Name: 3d planning and printing of patient specific implants for reconstruction of bony defects
Uploaded: 2020-08-04T13:00:00
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Aucun financement n’a été reçu pour ce travail.

Cette étude faisait suite à la Déclaration d’Helsinki sur le protocole médical et l’éthique et le Comité d’examen éthique institutionnel a approuvé l’étude.
1. Segmentation à l’aide d’un logiciel de segmentation
REMARQUE : Le processus d’importation des fichiers DICOM nécessite l’orientation des plans axials, coronaux et sagittals dans la fenêtre contextuelle pour terminer la configuration.
<ol><li>Dans le menu Segmentation osse...

<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>

Avec l’utilisation constante des ordinateurs pour la planification virtuelle des procédures chirurgicales, la combinaison avec une autre technologie en développement, l’impression 3D, a conduit à une toute nouvelle ère de traitement chirurgical. La précision est l’objectif de ces technologies et les soins spécifiques aux patients, comme l’objectif futur, est présenté sous la forme de guides chirurgicaux et d’implants de reconstruction spécifiques aux patients. Nous discutons des guides chirurgicaux dan...

La médecine personnalisée se développe rapidement dans de nombreux domaines de la médecine1. Le traitement personnalisé oncologique fait l’objet de nombreuses discussions et est donc bien connu de la population en général. L’impression 3D a d’abord été introduite par Charles Hull montrant l’impression 3D d’objets utilisant la stéréolithographie2. Depuis lors, différentes technologies pour l’impression 3D ont été développées. La méthode utilisée est sélectionnée en fonction de l’objet de l’appareil.
Le domaine chirurgical adopte rapidement la médecine personnalisée. Le traitement personnalisé dans le domaine chirurgical nécessite une planification virtuelle à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). La première étape inclut toujours la segmentation pour créer un fichier stl 3D. La fabrication assistée par ordinateur (CAM) est appelée le processus de fabrication de la pièce conçue en 3D. La première utilisation de la technologie a été utilisée dans l’impression de modèle préopératoire pour la planification chirurgicale et la chirurgie simulée3,4,5. Avec le développement de la technologie, la planification virtuelle des chirurgies suivie par la planification et la fabrication de guides chirurgicaux pour aider à la chirurgie elle-même et les implants de reconstruction spécifiques au patient parfaitement adaptés sur l’os du patient est devenu plus populaire6,7,8,9,10. Le but de ce protocole est de fournir aux cliniciens la capacité de créer leurs propres guides chirurgicaux et les implants spécifiques aux patients de reconstruction. Cette méthode est plus précise que l’utilisation de plaques de stock car elle s’adapte parfaitement et peut être conçue en fonction des caractéristiques du défaut spécifique. Il réduit également la dépendance à l’expérience du chirurgien et réduit le temps d’opération.

<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

Nous sommes au milieu de l’ère 3D dans la plupart des aspects de la vie, et en particulier en médecine. La discipline chirurgicale est l’un des principaux acteurs dans le domaine médical en utilisant les capacités de planification et d’impression 3D en constante évolution. La conception assistée par ordinateur (CAO) et la fabrication assistée par ordinateur (CAM) sont utilisées pour décrire la planification et la fabrication 3D du produit. La planification et la fabrication de guides chirurgicaux 3D et d’implants de reconstruction sont effectuées presque exclusivement par des ingénieurs. À mesure que la technologie progresse et que les interfaces logicielles deviennent plus conviviales, cela soulève une question quant à la possibilité de transférer la planification et la fabrication au clinicien. Les raisons d’un tel changement sont claires: le chirurgien a l’idée de ce qu’il veut concevoir, et il sait aussi ce qui est faisable et pourrait être utilisé dans la salle d’opération. Il lui permet d’être prêt pour tout scénario / résultats inattendus au cours de l’opération et permet au chirurgien d’être créatif et d’exprimer ses nouvelles idées en utilisant le logiciel CAO. Le but de cette méthode est de fournir aux cliniciens la capacité de créer leurs propres guides chirurgicaux et implants de reconstruction. Dans ce manuscrit, un protocole détaillé fournira une méthode simple de segmentation à l’aide d’un logiciel de segmentation et de planification d’implants à l’aide d’un logiciel de conception 3D. Après la segmentation et la production de fichiers stl à l’aide d’un logiciel de segmentation, le clinicien pourrait créer une plaque de reconstruction spécifique au patient simple ou une plaque plus complexe avec un berceau pour le positionnement de greffe osseuse. Des guides chirurgicaux peuvent être créés pour une résection précise, la préparation des trous pour un bon positionnement des plaques de reconstruction ou pour la récolte et le remodelage des greffes osseuses. Un cas de reconstruction inférieure de mâchoire suivant la rupture de plaque et la guérison non de l’union d’une blessure soutenue de trauma est détaillé.

