Лечение деформаций лица с использованием 3D-планирования и печати имплантатов-специфических пациентов

Резюме

По мере того как технология превращается и становится более удобной, планирование операций и конкретных хирургических руководств и пластин фиксации должно выполняться хирургом. Мы представляем протокол для 3D-планирования ортогнатических скелетных движений и 3D-планирования и печати леденящихся пациентов пластин фиксации и хирургических руководств.

Аннотация

Технологические достижения в области хирургического планирования и имплантатов для пациентов постоянно развиваются. Можно либо принять технологию для достижения лучших результатов, даже в менее опытных стороны, или продолжать без него. По мере того как технология превращается и будет более user-friendly, мы верим что давно пора позволить хирургу вариант запланировать его/ее деятельности и создать его/ее собственные пациент-специфические хирургические направляющие выступы и плиты фиксации позволяющ ему полный контроль над процессом. Мы представляем здесь протокол для 3D планирования операции с последующим 3D-планированием и печатью хирургических направляющих и имплантатов для конкретной фиксации пациента. В ходе этого процесса мы используем два коммерческих компьютерных дизайн (CAD) программного обеспечения. Мы также используем сброшенный принтер моделирования осаждения для хирургических руководств и селективный лазерный спекающий принтер для титановых имплантатов фиксации пациента. Процесс включает в себя приобретение компьютерной томографии (КТ), 3D-сегментации черепа и лицевых костей от КТ, 3D-планирование операций, 3D-планирование имплантата фиксации пациента в соответствии с окончательным положением костей, 3D-планирование хирургических направляющих для выполнения точной остеотомии и подготовки кости к фиксации пластин, а также 3D-печать хирургических руководств и пациент-фиксация пластин. Преимущества метода включают полный контроль над хирургией, запланированные остеотомии и пластины фиксации, значительное снижение цены, сокращение продолжительности операции, превосходная производительность и высокоточные результаты. Ограничения включают в себя необходимость овладения программами CAD.

Введение

3D-печать является аддитивным методом, основанным на постепенном размещении слоев из различных материалов, создавая тем самым 3D-объекты. Первоначально он был разработан для быстрого прототипирования и был введен в 1984 году Чарльз Халл, который считается изобретателем метода стереолитографии на основе затвердевания слоев фотополимерной смолы¹. Технологические достижения в виртуальном планировании операций и планировании и печати имплантатов для пациентов постоянно развиваются. Инновации возникают как в области компьютерного дизайна (CAD), так и в технологиях 3D-печати². Одновременно с развитием технологий программное обеспечение и принтеры становятся более удобными для пользователей. Это сокращает время, необходимое для планирования и печати и позволяет хирургу возможность планировать свои операции и создавать свои собственные пациент-специфические хирургические руководства и пластины фиксации в поле, которое было исключительно "площадка" инженера. Эти разработки также позволяют хирургам и инженерам внедрить новые приложения и проекты имплантатов для пациентов^3,,4,,5.

Одним из таких применений является 3D-планирование ортогнатических операций с последующим 3D-планированием и печатью хирургических направляющих и пациентов конкретных пластин фиксации. Исторически, ортогнатических операций были запланированы с использованием артикуляторов. Facebow был использован для регистрации отношения верхней челюсти к височно-нижней части сустава, таким образом позиционируя отливки пациента в артикуляторе. Позже, хирургические движения были выполнены на слепки и акриловая пластина была готова, чтобы помочь с надлежащим позиционированием челюстей во время операции. Этот метод был использован в течение многих лет и до сих пор используется в настоящее время большинством, но использование конусного луча компьютерной томографии (КТ) вместе с внутриоральными сканерами и программным обеспечением CAD позволило для точного планирования, щадя необходимость facebows или слепки и движется к созданию цифровой планируется^{пластины 6}. Этот метод уменьшил неточность ручных манипуляций и измерений, но все еще имел недостатки, включая использование нестабильной нижней челюсти в качестве отправной точки для позиционирования верхней челюсти и отсутствия контроля над вертикальным позиционированием верхней челюсти⁷. Таким образом, был введен новый метод. Этот метод называется "безваплоек" хирургии и основан на репозиционировании челюстей анатомически с помощью хирургических направляющих операций и пациента конкретных фиксации титановых пластин⁸. Этот метод устраняет недостатки описанного ранее метода цифровой пластины. Мы опишите этот метод, который позволяет хирургу полную свободу в планировании этих операций в специфическом для пациента порядке, с минимальными возможными ошибками и неточностями. Этот метод позволяет для "без вафелок" хирургии, что означает, что нет необходимости в использовании противоположной челюсти в качестве ссылки для репозиционирования костей, тем самым уменьшая неточности, полученные из этой зависимости⁹.

