Name: 3d planning and printing of patient specific implants for reconstruction of bony defects
Uploaded: 2020-08-04T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Planning and Printing of Patient Specific Implants for Reconstruction of Bony Defects at JoVE.com

Der blev ikke modtaget midler til dette arbejde.

Denne undersøgelse fulgte Helsingfors-erklæringen om medicinsk protokol og etik, og Det Institutionelle Etiske Gennemgangsråd godkendte undersøgelsen.
1. Segmentering ved hjælp af en segmenteringssoftware
BEMÆRK: Importprocessen af DICOM-filerne kræver orientering af de aksiale, koronale og sagittale planer i pop-up-vinduet for at afslutte opsætningen.
<ol><li>Vælg funktionen Generelt i menuen Knoglesegmentering. Brug mar...

<ol>
	<li>Goodsaid, F., Frueh, F., Burczynski, M. E., Hock, F., Gralinski, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Personalized+Medicine.">Personalized Medicine.</a> Drug Discovery and Evaluation: Methods in Clinical Pharmacology. , (2019).</li><li>Hull, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Apparatus+for+production+of+three-dimensional+objects+by+stereolithography.">Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography.</a> Google Patents. , (1986).</li><li>Petzold, R., Zeilhofer, H. F., Kalender, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+technology+in+medicine--basics+and+applications.">Rapid prototyping technology in medicine--basics and applications.</a> Computerized Medical Imaging and Graphics. 23 (5), 277-284 (1999).</li><li>Schmauss, D., Gerber, N., Sodian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printing+of+models+for+surgical+planning+in+patients+with+primary+cardiac+tumors.">Three-dimensional printing of models for surgical planning in patients with primary cardiac tumors.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 145 (5), 1407-1408 (2013).</li><li>Tam, M. D., Laycock, S. D., Bell, D., Chojnowski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3-D+printout+of+a+DICOM+file+to+aid+surgical+planning+in+a+6+year+old+patient+with+a+large+scapular+osteochondroma+complicating+congenital+diaphyseal+aclasia.">3-D printout of a DICOM file to aid surgical planning in a 6 year old patient with a large scapular osteochondroma complicating congenital diaphyseal aclasia.</a> Journal of Radiology Case Reports. 6 (1), 31 (2012).</li><li>Emodi, O., Shilo, D., Israel, Y., Rachmiel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+planning+and+printing+of+guides+and+templates+for+reconstruction+of+the+mandibular+ramus+and+condyle+using+autogenous+costochondral+grafts.">Three-dimensional planning and printing of guides and templates for reconstruction of the mandibular ramus and condyle using autogenous costochondral grafts.</a> British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (1), 102-104 (2017).</li><li>Leiser, Y., Shilo, D., Wolff, A., Rachmiel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+reconstruction+in+mandibular+avulsion+injuries.">Functional reconstruction in mandibular avulsion injuries.</a> Journal of Craniofacial Surgery. 27 (8), 2113-2116 (2016).</li><li>Mazzoni, S., Bianchi, A., Schiariti, G., Badiali, G., Marchetti, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer-aided+design+and+computer-aided+manufacturing+cutting+guides+and+customized+titanium+plates+are+useful+in+upper+maxilla+waferless+repositioning.">Computer-aided design and computer-aided manufacturing cutting guides and customized titanium plates are useful in upper maxilla waferless repositioning.</a> Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 73 (4), 701-707 (2015).</li><li>Rachmiel, A., Shilo, D., Blanc, O., Emodi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+of+complex+mandibular+defects+using+integrated+dental+custom-made+titanium+implants.">Reconstruction of complex mandibular defects using integrated dental custom-made titanium implants.</a> British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 55 (4), 425-427 (2017).</li><li>Xu, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+of+the+upper+cervical+spine+using+a+personalized+3D-printed+vertebral+body+in+an+adolescent+with+Ewing+sarcoma.">Reconstruction of the upper cervical spine using a personalized 3D-printed vertebral body in an adolescent with Ewing sarcoma.</a> Spine. 41 (1), E50-E54 (2016).</li></ol>

