Проектирование CAD/CAM хирургические руководств для верхнечелюстной реконструкции с использованием собственного подхода

Резюме

Показаны методы для разработки компьютерного дизайн/автоматизированного производства (CAD/CAM) хирургическое руководство. Плоскостями резки отделяются, Юнайтед и утолщенные легко визуализировать передачи необходимых кости. Эти проекты могут быть трехмерной печатных и проверены на точность.

Аннотация

Автоматизированного проектирования/автоматизированного производства (CAD/CAM) в настоящее время проводится оценка как препаративный метод для челюстно-лицевой хирургии. Потому что этот метод является дорогостоящим и доступен в только в ограниченных районах мира, мы разработали Роман CAD/CAM хирургическое руководство, с помощью собственного подхода. С помощью программного обеспечения CAD, определяются области верхнечелюстной резекции и плоскостями резки и малоберцовой режущих плоскостей и углы. Однажды решил области резекции, необходимые лица извлекаются с помощью модификатора типа Boolean. Эти поверхностные лица Организации соответствовать поверхности костей и утолщенные стабилизировать твердых тел. Не только резки справочники для малоберцовой кости и челюсти, но также расположение расположение сегментов передаваемых кости определяется утолщение поверхностно лица. Дизайн CAD записывается как .stl файлы и трехмерно (3-D) напечатаны как фактические хирургические гидов. Для проверки точности направляющих, производится модель хирургии с использованием печатных 3 объемным лица и малоберцовой моделей. Эти методы могут использоваться для оказания помощи хирургов, где коммерческие руководства не доступны.

Введение

Использование методов CAD/CAM имеет недавно увеличение в стоматологических и работы протеза. После этой эволюции CAD/CAM osteocutaneous лоскут передачи с помощью CAD/CAM используются сейчас в области нижней челюсти реконструкции после онкологических широкий резекции злокачественных опухолей^1,2,3. Несколько компаний в западных странах начали поставлять и продавать CAD/CAM стрижки для региона Нижняя челюсть. CAD/CAM, реконструкция нижней челюсти, как считается, имеют преимущество с точки зрения точности^{4,5,6,,78,9,10 ,11}. Однако недостатком является, что этот метод доступен в ограниченных районах во всем мире, и это очень дорого¹². Таким образом реконструкция CAD/CAM для верхнечелюстной поражений не еще не стала популярной. Количество случаев верхнечелюстной реконструкции ниже, чем для нижней челюсти, и коммерческие руководства не являются общими.

Поскольку коммерческие верхнечелюстной CAD/CAM гиды не продаются в Японии, мы разработали хирургические гиды CAD/CAM с использованием собственного подхода. Клиническая эффективность руководства CAD/CAM уже сообщалось^{13,14,,1516,,1718,19}, но без доклад о том, как их дизайн. Цель настоящего доклада заключается в том, чтобы показать метод проектирования CAD/CAM, с использованием собственного подхода лоу кост.

протокол

Это исследование был одобрен авторов институциональных Наблюдательный Совет, и формы письменного согласия были завершены всеми пациентами.

1. Подготовка материалов

1. Используете персональный компьютер, вычисляемые данные томография (КТ) костей лица и малоберцовой кости, конверсии программного обеспечения таких как InVesalius²⁰и трехмерной (3-D) CAD программное обеспечение (например, блендер²¹).
   Примечание: Максимальная толщина 1 мм срезов КТ данных рекомендуется для точных дизайн. Для фактической хирургические моделирования используйте данные КТ пациента. Для проведения исследований использования свободного человека 3-D данных²².
2. Используйте 3-D принтер²³, винты, листового металла и небольшой пилой, чтобы проверить не только дизайн, но также реальных объектов и результаты.
   Примечание: Настоящее исследование является экспериментальной. Металлические пластины, винты и небольшой увидел может использоваться для модели хирургии. Вместо металлических пластин пластик фиксации пластины могут быть напечатаны также, 3-D принтер, вместе с хирургической гидов.
3. Передача изображений данные костей лица и малоберцовой кости в 3-D данных (.stl формат) с помощью InVesalius²⁰.
   Примечание: По существу CT данные записываются в виде двухмерных изображений (2-D). Таким образом перед использованием 3-D данных, необходимо преобразовать данные в 3-D данных. Свободное программное обеспечение является достаточным для этой цели. Этот доклад не объяснить, как для передачи данных в 3-D файл; учебные видео и руководства доступны в других местах.
4. Импортируйте каждый файл .stl в блендере²¹.
   Примечание: CAD программное обеспечение обычно принимает 3-D формате .stl стиль. На первый, верхнечелюстной и малоберцовой .stl файлы должны открываться в конкретного программного обеспечения CAD, импортировав их.

