Kemik Liyagisi Rekonstrüksiyonu İçin Hastaya Özel İmplantların 3Boyutlu Planlama ve Basımı

Özet

Bu protokol, kemik kusurlarının yeniden yapılandırılması için 3B planlama ve baskı kullanımını açıklar. Segmentasyon araçlarını 3D modeller ve ardından 3D tasarım yazılımı oluşturmak için ablatif cerrahiye eşlik eden yeniden yapılandırma amaçlı veya ikinci aşama olarak hastaya özel implantlar oluşturmak için kullanıyoruz.

Özet

Yaşamın birçok alanında ve özellikle tıpta 3Boyutlu dönemin ortasındayız. Cerrahi disiplin sürekli gelişen 3D planlama ve baskı yeteneklerini kullanarak tıp alanında önemli oyunculardan biridir. Ürünün 3B planlama ve imalatını tanımlamak için bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve bilgisayar destekli üretim (CAM) kullanılır. 3D cerrahi kılavuzların ve rekonstrüksiyon implantlarının planlanması ve imalatı neredeyse sadece mühendisler tarafından gerçekleştirilir. Teknoloji deki gelişmeler ve yazılım arayüzleri daha kullanıcı dostu hale geldikçe, planlama ve imalatı klinisyen lere aktarma olasılığı yla ilgili bir soruyu gündeme getirmektedir. Böyle bir değişimin nedenleri açıktır: cerrah ne tasarlamak istediğini biliyor, ve o da neyin mümkün olduğunu ve ameliyathanede kullanılabilir bilir. Ameliyat sırasında herhangi bir senaryoya/beklenmeyen sonuçlara hazırlıklı olmasını sağlar ve cerrahın yaratıcı olmasını ve CAD yazılımını kullanarak yeni fikirlerini ifade etmesini sağlar. Bu yöntemin amacı klinisyenlere kendi cerrahi kılavuzlarını ve rekonstrüksiyon implantlarını oluşturma becerisi sağlamaktır. Bu yazıda, ayrıntılı bir protokol segmentasyon yazılımı ve 3D tasarım yazılımı kullanarak implant planlama kullanarak segmentasyon için basit bir yöntem sağlayacaktır. Segmentasyon yazılımı kullanılarak segmentasyon ve stl dosya üretimini takiben, klinisyen basit bir hastaya özgü rekonstrüksiyon plakası veya kemik grefti konumlandırma için bir beşik ile daha karmaşık bir plaka oluşturabilir. Doğru rezeksiyon, uygun rekonstrüksiyon plaka konumlandırması için delik hazırlama veya kemik grefti hasat ve yeniden şekillendirme için cerrahi kılavuzlar oluşturulabilir. Plaka kırığı sonrası alt çene rekonstrüksiyonu ve travma devam eden yaralanmanın nonunion iyileşmesi ayrıntılı olarak açıklanır.

Giriş

Kişiye özel tıp tıbbın birçok alanında hızla gelişmektedir^1. Onkolojik kişiselleştirilmiş tedavi çok tartışma konusudur ve bu nedenle genel halk tarafından iyi bilinmektedir. 3D baskı ilk Charles Hull tarafından stereolitografi²kullanarak nesnelerin 3D baskı gösteren tanıtıldı. O zamandan beri, 3D baskı için farklı teknolojiler geliştirilmiştir. Kullanılan yöntem, aygıtın amacına göre seçilir.

Cerrahi alan hızla kişiselleştirilmiş tıp kucaklayan. Cerrahi alanda kişiselleştirilmiş tedavi bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı kullanarak sanal planlama gerektirir. İlk aşama her zaman bir 3B stl dosyası oluşturmak için segmentasyon içerir. Bilgisayar destekli üretim (CAM) 3D tasarlanmış parçanın üretim süreci olarak adlandırılır. Teknolojinin ilk kullanımı cerrahi planlama ve sahte^cerrahi3,4,5için preoperatif model baskı kullanılmıştır. Teknolojinin gelişmesi ile, ameliyatların sanal planlaması ve ameliyat kendisi ve hastanın kemik mükemmel monte hasta özel rekonstrüksiyon implantları yardımcı olmak için cerrahi kılavuzların imalatı takip daha popüler oldu^6,7,8,9,10. Bu protokolün amacı, klinisyenlere kendi cerrahi kılavuzlarını oluşturma ve hastaya özel implantları rekonstrüksiyon yeteneği sağlamaktır. Bu yöntem stok plakaları kullanmaktan daha doğrudur, çünkü mükemmel bir şekilde uyar ve belirli kusurun özelliklerine göre tasarlanabilir. Aynı zamanda cerrahın deneyimine olan bağımlılığı azaltır ve çalışma süresini azaltır.

