린팅은 다양한 재질에서 레이어를 점진적으로 배치하여 3D 객체를 생성하는 첨가제 방법입니다. 그것은 원래 빠른 프로토 타이핑을 위해 개발되었으며, 광 중합체 수지^1의응고 층을 기반으로 스테레오 리소그래피 방법의 발명가로 간주됩니다 찰스 헐에 의해 1984 년에 도입되었다. 수술의 가상 계획 및 환자 별 임플란트의 계획 및 인쇄의 기술 발전은 끊임없이 진화하고 있습니다. 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어 분야와 3D 프린팅 기술 분야에서 모두 혁신이 발생합니다^2. 소프트웨어와 프린터는 기술 발전과 동시에 사용자 친화적이 됩니다. 이것은 계획 및 인쇄에 필요한 시간을 단축하고 외과 의사는 그 / 그녀의 작업을 계획하고 독점적으로 엔지니어의 "놀이터"이었다 분야에서 그 / 그녀의 자신의 환자 별 수술 가이드 및 고정 플레이트를 만들 수있는 옵션을 할 수 있습니다. 이러한 발전은 또한 외과 의사와 엔지니어가 환자 특정 임플란트^33,4,,5의새로운 응용 프로그램 및 디자인을 소개 할 수 있습니다.

이러한 응용 프로그램 중 하나는 3D 계획 교정 수술 다음 3D 계획 및 수술 가이드 및 환자 별 고정 플레이트의 인쇄입니다. 역사적으로, 정형 외과 수술은 관절기를 사용하여 계획되었다. 안면보우는 상부 턱의 관계를 턱관절에 등록하여 환자의 캐스트를 관절에 배치하는 데 사용되었습니다. 나중에, 외과 운동은 캐스트에 수행되고 아크릴 웨이퍼는 수술 중 턱의 적절한 위치를 돕기 위해 준비되었다. 이 방법은 수년 동안 사용되었고 여전히 대부분의 사람들이 사용되고 있지만, 구강 내 스캐너 및 CAD 소프트웨어와 함께 콘 빔 컴퓨터 단층 촬영 (CT)의 활용은 정확한 계획을 허용하고, 안면 보우 또는 캐스트의 필요성을 절약하고 디지털 계획 웨이퍼의 생성을 향해 이동^6. 이 방법은 수동 조작 및 측정의 부정확성을 감소시었지만, 여전히 위턱의 수직 위치 설정에 대한 제어 부족과 상부 턱을 위한 기준점으로 불안정한 하턱을 사용하는 등 결함이 있었다^7. 따라서 새로운 방법이 도입되었습니다. 이 방법은 "웨이퍼리스" 수술이라고 하며 수술 용 절단 가이드 및 환자 별 고정 티타늄 플레이트^8을사용하여 해부학적으로 턱의 위치를 조정하는 것을 기반으로합니다. 이 방법은 앞서 설명한 디지털 웨이퍼 방법의 단점을 해결한다. 우리는 외과 의사가 최소한의 오류와 부정확성으로 환자 별 방식으로 이러한 수술을 계획할 수있는 완전한 자유를 허용하는이 방법을 설명 합니다. 이 방법은 "웨이퍼리스"수술을 허용하며, 이는 반대턱을 뼈의 위치를 재배치하기 위한 기준으로 사용할 필요가 없으므로 이^{의존도 9에서}파생된 부정확성을 감소시입니다.

프로토콜

1. 턱의 위치 조정

참고: 이 섹션은 이미징 소프트웨어(예: 돌고래)를 사용하여 수행됩니다.