Un patient féminin de 40 ans avec une plaque cassée, de stock fourni, de fixation de reconstruction d’une blessure précédente et une rupture non-union dans le corps gauche de sa mâchoire inférieure présentée au département. L’imagerie montre la plaque de fixation cassée et le segment gauche mal positionné de la mâchoire inférieure (figure 1). À l’aide d’un logiciel de segmentation, la segmentation de la mâchoire inférieure a été effe...

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

Ce protocole décrit l’utilisation de la planification et de l’impression 3D pour la reconstruction des défauts osseux. Nous utilisons des outils de segmentation pour créer des modèles 3D suivis d’un logiciel de conception 3D pour créer des implants spécifiques aux patients à des fins de reconstruction concomitantes à la chirurgie ablative ou à une deuxième étape.

Planification et impression 3D d’implants spécifiques aux patients pour la reconstruction des défauts osseux

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 ...

Ce protocole permet le traitement virtuel des patients présentant des défauts osseux et la création de nouveaux guides chirurgicaux et plaques de fixation. L’utilisation de ce protocole permet de créer virtuellement et de créer des implants en fonction de ce qui est faisable pour une utilisation en salle d’opération avec une précision supérieure et une durée de fonctionnement réduite. Les implants spécifiques aux patients prévus avec notre protocole sont basés sur une imagerie 3D précise qui donne lieu à des implants parfaitement ajustés et permet la restauration d’une anatomie, d’une symétrie et d’une fonction appropriées des tissus.Ce protocole permet aux utilisateurs de concevoir et d’imprimer des modèles ou des structures complexes à partir de différents matériaux et d’examiner différents paramètres tels que leur force ou leur capacité à permettre la régénération osseuse. Bien que ces programmes soient très conviviaux, il faut du temps pour maîtriser le processus de conception assisté par ordinateur. La patience et la pratique aideront l’utilisateur à s’améliorer et à accélérer.Comme ce protocole contient de nombreuses étapes de planification virtuelle, l’observation des étapes sera extrêmement utile. Pour la segmentation du modèle reconstruit en 3D, dans le logiciel de segmentation approprié sous le menu segmentation osseuse, sélectionnez Général et utilisez l’outil plus pour indiquer le segment d’intérêt et l’outil moins pour indiquer les segments indésirables lors du défilement et du déplacement à travers l’analyse. Utilisez le bouton Définir qui initie la segmentation et cliquez sur Appliquer pour créer le nouveau segment.Pour effectuer une bonne segmentation osseuse, un grand nombre de marques positives et négatives doivent être utilisées dans le modèle reconstruit en 3D. et tous les autres points de vue. Lorsque la segmentation est terminée, corrigez les marques et ajoutez-en de nouvelles pour une meilleure précision au besoin.Exportez les fichiers sous forme de fichiers 3D STL. Pour concevoir l’implant de reconstruction 3D, importez les fichiers STL dans le logiciel de conception 3D et utilisez l’outil Rasage pour séparer l’os en deux parties. Dans le menu Select Move Clay, sélectionnez l’outil Clay et marquez la région d’intérêt.Copiez la région marquée et créez un nouvel objet identique dans la liste d’objets pour manipuler la position de la région. Pour vous assurer que l’axe de rotation est défini sur la partie de l’os qui restera dans la même position, sélectionnez Repositionner et définissez l’axe de rotation comme prévu. Comme le crâne humain est principalement symétrique, utilisez l’outil Argile miroir pour obtenir le positionnement ou le placement correct du segment manquant ou mal placé et placez le plan au centre du crâne.Basé sur la moitié en miroir, effectuez la rotation du segment au besoin et utilisez l’outil Ajouter de l’argile du menu Construct Clay pour reconstruire la partie osseuse avulsée. Dans le menu Curves, sélectionnez l’option Draw Curve pour créer une forme extérieure continue de l’implant désiré. Cliquez à droite sur le segment et sélectionnez Duplicata pour dupliquer le segment osseux.Travaillant dans le nouveau segment dupliqué, dans le menu Detail Clay sélectionnez Emboss avec Curve pour créer le volume de l’implant de reconstruction. Sélectionnez la forme externe de l’implant esquissé et placez le curseur en forme de cercle à l’intérieur de l’implant esquissé à la surface de l’os. Sélectionnez les paramètres souhaités, surtout la distance pour contrôler l’épaisseur de l’implant et cliquez à droite sur le segment dupliqué pour sélectionner Boolean et Supprimer, puis sélectionnez l’objet contenant l’implant créé.Dans les cas où des trous pour la fixation de la vis ou l’angiogenèse sont nécessaires, utilisez la fonction Create Plane pour créer un plan parallèle dans lequel les trous de la plaque sont conçus. Lorsque les