Protokol

Bu çalışma, Helsinki'nin tıbbi protokol ve etik bildirgesini takip etti ve Kurumsal Etik İnceleme Kurulu çalışmayı onayladı.

1. Segmentasyon yazılımı kullanarak segmentasyon

NOT: DICOM dosyalarının içe aktarma işlemi, kurulumu tamamlamak için açılır penceredeki eksenel, koronal ve sagittal düzlemlerin yönünü gerektirir.

1. Kemik Segmentasyonu menüsünde Genel özelliği ni seçin. İstenmeyen segmentler için "-" işaretini ve ilgi segmenti için "+" işaretini kullanın. 3B yeniden yapılandırılan modele veya taraya doğru kaydırılırken ve hareket ederken farklı kesitlere işaretçiler ekleyin.
2. Segmentasyonu gösteren Ayar düğmesini seçin. Bu noktada, işaretleri düzeltin ve daha iyi doğruluk için yenilerini ekleyin. Yeni segmentoluşturmak için Uygula'ya basın. Bu şekilde birden çok segment oluşturulabilir.
3. Segmentasyon tamamlandıktan sonra, 3D baskı veya 3D tasarım CAD programlarında 3D rekonstrüksiyon implantları planlama için stl 3D dosyaları olarak dosyaları dışa aktarın.