1. 왼쪽의 3D 버튼을 선택하고 새 DICOM 가져오기(추가 그림1)를클릭하여 환자의 얼굴 뼈 CT 이미지Supplemental Figure 1DICOM 파일을 소프트웨어에 로드합니다. 3D를 클릭하여 3D 편집 모드로 들어갑니다 | 편집합니다.
2. 왼쪽의 방향 단추를 사용하여 3D 이미지의 방향을 지정합니다. 왼쪽의 X선 빌드 버튼을 사용하여 파노라마 이미지를만듭니다(추가 그림 2).
3. 도구로 이동 | 직교 외과 계획 | 새 작업 시작.
4. 파노라마 이미지에 세그먼트를 배치합니다. 각 세그먼트를 자르면 해당 골격의 영역이 포함됩니다.
   참고: 클리닝 단계는 정확성을 위해 스캔한 치과 아치와 CT 스캔을 중첩하여 웨이퍼를 만들 때 유용합니다. 이것은 여기에 제시된 "웨이퍼리스" 수술에서 표시되지 않으며, 따라서 이 단계에서 CT 결함이 존재하는 경우 CT 결함을 청소할 수 있습니다.
5. 골다공화 아래 왼쪽 팬에 있는 환자에게 적합한 절골술(예: LeFort I, 시상 분할 등)을 선택하십시오. 노란색 원을 이동하여 절골술 선의 정확한 위치를 표시합니다(보충 그림 3).
   참고 : 여기에서 결정 된 절골술의 위치가 수술 가이드에 따라 나중에 수행 될 것이기 때문에 치아의 뿌리 정점을 주의하는 것이 매우 중요합니다. 항상 뿌리를 피하고 5mm 거리를 유지하십시오.
6. 각 제안 된 랜드 마크에 대한 오른쪽 위치를 클릭하여 다른 랜드 마크를 표시합니다.
   참고: 이는 다음 단계에서 측정 및 이동 목적에 중요합니다.
7. 골격 세그먼트의 움직임을 수행합니다. 오른쪽 위치로 골격을 드래그하거나 정확도를 위해 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고 키보드를 사용하여 입력 움직임을 선택합니다.
8. 주요 랜드마크의 움직임을 추적하려면 왼쪽의 옵션 처리 버튼을 누르고 랜드마크 오프셋 및 측정 표 표시를선택합니다.
   참고 : 다음 탭에서 사전 및 게시 사실상 계획된 작업을 관찰 할 수 있습니다(보충 그림 4).
9. 왼쪽의 슬라이드 막대와 왼쪽의 stl 버튼에 있는 세그먼트 내보내기를 사용하여 수술 전 단계와 수술 후 단계에서 하나씩 골격 세그먼트의 두 가지 위치의 stl 파일을 내보냅니다.

2. 환자 별 고정 플레이트 및 수술 가이드 준비

참고: 이 섹션은 3D 설계 소프트웨어(예: Geomagic 자유형)를 사용하여 수행됩니다.