протокол

1. Перепозиционирование челюстей

ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел выполняется с помощью программного обеспечения изображений (т.е. дельфина).

1. Загрузите лицевые кости CT изображения DICOM файлы пациента (Рисунок 1A) в программное обеспечение, выбрав 3D кнопку слева и нажав Импорт Новый DICOM (Дополнительная рисунок 1). Введите режим 3D редактирования, нажав 3D Отсечение.
2. Ориентируйте 3D-изображение с помощью кнопки ориентации слева. Создайте панорамное изображение с помощью кнопки рентгеновской сборки слева(Дополнительная диаграмма 2).
3. Перейти к инструментам Ортогнатическое хирургическое планирование Запуск новой workup.
4. Расположите сегменты в панорамном изображении. Обрезать каждый сегмент, чтобы содержать площадь соответствующей кости.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Этап очистки полезен, когда для точности накладывается отсканированная зубная арка и Компьютерная томография для создания. Это не указывается в "без вафелой" хирургии, как показано здесь, и, таким образом, на данном этапе можно очистить КТ недостатки, если они существуют.
5. Выберите соответствующую остеотомию для пациента на левой сковороде под остеотомией (например, LeFort I, сегиттальный раскол и т.д.). Отметьте точное расположение линий остеотомии, перемещая желтые круги(Дополнительная рисунок 3).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Очень важно отметить, корневые вершины зубов, как расположение остеотомии решил здесь будет один выполняется позже на основе хирургических руководств. Всегда избегайте корней и поддерживайте расстояние 5 мм.
6. Отметьте различные ориентиры, слева нажав на нужное место для каждого предложенного ориентира.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Это важно для измерений и целей движения на следующих этапах.
7. Выполняйте движения костных сегментов. Перетащите кость в нужное место, или для точности, нажмите правой кнопкой мыши и выберите входные движения с помощью клавиатуры.
8. Для того, чтобы отслеживать движение ключевых ориентиров, нажмите кнопку Treat Options слева и выберите Show Landmark Offset и измерения таблицы.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В следующей вкладке можно наблюдать предварительную и постную практически запланированную операцию(Дополнительная диаграмма 4).
9. Экспортировать stl файлы двух различных положений костных сегментов, один в предоперационной стадии и один в послеоперационной стадии, используя слайд-бар слева и экспортных сегментов в stl кнопку слева.

2. Подготовка пациент-специфических пластин фиксации и хирургических направляющих

ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел выполняется с использованием программного обеспечения 3D-дизайна (т.е. Geomagic Freeform).