2. Дизайн

1. Решения в области удаления кости и застывающих дефекта кости
   1. Решите на площади вырезана.
      Примечание: В этом экспериментальное моделирование хирургии, любой частью верхней челюсти можно задать как подакцизным области. Потому что трудно реконструкции после всего maxillectomy, только небольшая часть верхней челюсти будет выбор для начинающих. В клинических условиях, Оториноларингологи (ЛОР) определит области согласно раковая региона.
   2. Сделать большой самолет и поместите его на границе области для удаления в режиме объект (цифры 1a и 1b). Следовать, что размещая второй самолет (цифры 1b-1 d) и продолжать делать это до тех пор, пока самолеты окружают вся область для удаления. Объединение этих самолетов в режиме объектов.
   3. Выберите вершины всех этих самолетов и соединить их друг с другом, делая краев и граней (eрис. 1) в режим редактирования, чтобы окружить области для удаления.
      Примечание: Иссечение самолеты следует скопировать и поддерживается потому, что эти оригинальные самолеты используются и при укреплении иссечение. В настоящем исследовании рекомендуется выполнять копирование каждой плоскости и твердых каждый раз для того, чтобы обеспечить возможность их повторного использования.
   4. Вычтите резектабельными твердых от лицевой кости с помощью модификатора типа Boolean в режиме редактирования. Это приводит в бритые лица кости (рис. 1f), который представляет собой модель верхнечелюстной дефекта.
2. Размещение малоберцовой кости
   1. Поместите малоберцовой кости в области верхнечелюстной дефекта(рис. 2). Место малых кубов в двух точках (дистальной от малоберцовой головы и 5 см проксимальной от латеральной 8 см) в малоберцовой кости как маркеры (фиолетовый, маленьких кубиков, показаны на рисунке 2).
      Примечание: В клинических ситуациях, малоберцовой кости может использоваться между дистальной от головки малоберцовой 8 и 5 см проксимальной от латеральной. Эта маркировка, мы можем легко понять районы, которые могут быть использованы.
   2. Связать кубиками малоберцовой кости как родитель в режиме объектов.
   3. Место кубиками как маркеры в нескольких точках в верхнечелюстной поражения, где необходима реконструкция. С этой маркировки, увеличивается видимость точек необходимые репродукции.
   4. Соответствовать Малоберцовая кость в передней маржа альвеолярной кости в режиме объект, если малоберцовой кости помещается от средней линии.
   5. Используйте предыдущие плоскости верхнечелюстной остеотомия средней линии как первый самолет малоберцовой остеотомия (рис. 2b).
   6. Место нового самолета остеотомия, где это уместно в режиме объектов (рис. 2c). Связать этот новый самолет малоберцовой кости как родитель параметр.
      Примечание: Установив родительский малоберцовой кости, относительной ориентации между этой новой плоскости остеотомия и малоберцовой кости всегда сохраняется даже если малоберцовой кости перемещаются в разные места. Площадь малоберцовой кости, который окружен эти два резки плоскости становится первый малоберцовой блок.
   7. Скопируйте малоберцовой кости и двух плоскостей остеотомии как родитель в режиме объектов. Переместите этот скопированный малоберцовой кости, которая имеет области первый блок с двумя плоскостями резки на обоих концах, чтобы вторая область, где необходима реконструкция (Рисунок 2e) для планирования второй блок малоберцовой кости.
   8. Разместите второй секущей плоскости, добавив новый самолет в режиме объектов.
      Примечание: Первый и второй секущей плоскости станет завершением второго блока малоберцовой кости. При необходимости третий блок, добавляются аналогичные процедуры. Соответствующей длины разрывов между смежными малоберцовой блоков должна быть сохранена.
      Примечание: Разрыв между первой и второй блок считается ключом к удобной остеотомии. Если этот разрыв является широкий, остеотомия будет легко из-за широкого рабочее пространство, но сосудистой длина несколько впустую. Напротив если разрыв является узким, остеотомия становится хлопотно, но второй или третий блок могут быть разработаны путем устранения отходов неиспользуемые кости.
3. Проектирование малоберцовой направляющие
   1. Визуализировать только малоберцовой кости и плоскостями резки для проектирования малоберцовой кости стрижки в режиме объектов (рис. 3).
   2. Сделайте каждый секущей плоскости меньше занимать только половину области раздела резки малоберцовой кости, передвигая вершины по краям (цифры 3b-3d) в режиме редактирования.
      Примечание: Установку сторона стрижки является боковой аспект малоберцовой кости. Потому что кормления сосуды расположены в медиальной аспекте, руководство не предназначено в медиальной аспекте.
   3. Объединение двух плоскостей концы для построения прочной в режиме объектов (цифры 4a-4e). Выберите вершины всех этих самолетов и соединить их друг с другом, делая краев и граней в режиме редактирования в форме прямоугольной твердых.
   4. Вычтите малоберцовой кости от этого прямоугольные твердые с помощью модификатора логическое (цифры 5a-5 c).
      Примечание: На поверхности этой вычитания полностью соответствует малоберцовой боковой аспект. Те же процедуры повторяются в каждом необходимых малоберцовой блоке.
   5. Объединить каждого вычитается тела в режиме объектов.
   6. Место куб возле вычитается твердых частиц (рис. 5d). Выдавливание лица сделать колонны (цифры 5e-5 g). Объединить эти столпы вычитается тел. Это руководство малоберцовой резки (рисунки 5 h-5j).
4. Остеотомия стрижки для верхней челюсти
   Примечание: Чтобы вырезать верхней челюсти, он нет необходимости разработать руководство для каждой режущей поверхности, потому что только ограниченные участки должны быть восстановлены с помощью малоберцовой кости. Как правило две направляющие, которые охватывают медиальной альвеол и боковых скуловой области, предназначены.
   1. Подготовьте верхнечелюстной и скуловой самолетов, были первоначально остальная поверхность после удаления верхнечелюстной. Маржа 1 см в ширину —достаточно (рисунок 6).
   2. Выдавливания граней, подготовленную на этапе 2.4.1 сгущаться плоскости и закрепить их в режиме редактирования, с помощью модификатора окаменения (Рисунок 6b).
   3. Удаление утолщенные твердых над резекции самолетов, которые были решены в шаге 2.1, на обоих концах; Это, как верхнечелюстной направляющие предназначены.
      Примечание: Если неровные поверхности фитинга, меньшую площадь установки является достаточным. Если поверхность установку склонны быть плоской, большой площади необходимо избежать любого проскальзывания руководства.
5. Фиксация руководство для малоберцовой сегментов
   Примечание: Малоберцовой сегменты, которые должны быть переданы верхней челюсти считаются точным в размер и длину, но расположение передачи могут отклоняться свободно если фиксация руководство не используется. В этом сегменте снова используются малоберцовой кости и каждый секущей плоскости (как в шаге 2.2).
   1. Постройте каждый малоберцовой блок в Boolean модификатор, принимая вне области пересечения между малоберцовой кости и твердых с плоскостями резки на обоих концах (цифры 7a и 7b) в режиме редактирования.
   2. Экстракт половина поверхности поверхностных каждого малоберцовой блока.
   3. Объединить все эти поверхности в режиме объектов (рис. 7c).
   4. Удаление небольших граней в режиме редактирования с помощью ножа вырезать ( рис. 8) для обеспечения пространства для установки металлических пластин.
   5. Сгущаться поверхности с помощью модификатора застывающих в режиме редактирования (цифры 8b-8e).
      Примечание: Минимум 2-3 мм толщины необходимо стабилизировать фиксации руководства и избежать деформации. Если крыло разработан на обоих концах, это поможет руководство по верхней челюсти без использования каких-либо металлических пластин.