Med den konstante udvikling af computere til virtuel planlægning af kirurgiske procedurer, kombinationen med en anden udviklende teknologi, 3D-print, førte til en helt ny æra af kirurgisk behandling. Nøjagtighed er målet for disse teknologier og patientspecifik pleje, som det fremtidige mål, præsenteres i form af kirurgiske vejledninger og patientspecifikke rekonstruktionsimplantater. Vi diskuterer kirurgiske vejledninger som en del af en anden fremtidig protokol. I den nuværende protokol diskuterer vi segmenteri...

Personlig medicin udvikler sig hurtigt på mange områder af medicin1. Onkologisk personlig behandling er genstand for megen diskussion og dermed er velkendt for den almindelige befolkning. 3D-print blev først introduceret af Charles Hull viser 3D-udskrivning af objekter ved hjælp af stereolitografi2. Siden da er der udviklet forskellige teknologier til 3D-printning. Den anvendte metode vælges ud fra udstyrets formål.
Det kirurgiske felt er hurtigt at omfavne personlig medicin. Personlig behandling på det kirurgiske område kræver virtuel planlægning ved hjælp af en computer-assisteret design (CAD) software. Den første fase omfatter altid segmentering for at oprette en 3D stl-fil. Computerassisteret produktion (CAM) kaldes fremstillingsprocessen for den 3D-designede del. Den første udnyttelse af teknologien blev brugt i præoperativ model udskrivning til kirurgisk planlægning og mock kirurgi3,,4,5. Med udviklingen af teknologi, virtuel planlægning af operationer efterfulgt af planlægning og fremstilling af kirurgiske vejledninger til at bistå i selve operationen og patientspecifikke rekonstruktion implantater monteret perfekt på knoglen af patienten blev mere populære6,7,8,9,10. Formålet med denne protokol er at give klinikere mulighed for at oprette deres egne kirurgiske vejledninger og rekonstruktion patient specifikke implantater. Denne metode er mere præcis end at bruge lagerplader, fordi den passer perfekt og kan designes ud fra den specifikke defekts egenskaber. Det reducerer også afhængigheden af kirurgens erfaring og reducerer driftstiden.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>D2P (DICOM to Print)</td>
			<td>3D systems</td>
			<td></td>
			<td>Segmentation software to create 3D stl files</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geomagic Freeform</td>
			<td>3D systems</td>
			<td></td>
			<td>Sculpted Engineering Design</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d planning and printing of patient specific implants for reconstruction of bony defects

Vi er midt i 3D æra i de fleste aspekter af livet, og især i medicin. Den kirurgiske disciplin er en af de vigtigste aktører på det medicinske område ved hjælp af den konstant udviklende 3D-planlægning og udskrivning kapaciteter. Cad (Computer-assisted design) og computerassisteret produktion (CAM) bruges til at beskrive 3D-planlægning og -fremstilling af produktet. Planlægning og fremstilling af 3D kirurgiske vejledninger og rekonstruktionsimplantater udføres næsten udelukkende af ingeniører. Efterhånden som teknologiske fremskridt og softwaregrænseflader bliver mere brugervenlige, rejser det et spørgsmål om muligheden for at overføre planlægning og produktion til klinikeren. Årsagerne til et sådant skift er klare: kirurgen har den idé, hvad han ønsker at designe, og han ved også, hvad der er muligt og kan bruges i operationsstuen. Det giver ham mulighed for at være forberedt på ethvert scenario / uventede resultater under operationen og gør det muligt for kirurgen at være kreativ og udtrykke sine nye ideer ved hjælp af CAD-software. Formålet med denne metode er at give klinikere mulighed for at skabe deres egne kirurgiske vejledninger og rekonstruktionsimplantater. I dette manuskript, en detaljeret protokol vil give en enkel metode til segmentering ved hjælp af segmentering software og implantat planlægning ved hjælp af en 3D-design software. Efter segmentering og stl fil produktion ved hjælp af segmentering software, kunne klinikeren skabe en simpel patient specifik rekonstruktion plade eller en mere kompleks plade med en vugge til knogletransplantation positionering. Kirurgiske styre kan oprettes for nøjagtig resektion, hul forberedelse til korrekt genopbygning plade positionering eller til knogletransplantation høst og re-konturering. Et tilfælde af underkæben rekonstruktion efter plade fraktur og nonunion heling af et traume lidt skade er detaljeret.