plans sont positionnés dans un parallélisme maximal à l’implant, sélectionnez un cercle dans le menu Sketch et créez des cercles de la taille et de la position désirées dans le segment. Dans le menu Curves, utilisez l’option Project Sketch pour désigner les esquisses à transférer de l’avion à l’implant.Pour générer le compteur pour les vis, dans le menu Detail Clay, sélectionnez Emboss avec Curve et placez le curseur en forme de cercle à l’intérieur de la zone circulaire marquée sur la surface du segment. Pour compléter les trous dans le menu SubD Surfaces, utilisez l’option Wire Cut SubD pour créer des tiges perpendiculaires à l’implant. Pour créer les trous à l’aide des tiges, sélectionnez Boolean et Retirez-les et sélectionnez chaque tige successivement, en cliquant à droite sur Boolean, Retirez-vous et créez un implant dans la liste des objets.Pour créer un maillage dans l’implant, utilisez Draw Curve pour générer un croquis du maillage planifié tel que démontré. Dans le menu Detail Clay, utilisez Emboss avec image enveloppée pour sélectionner une image de modèle après laquelle le maillage sera conçu. Les régions blanches de l’image seront soustrayées et les zones noires resteront.Ajustez manuellement la direction et la taille de la conception et réglez l’épaisseur du généré, puis cliquez sur Appliquer. L’implant spécifique au patient sera alors prêt pour la production. Ces images ont été obtenues d’un patient féminin de 40 ans avec une plaque cassée de fixation de reconstruction stock-fournie d’une blessure précédente et d’une rupture non union dans le corps gauche de sa mâchoire inférieure.La segmentation de la mâchoire inférieure a été exécutée comme démontré pour séparer la plaque cassée de fixation. Utilisant le logiciel de conception 3D, le segment gauche de la mandibule a été repositionné à la position anatomique correcte. La mise en miroir du côté sain droit a été exécutée pour permettre la reconstruction appropriée de l’os manquant.L’implant spécifique au patient pourrait alors être conçu, y compris des trous pour les vis de fixation. Un maillage a été conçu pour permettre le placement supplémentaire de greffe d’os, selon le contour approprié de la mâchoire basé sur le côté sain et pour permettre l’angiogenèse supérieure par les trous dans le maillage. L’implant imprimé à partir de titane à l’aide de la technologie sélective de frittage laser et des résultats postopératoires peuvent être observés dans ces images.Notez la continuité de la mâchoire inférieure, la position verticale correcte du segment inférieur gauche de la mâchoire et la symétrie dans le contour du corps qui a été reconstruit en utilisant l’implant spécifique au patient comme contour externe et une greffe osseuse de crête iliaque pour combler les vides. Lors de la conception de l’implant spécifique au patient, envisager la planification d’une plaque de taille minimale qui est assez forte pour permettre des forces de charge tout en résistant aux forces de cisaillement et de couple. Les implants spécifiques au patient peuvent également être conçus pour la cranioplastie, les procédures orthopédiques et peuvent être potentiellement utilisés pour la conception de tissus mous dans tous les organes.Ce protocole permet actuellement la planification de nouveaux implants pour les chirurgies et les études de recherche et pourrait éventuellement faciliter la bioimpression des implants et la régénération des matériaux étrangers.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Un pipeline pour la 3D multimodalité Intégration image et assistée par ordinateur Planification en chirurgie de l&#39;épilepsie

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

Recherche

Médecine

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

Une ligne directrice d'évaluation postopératoire pour la reconstruction assistée par ordinateur de la mandibule

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

Impression 3D multicolore des tumeurs intracrâniennes complexes en neurochirurgie

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

Combiner la réalité augmentée et l'impression 3D pour afficher les modèles de patients sur un smartphone

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Traitement des déformations faciales à l’aide de la planification 3D et de l’impression d’implants spécifiques au patient

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

Développement et évaluation de fantômes cardiovasculaires imprimés en 3D pour la planification interventionnelle et la formation

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

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

Modèle d’impression 3D de la vertèbre lombaire spécifique d’un patient

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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 

Un modèle numérique 3D pour le diagnostic et le traitement des nodules pulmonaires

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