2. 3D tasarım yazılımı kullanarak rekonstrüksiyon implantlarının tasarlanması

1. Segmentasyon yazılımını kullanarak kemik segmentasyonunu önceden bilgilendirdikten sonra, stl dosyalarını 3B tasarım yazılımına aktarın (bkz. Malzeme Tablosu).
2. Daha fazla ayırma gerekiyorsa (örneğin, bir parça ayrı ayrı taşınması amaçlanıyorsa), bunu burada yapın. Sculpt Clay menüsünde, kemiği iki parçaya ayırmak için tıraş aracını kullanın. Kil Seç/Taşı menüsünde, kil seçin ve üzerinde çalışmak için parçası işaretleyin. Ardından, bu bölümü kopyalayın ve bir sonraki aşamada gözlendiği gibi konumunu işlemek için nesne listesinde yeni bir özdeş nesne oluşturun.
3. Bu aşamada segment hareketi gerçekleştirin. Döndürme ekseninin aynı konumda kalmak için kemiğin parçasına ayarlandıklarından emin olun. Kil Seç/Taşı menüsünde Yeniden Konumlandır'ı seçin ve dönüş eksenini planlandığı gibi ayarlayın.
4. İnsan kafatası çoğunlukla simetrik olduğundan, eksik/mal-konumlandırılmış segmentin doğru konumlandırma/değiştirme sini elde etmek için rehberlik için sağlıklı tarafı kullanın. Normal tarafın yansıtma görüntüsünü oluşturmak için bir yansıtma tekniği kullanın. Killi'yi oluştur menüsünde, Mirror Clay seçeneğini kullanın ve düzlemi kafatasının ortasına ayarlayın.
5. Yansıtılan yarısına bağlı olarak, gerekirse segment döndürme gerçekleştirin ve Construct Clay menüsündeki Kil Ekle aracını kullanarak avulsed kemikli parçayı yeniden yapılandırın. Construct Clay Bu rekonstrüksiyon, bir sonraki aşamalarda hastaya özel rekonstrüksiyon implantı oluşturmak için yapılır ve bu implant doğru yüz konturunu yeniden oluşturur.
6. Kemik segmentini yeniden oluşturduktan sonra hastaya özel rekonstrüksiyon implantı oluşturun. Eğriler menüsünde, Draw Curve seçeneğini kullanın ve istenen implantın sürekli dış şeklini oluşturun.
7. Bu aşamada, inşa implant ayırmak için bir Boolean fonksiyonu gerçekleştirmek için gerekli olacak gibi kemik segmenti çoğaltmak. Bu, segmente sağ tıklayarak ve Yinelenen seçeneğine basarak nesne listesi penceresinde gerçekleştirilir.
8. Yeni yinelenen segmentte çalışın. Detail Clay menüsünde, rekonstrüksiyon implantının hacmini oluşturmak için Eğrili Kabartma seçeneğini kullanın. Eskizlenmiş implantın dış formunu seçin ve ardından daire şeklindeki imleci, çizilen implantın içine, kemik yüzeyine yerleştirin. Kabartmanın imlecin yerleşimine bağlı olarak dışa veya kemiğin iç lerinde çalışacağını unutmayın. Daha sonra, istenilen parametreleri seçin - en önemlisi, implantKalınlığını kontrol mesafe seçeneği.
9. İmplantı kemik segmentinden ayırın. Nesne listesinde, daha önce yinelenen nesneyi adım 2.7'den seçin, sağ tıklayın ve Boolean → Remove From'useçin. Ardından oluşturulan implantı içeren nesneyi seçin.
10. Vida fiksasyonu veya anjiyogenez ine izin vermek için delikler ingerekli olması durumunda, plaka için deliklerin tasarlandığı paralel bir düzlem oluşturmak için Düzlem Oluştur → Düzlem Oluştur'u seçin. Manuel manipülasyon kullanarak, implant için maksimum paralellik uçakları yerleştirin. Çizim menüsünde, bir daire seçin ve istenilen boyut ve konumda daireler oluşturun. İkinci bir büyük daire oluşturulabilir, hangi intendent vida başı için karşı lavabo olarak hizmet verecek.
11. Eğriler menüsünde, Project Sketch seçeneğini kullanın ve uçaktan implanta aktarılacak şekilde belirlenmiş çizimleri seçin.
12. Vidalar için karşı lavabo oluşturmak için, Detail Clay menüsünde, Eğri li Kabartma seçeneğini kullanın. Çizimin dış dairelerini seçin, daire şeklindeki imleci yüzeydeki işaretli dairesel alanın içine yerleştirin ve tezgahın derinliklerini kontrol eden mesafeyi girin (örn. 0,3 mm). İşlemi tamamlamak için, kabartmanın katkı maddesi yerine çıkarma yla yapıldığından emin olmak için Uygula ve Alt tuşuna basın.
13. Yüzeylerin Altındakiler menüsündeki delikleri tamamlamak için, 2.10 adımda oluşturulan küçük daireleri temel alan implanta dik çubuklar oluşturmak için Tel Kesme SubD seçeneğini kullanın.
14. Çubukları kullanarak delikler oluşturmak için Boolean > Remove From adım 2.9'daki gibi kullanın. Bir çubuk birbiri ardına seçin, nesne listesinde sağ tıklayın → Boolean → Remove From → Oluşturulan İmplant.
    NOT: Alternatif olarak, istenilen vidalar oluşturulabilir/taranabilir ve Boolean fonksiyonu istenilen delikleri oluşturmak için kullanılabilir.
15. İmplantta bir kafes oluşturmak için (örneğin anjiyogenez için izin), ilk adım 2.6'daki gibi planlanan kafesin bir krokisini (eğri seçeneğini kullanarak) oluşturun.
    1. Detail Clay menüsünde, Sarılmış Resimli Kabartma seçeneğini kullanın. Kafesin oluşturulacağı bir resim seçin (programla birlikte gelen birkaç şablon vardır). Görüntünün beyaz kısımları kafese çıkarılır ve siyah kısımlar bağışlanır.
    2. Manuel denetimi kullanarak, tasarımın yönünü ve boyutunu ayarlayın. Oluşturulan deliklerin kalınlığını temsil eden mesafeyi ayarlayın ve Uygulatuşuna basın. Hastaya özel implant üretime hazırdır.

Sonuçlar

Kırık, stok temin edilen 40 yaşındaki kadın hasta, daha önceki bir yaralanmadan rekonstrüksiyon fiksasyon plakası ve alt çenesinin sol vücudunda birleşim dışı kırık bölümüne başvurdu. Görüntüleme, kırık fiksasyon plakasını ve alt çenenin mal-pozisyonlu sol segmentini gösterir(Şekil 1). Segmentasyon yazılımı kullanılarak, alt çene segmentasyonu kırık fiksasyon plakasını ayırarak gerçekleştirildi (Ek Şekil 1

Tartışmalar

Cerrahi prosedürlerin sanal planlaması için bilgisayarların sürekli gelişen kullanımı ile, başka bir gelişen teknoloji, 3D baskı ile kombinasyonu, cerrahi tedavi yepyeni bir döneme yol açtı. Doğruluk bu teknolojilerin hedefi ve hastaya özel bakım, gelecekteki hedef olarak, cerrahi kılavuzları ve hastaya özgü rekonstrüksiyon implantları şeklinde sunulmaktadır. Gelecekteki farklı bir protokolün parçası olarak cerrahi kılavuzları tartışıyoruz. Geçerli protokolde, DICOM görüntülerinin mo...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
D2P (DICOM to Print)	3D systems		Segmentation software to create 3D stl files
Geomagic Freeform	3D systems		Sculpted Engineering Design