En 40-årig kvindelig patient med en brækket, lager leveret, rekonstruktion fiksering plade fra en tidligere skade og en ikke-union fraktur i venstre krop af hendes underkæbe præsenteret for afdelingen. Billeddannelse viser den ødelagte fikseringsplade og det fejlpositionerede venstre segment af underkæben (Figur 1). Ved hjælp af segmenteringssoftware blev der udført segmentering af underkæben, der adskilte den ødelagte fikseringsplade (Suppl...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Planning and Printing of Patient Specific Implants for Reconstruction of Bony Defects at JoVE.com

3D Planning and Printing of Patient Specific Implants for Reconstruction of Bony Defects

Denne protokol beskriver brugen af 3D planlægning og trykning til genopbygning af knoglefejl. Vi bruger segmenteringsværktøjer til at skabe 3D-modeller efterfulgt af 3D-designsoftware til at skabe patientspecifikke implantater til genopbygningsformål samtidig med ablativ kirurgi eller som en anden fase.

3D planlægning og udskrivning af patientspecifikke implantater til rekonstruktion af knogledefekter

We are in the midst of the 3D era in most aspects of life, and especially in medicine. The surgical discipline is one of the major players in the medical ...

Denne protokol giver mulighed for virtuel behandling af patienter med benede defekter og oprettelse af nye kirurgiske guide og fiksering plader. Ved hjælp af denne protokol gør det muligt implantater, der skal næsten skabt og designet i henhold til, hvad der er muligt til brug i operationsstuen med overlegen nøjagtighed og forkortet drift varighed. Patientspecifikke implantater, der er planlagt med vores protokol, er baseret på nøjagtig 3D-billeddannelse, hvilket resulterer i perfekt tilpasning af implantater og muliggør restaurering af korrekt vævsanatomi, symmetri og funktion.Denne protokol giver brugerne mulighed for at designe og udskrive komplekse modeller eller strukturer fra forskellige materialer og undersøge forskellige parametre såsom deres styrke eller evne til at tillade knogle regenerering. Selv om disse programmer er meget brugervenlige, tager det tid at mestre den computer-assisterede designproces. Tålmodighed og praksis vil hjælpe brugeren med at få det bedre og hurtigere.Da denne protokol indeholder mange trin i virtuel planlægning, observere faser vil være yderst nyttigt. Til segmentering af den 3D-rekonstruerede model skal du i den relevante segmenteringssoftware under menuen Knoglesegmentering vælge Generelt og bruge plusværktøjet til at angive interessesegmentet og minusværktøjet til at angive de uønskede segmenter, mens du ruller og bevæger sig gennem scanningen. Brug knappen Angiv, der starter segmenteringen, og klik på Anvend for at oprette den nye målgruppe.For at udføre en god knoglesegmentering skal der anvendes et stort antal positive og negative markeringer i den 3D-rekonstruerede model. og alle de andre synspunkter. Når segmenteringen er fuldført, skal du rette markeringerne og tilføje nye for at opnå bedre nøjagtighed efter behov.Eksporter filerne som STL 3D-filer. For at designe 3D-rekonstruktionsimplantatet skal du importere STL-filerne til 3D-designsoftwaren og bruge barberingsværktøjet til at adskille knoglen i to dele. Vælg værktøjet Ler i menuen Vælg flytler, og markér det pågældende område.Kopier det markerede område, og opret et nyt identisk objekt på objektlisten for at manipulere regionens placering. Hvis du vil sikre dig, at rotationsaksen er indstillet på den del af knoglen, der forbliver i samme position, skal du vælge Flyt og angiv rotationsaksen som planlagt. Da det menneskelige kranium for det meste er symmetrisk, skal du bruge Mirror Clay værktøj til vejledning for at opnå den korrekte placering eller placering af den manglende eller malpositioned segment og sæt flyet i midten af kraniet.Baseret på den spejlede halvdel, udføre segment rotation efter behov og bruge Tilføj Clay værktøj fra Construct Clay menuen til at rekonstruere avulsed knoklet del. Vælg indstillingen Tegn kurve i menuen