1. 파일 | 클릭 가져오기 모델(보충 도 5A)은1.9단계에서 얻은 stl 파일을 수입하여 절골술 후 상부 턱 및 중간면의 위치를 나타내지만 최종 위치에서 재배치하기 전에 가져온다.
2. 위턱의 최종 위치에서 환자 별 고정 플레이트를 계획하는 것으로 시작합니다. 평면 범주 아래왼쪽의 도구 팔레트에서 평면 만들기(보조 그림6A)를선택합니다. 여기서 플레이트의 초기 설계가 수행됩니다. 플레이트가 배치될 골격과 평행하게 평면을 수동으로 이동합니다.
3. 스케치 범주(보조 그림 6B)에서원 모양을 선택하고 나중에 사용할 나사에 적합한 크기의 원을 만듭니다. 직경이 3mm 더 큰 이전 원 주위에 두 번째 원을 만들어 고정 플레이트의 윤곽을 잡아보세요.
   참고: 원의 크기는 각 종교 교육원에서 사용되는 고정 세트에 따라 결정됩니다. 원은 계획된 외과 절골술 (섹션 1에서 이미 결정)의 위와 아래에 배치됩니다.
4. 평면에서 골격으로 설계를 투영합니다. 곡선 범주(보조그림 7)에서프로젝트 스케치 도구를 사용하고 평면에서 골격으로 전송할 원을 선택합니다.
5. 외부 테두리 플레이트 설계의 외부 원을 연결하려면 곡선 범주에서 분할 도구를 선택하고 인접한 원에 대한 연결을 허용하도록 제거할 원의 일부를 정의합니다. 선택 옵션을 사용하여 원의 정의된 부분을 선택하고 삭제합니다. 곡선 범주에서 그리기 곡선 도구를 사용하고 외부 원을 연결하여 환자별 플레이트의 연속적인 외부 모양을 만듭니다.
6. 고정 플레이트를 만들기 전에 개체 목록에서 중복을 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고 선택하여 위턱을복제합니다(추가 그림 7A). 이렇게 하면 다음 단계에서 부울 도구를 사용하여 고정 플레이트를 만들 수 있습니다.
7. 상세 점토 범주에서 곡선 도구가 있는 엠보싱을 사용합니다. 이렇게 하면 이전에 투영된 곡선을 기반으로 고정 플레이트의 체적을 생성합니다. 바깥쪽 모양 곡선을 선택한 다음 원형 커서를 모양 플레이트의 내부와 표면에 배치합니다(커서는 엠보싱할 측면에 배치해야 합니다). 하단에서 함수의 매개변수(주로 향후 고정 플레이트의 두께를 제어하는 거리 옵션)를 선택합니다.
8. 위턱에서 플레이트를 분리합니다. 이 단계에서 부울 옵션이 수행됩니다. 원래 위턱을 선택하고 개체 목록에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 부울 | 에서 제거 | 접시와 위 턱.
9. 나사의 구멍을 만들려면 나사를 그리거나 스캔한 다음 부울 옵션을 사용하거나 SubD 도구를 사용합니다. SubD 서피스 범주(보조그림 8)에서와이어 컷 SubD 도구를 사용하여 원하는 구멍 크기의 플레이트에 수직인 막대를 만들 수 있으며, 이 막대는 수직 평면에서 시작된 2.3 단계에서 생성된 원을 기반으로 수행됩니다.
10. 다음으로, 부울을 사용하여 플레이트에서 막대를 뺍니다 | 기술에서 제거합니다.
    참고 : 이 단계에서 최종 고정 플레이트가 준비되었습니다(추가 그림 9). 플레이트가 완벽하게 맞도록 적절한 수술 가이드를 골다공술에 계획해야 합니다.
11. 가이드를 만들려면 위턱을 원래 위치로 재배치하지만 턱의 최종 위치에 생성된 고정 플레이트에 따라 골격에 스크류 구멍이 표시되어 있습니다(중간면이 동일한 위치에 유지됨에 따라 중간면의 구멍이 위치를 변경하지 않음).
    1. 이를 수행하려면 최종 고정 플레이트에 사용되는 구멍의 커브를 이동 전에 턱의 원래 위치로 재배치합니다. 점토 선택/이동 범주에서 조각 등록 옵션을 사용합니다. 소스(위턱 포스트 이동)와 대상(움직임 전 의 윗턱 및 중간면)을 선택합니다. 재배치의 정확도를 위해 두 오브젝트에 많은 수의 고정점을 사용합니다.
12. 새로 배치된 구멍에 기초하여 고정 플레이트에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로 수술 가이드를 생성한다(단계 2.3−2.10).

결과

이 방법의 임상 적 사용을 관찰하기 위해 23 세 여성의 사례를 제시합니다. 그녀는 두 턱의 비대칭의 결과로 오른쪽 condyle에 있는 더 젊은 나이에 condylar 증식 때문에 손해를 입었습니다. 그림 1A는 턱 사이의 불일치를 나타내는 레트로그나틱 위턱과 예지하턱을 나타낸다. 정면도에서는, 심한 비대칭은 노란색과 빨간색 선을 사용하여 상세한 것으로 관찰될 수 있다. 이미징

토론

3D 계획 및 인쇄는 수술 분야에서 가장 빠르게 진화하는 방법 중 하나입니다. 그것은 미래를위한 유망한 도구 일뿐만 아니라, 매우 정확한 수술 결과와 환자 별 솔루션을 위해 요즘 사용되는 실용적인 도구입니다. 그것은 매우 정확한 결과를 허용하고 외과 의사의 경험에 대한 의존도를 감소¹⁰. 그것은 이전 의 구식 수술 방법의 단점의 많은 해결하지만, 비용은 방법^(...

자료

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