1. Нажмите файл (ru) Импортная модель (Дополнительная рисунок 5A) для импорта файлов stl, полученных от шага 1.9, показывающих положение верхней челюсти и середины после остеотомии, но до изменения положения в окончательном положении.
2. Начните с планирования пациента конкретных пластин фиксации в конечном положении верхней челюсти. В палитре инструментов слева в категории «Самолеты» выберите «Создайте плоскость» (Дополнительная диаграмма 6A). Здесь будет выполнена первоначальная конструкция пластин. Ручно перемещай плоскость параллельно кости, где будет помещена пластина.
3. Под категорией Эскиз (Дополнительная фигура 6B),выберите форму круга и создайте круги с размером, подходящим для винтов, которые будут использоваться позже. Создайте второй круг вокруг предыдущего 3 мм больше в диаметре, чтобы наметить пластину фиксации.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Размер кругов определяется на основе наборов фиксации, используемых в каждом институте. Круги расположены выше и ниже запланированной хирургической остеотомии (решена уже в разделе 1).
4. Проект дизайна от плоскости до кости. Под категорией Кривые (Дополнительная диаграмма 7),используйте инструмент эскиза проекта и выберите круги, которые будут переданы от плоскости к кости.
5. Чтобы соединить внешние круги для конструкции верхней границы, выберите под категорией кривых инструмент разделения и определите часть круга, которая будет удалена, чтобы обеспечить подключение к соседним кругам. Используя опцию выбора, выберите определенную часть круга и удалите ее. Под категорией Кривые, используйте инструмент кривой рисования и соедините внешние круги для создания непрерывной внешней формы пластины для конкретного пациента.
6. Перед созданием пластины фиксации, дублировать верхнюю челюсть, нажав правой кнопкой мыши и выбрав Duplicate из списка объектов(Дополнительная рисунок 7A). Это позволит использовать инструмент Boolean на следующих этапах для создания пластины фиксации.
7. Под категорией Detail Clay используйте тиснение с помощью инструмента кривой. Это создает объем пластины фиксации на основе ранее прогнозируемых кривых. Выберите внешнюю кривую формы, а затем поместите кругообразный курсор внутри и на поверхности формы пластины (обратите внимание, что курсор должен быть помещен на стороне, чтобы быть тиснением). В нижней части выберите параметры функции, в основном вариант расстояния, который контролирует толщину будущей пластины фиксации.
8. Отделить пластину от верхней челюсти. На этом этапе выполняется вариант Boolean. Выберите оригинальную верхнюю челюсть, правый щелчок из списка объектов и нажмите Boolean Удалить из Верхняя челюсть с плитой.
9. Чтобы создать отверстия для винтов, либо нарисуйте винты/сканировать их, а затем использовать опцию Boolean или использовать инструмент SubD. В категории SubD Surfaces (Дополнительная диаграмма 8),используйте инструмент SubD с проволокой для создания стержней, перпендикулярно пластине в размере желаемых отверстий, которые выполняются на основе кругов, созданных в шаге 2.3, происходящих из перпендикулярной плоскости.
10. Далее, вычесть стержни из пластины с помощью Boolean Удалить из техники.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На этом этапе окончательная пластина фиксации готова(Дополнительная рисунок 9). Соответствующие хирургические направляющие должны быть запланированы для остеотомии для того, чтобы пластины, чтобы соответствовать идеально.
11. Чтобы создать направляющие, переместите верхнюю челюсть на исходное место, но с помощью винтовых отверстий, отмеченных в кости в соответствии с пластиной фиксации, созданной в конечном положении челюсти (обратите внимание, что отверстия в середине не меняют положение, так как середина лица остается в том же положении).
    1. Для выполнения этого, перепозиционировать челюсть с кривыми для отверстий, используемых для окончательной пластины фиксации в исходное расположение челюсти до движения. В категории Select/Move Clay используйте опцию Register Pieces. выбрать Источник (движение верхней челюсти) и Цель (верхняя челюсть и середина перед движением). Используйте большое количество фиксированных точек на обоих объектах для точности в репозиционировании.
12. На основе вновь расположенных отверстий создаютхирургические направляющие таким же образом, как описано для пластин фиксации (шаги 2.3'2.10).

Результаты

Для наблюдения за клиническим применением метода, мы представляем случай 23-летняя женщина. Она страдала от кондилярной гиперплазии в более молодом возрасте в правом кондиле, что привело к асимметрии обеих челюстей. На рисунке 1A показана ретрогнатическая верхняя челюст...

Обсуждение

3D-планирование и печать является одним из наиболее быстро развивающихся методов в хирургической области. Это не только перспективный инструмент на будущее, но и практический инструмент, используемый в настоящее время для высокоточных хирургических результатов и конкретных решений д?...

Материалы

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