Kurver for at skabe en kontinuerlig ydre form af det ønskede implantat. Højreklik på segmentet, og vælg Dubler for at dublere det benede segment.Når du arbejder i det nye duplikerede segment, skal du vælge Prægning med Curve i menuen Detalje clay for at skabe omfanget af rekonstruktionsimplantatet. Vælg den ydre form af det skitserede implantat, og placer den cirkelformede markør inde i det skitserede implantat på knoglens overflade. Vælg de ønskede parametre, vigtigst af alt afstanden til at styre tykkelsen af implantatet og højreklik på det duplikerede segment for at vælge Boolesk og Fjern fra, og vælg derefter det objekt, der indeholder det oprettede implantat.I tilfælde, hvor der kræves huller til skruefiksering eller angiogenese, skal du bruge funktionen Opret plan til at skabe et parallelt plan, hvor hullerne til pladen er konstrueret. Når flyene er placeret i maksimal parallelitet til implantatet, skal du vælge en cirkel i skitsemenuen og oprette cirkler af den ønskede størrelse og position i segmentet. I menuen Kurver skal du bruge indstillingen Projektskitse til at angive de skitser, der skal overføres fra flyet til implantatet.Hvis du vil generere tælleren til skruerne, skal du vælge Prægning med Kurve i menuen Detalje Clay og placere den cirkelformede markør inde i det markerede cirkulære område på segmentoverfladen. For at fuldende hullerne i menuen med underd-overflader skal du bruge indstillingen Wire Cut SubD til at oprette stænger vinkelret på implantatet. Hvis du vil oprette hullerne ved hjælp af stængerne, skal du vælge Boolesk og Fjern fra og vælge hver stang efter hinanden, højreklikke på Boolean, Fjern fra og Opret et implantat på objektlisten.Hvis du vil oprette en maske i implantatet, skal du bruge Draw Curve til at generere en skitse af det planlagte mesh som vist. I menuen Detalje Clay skal du bruge Prægning med ombrudt billede til at vælge et skabelonbillede, hvorefter masken vil blive designet. De hvide områder af billedet vil blive fratrukket, og de sorte områder vil forblive.Juster designets retning og størrelse manuelt, og angiv tykkelsen af den genererede, og klik derefter på Anvend. Det patientspecifikke implantat vil derefter være klar til produktion. Disse billeder blev indhentet fra en 40-årig kvindelig patient med en brækket lager-leveret rekonstruktion fiksering plade fra en tidligere skade og en nonunion fraktur i venstre krop af hendes underkæben.Segmentering af underkæben blev udført som påvist for at adskille den ødelagte fikseringsplade. Ved hjælp af 3D-designsoftware blev det venstre segment af underkæben flyttet til den korrekte anatomiske position. Spejling af højre sunde side blev udført for at tillade korrekt rekonstruktion af den manglende knogle.Det patientspecifikke implantat kunne derefter designes, herunder huller til fikseringsskruer. En maske blev designet til at tillade yderligere knogletransplantat placering, i henhold til den korrekte kontur af kæben baseret på den sunde side og for at muliggøre overlegen angiogenese gennem hullerne i masken. Implantatet trykt fra titanium ved hjælp af selektiv laser sintring teknologi og postoperative resultater kan observeres i disse billeder.Bemærk kontinuiteten i underkæben, den korrekte lodrette position af venstre underkæbe segment og symmetri i kroppen kontur, der blev rekonstrueret ved hjælp af patient-specifikke implantat som den ydre kontur og en iliaca crest knogletransplantat til påfyldning af hulrum. Når du designer det patientspecifikke implantat, skal du overveje planlægningen af en plade af minimal størrelse, der er stærk nok til at tillade bærende kræfter, mens du modstår forskydnings- og momentkræfter. Patientspecifikke implantater kan også designes til kranioplastik, ortopædiske procedurer og kan potentielt anvendes til design af blødt væv i alle organer.Denne protokol i øjeblikket giver mulighed for planlægning af nye implantater til operationer og forskningsundersøgelser og kan i sidste ende lette implantat bioprint og fremmed materiale regenerering.