3. 3-D печати для модели хирургии и реального руководства

Примечание: Основная цель настоящего доклада заключается в Показать метод проектирования хирургические руководства; описанной ниже процедуры не является необходимым, если 3-D печати не требуется.

1. Экспортируйте проекты руководств в формате .stl, который может быть напечатан 3-D.
2. Печатайте все направляющие и кости.
   Примечание: В печати, плоты, считаются беспокоить гладкой поверхности печати и привести к неровные поверхности и бедных подходят к кости, поэтому вверх необходимо указать на плоскости, которая должна быть гладкой.
3. Выполните операцию модели следующим образом:
   1. Похож на фактический хирургии, подходят верхнечелюстной резки руководство по модели костей лица сначала (Рисунок 9). Затем вырежьте костей лица наряду с секущей плоскости с помощью пилы.
   2. Прикрепите малоберцовой стрижки в модель малоберцовой кости и разрезать его на куски (Рисунок 9b). Прикрепите малоберцовой блоков к руководству фиксации (цифры 9 c и 9 d).
   3. Исправьте это руководство фиксации комплекс верхнечелюстной дефекта, используя болты и пластины (рис. 9e). После фиксации малоберцовой сегменты для верхней челюсти в области, где руководство фиксации не прикрепить с помощью винтов и плиты, удалите руководство фиксации. На этом завершается реконструкция (fрис. 9).
4. Сканировать изображение реконструированы 3 объемным и записать его в .stl формате с использованием 3-D сканера²⁴.
5. Сравните файл .stl после модели хирургии и реконструирован САПР (рис. 10) с помощью программного обеспечения сравнение²⁵.
   Примечание: Сравнивая виртуальная реконструкция дизайн и руководствоваться реконструкции модель, рассчитывается фактическая точность. Поскольку точность CAD/CAM, полученный в течение 2,5 мм отклонения в нижнечелюстного реконструкция¹⁰, аналогичные точности должны в этом методе. Если не удается получить необходимую точность, повторить виртуальный дизайн.

Результаты

С помощью процедуры, представленные здесь, резекция области было определено сначала. С помощью программного обеспечения CAD, резекция области был полностью ограничивается лица. Эта область была вычитается из костей лица логической операции. Фибула образ был сделан на ?...

Обсуждение

CAD/CAM реконструкции считается внести вклад в достижение остеотомия точная длина, ширина, и угол резки костей при использовании резки руководства^{4,5,6,7,8 ,9,10,}

Материалы

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/