Research

JoVE Journal

Medicine

A Pipeline for 3D Multimodality Image Integration and Computer-assisted Planning in Epilepsy Surgery

En rørledning til 3D Multimodalitet billede Integration og Computerstøttet planlægning i Epilepsi Surgery

Epilepsy surgery is challenging and the use of 3D multimodality image integration (3DMMI) to aid presurgical planning is well-established. Multimodality ...

A Postoperative Evaluation Guideline for Computer-Assisted Reconstruction of the Mandible

En postoperativ evalueringsretningslinje for computerstøttet rekonstruktion af mandible

Valid comparisons of postoperative accuracy results in computer-assisted reconstruction of the mandible are difficult due to heterogeneity in imaging ...

Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery

Flerfarvet 3D-udskrivning af komplekse intrakranielle tumorer i neurosurgery

Three-dimensional (3D) printing technologies offer the possibility of visualizing patient-specific pathologies in a physical model of correct dimensions. ...

Combining Augmented Reality and 3D Printing to Display Patient Models on a Smartphone

Kombination af Augmented Reality og 3D-udskrivning for at vise patient modeller på en smartphone

Augmented reality (AR) has great potential in education, training, and surgical guidance in the medical field. Its combination with three-dimensional (3D) ...

Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants

Behandling af ansigtsdeformiteter ved hjælp af 3D-planlægning og udskrivning af patientspecifikke implantater

Technological advancements in surgical planning and patient-specific implants are constantly evolving. One can either adopt the technology to achieve ...

Biotribological Testing and Analysis of Articular Cartilage Sliding against Metal for Implants

Biotribologisk test og analyse af ledbrusk glidende mod metal til implantater

Osteochondral defects in middle-aged patients might be treated with focal metallic implants. First developed for defects in the knee joint, implants are ...

Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training

Udvikling og evaluering af 3D-printede hjerte-kar-fantomer til interventionel planlægning og træning

Catheter-based interventions are standard treatment options for cardiovascular pathologies. Therefore, patient-specific models could help training ...

Combining 3D-Printing and Electrospinning to Manufacture Biomimetic Heart Valve Leaflets

Kombination af 3D-udskrivning og elektrospinding til fremstilling af biomimetiske hjerteklapfoldere

Electrospinning has become a widely used technique in cardiovascular tissue engineering as it offers the possibility to create (micro-)fibrous scaffolds ...

3D Printing Model of a Patient's Specific Lumbar Vertebra

3D-printmodel af en patients specifikke lændehvirvel

Selective dorsal rhizotomy (SDR) is a difficult, risky, and sophisticated operation, in which a laminectomy should not only expose an adequate surgical ...

3D Reconstruction for the Diagnosis and Treatment of Pulmonary Nodules

A 3D Digital Model for the Diagnosis and Treatment of Pulmonary Nodules

A 3D Digital Model for the Diagnosis and Treatment of Pulmonary Nodules (Video) | JoVE 

En 3D digital model til diagnosticering og behandling af lungeknuder

The three-dimensional (3D) reconstruction of pulmonary nodules using medical images has introduced new technical approaches for diagnosing and treating ...