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

לא התקבלה מימון לעבודה זו.

מחקר זה עקב אחר הצהרת הלסינקי על פרוטוקול רפואי ואתיקה ומועצת הביקורת אתית מוסדית אישר את המחקר.
1. פילוח באמצעות תוכנה מפלח
הערה: תהליך הייבוא של קבצי DICOM דורש את כיוון הציר, המטוסים המשונן והמטוסים בחלון המוקפץ כדי לסיים את הכיוונון.
<ol><li>בתפריט פילוח של...

<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>

עם שימוש מתמשך בפיתוח של מחשבים עבור תכנון וירטואלי של הליכים כירורגיים, השילוב עם טכנולוגיה מתפתחת אחרת, 3D הדפסה, הוביל עידן חדש לגמרי של טיפול כירורגי. דיוק הוא המטרה של טכנולוגיות אלה וטיפול ספציפי למטופל, כמו המטרה העתידית, מוצג בצורה של מדריכים כירורגיים ושתלים מסוימים המטופל שחזור. א...

רפואה מותאמת אישית מתפתחת במהירות בתחומים רבים של רפואה1. הטיפול האישי אונלוגי הוא נושא של דיון רב, ולכן ידוע גם בפני האוכלוסייה הכללית. הדפסה תלת-ממדית הוצגה לראשונה על ידי צ'ארלס הול המציג הדפסת תלת-ממד של אובייקטים באמצעות סטריאואוליתוגרפיה2. מאז פותחו טכנולוגיות שונות להדפסת תלת-ממד. השיטה שבשימוש נבחרה בהתאם למטרת ההתקן.
השדה הכירורגי מאמץ במהירות תרופה אישית. טיפול מותאם אישית בתחום הכירורגי מחייב תכנון וירטואלי באמצעות תוכנת עיצוב בעזרת מחשב (CAD). השלב הראשון תמיד כולל פילוח כדי ליצור קובץ stl 3D. המחשב בסיוע ייצור (CAM) מכונה תהליך הייצור של החלק המתוכנן 3D. הניצול הראשון של הטכנולוגיה שימש בדפוס טרום ניתוח מודל לתכנון כירורגי וניתוח מבוים3,4,5. עם התפתחות הטכנולוגיה, תכנון וירטואלי של הניתוחים ולאחר מכן תכנון וייצור של מדריכים כירורגיים כדי לסייע בניתוח עצמו ושתלים ספציפיים החולה שחזור מותאם באופן מושלם על העצם של המטופל הפך פופולרי יותר6,7,8,9,10. המטרה של פרוטוקול זה היא לספק לרופאים עם היכולת ליצור מדריכים כירורגיים שלהם ושחזור מטופל ספציפי שתלים. שיטה זו מדויקת יותר מהשימוש בלוחות מלאי מכיוון שהיא מתאימה באופן מושלם ויכולה להתבסס על מאפייני הפגם המסוים. הוא גם מפחית את התלות בחווית המנתח ומפחית את זמן הפעולה.

<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

אנחנו בעיצומו של עידן התלת-ממד ברוב ההיבטים של החיים, ובעיקר ברפואה. משמעת כירורגית הוא אחד השחקנים העיקריים בתחום הרפואי באמצעות התפתחות ללא הרף יכולות תכנון 3D והדפסה. עיצוב בסיוע מחשב (CAD) ומחשב בסיוע ייצור (CAM) משמשים כדי לתאר את התכנון 3D וייצור של המוצר. תכנון וייצור של מדריכים כירורגיים תלת-ממדיים ושתלים שחזור מבוצעים כמעט אך ורק על ידי מהנדסים. ככל שהתקדמות טכנולוגית וממשקי תוכנה הופכים לידידותיים יותר למשתמש, היא מעלה שאלה בנוגע לאפשרות להעביר את התכנון והייצור למטפל. הסיבות לשינוי כזה הן ברורות: למנתח יש את הרעיון של מה שהוא רוצה לעצב, והוא גם יודע מה אפשרי והוא יכול לשמש בחדר הניתוח. זה מאפשר לו להיות מוכן עבור כל תרחיש/תוצאות בלתי צפויות במהלך הפעולה ומאפשר למנתח להיות יצירתי לבטא רעיונות חדשים שלו באמצעות תוכנת CAD. מטרת שיטה זו היא לספק קלינאים עם היכולת ליצור מדריכים כירורגיים שלהם שתלים שחזור. בכתב יד זה, פרוטוקול מפורט יספק שיטה פשוטה לפילוח באמצעות התוכנה פילוח ותכנון השתל באמצעות תוכנת עיצוב תלת-ממד. בעקבות פילוח והפקת קובץ stl באמצעות תוכנה פילוח, המרפאה יכולה ליצור לוחית פשוטה שחזור ספציפי מטופל או צלחת מורכבת יותר עם עריסה עבור השתלת העצם מיצוב. מדריכים כירורגיים ניתן ליצור עבור כריתה מדויקת, הכנה החור עבור מיקום הצלחת השחזור הנכון או לקציר השתל העצם מחדש ליצור. מקרה של שחזור הלסת התחתונה בעקבות שבר צלחת וריפוי לא האיגוד של פציעה מתמשכת של טראומה מפורט.

החולה 40 בת האישה עם שבור, מניות סיפק, לוחית קיבוע שחזור מפציעה קודמת שבר בגוף השמאלי של הלסת התחתונה שלה הציג למחלקה. הדמיה מראה את לוחית הקיבוע שבורה ואת הקטע השמאלי mal ממוקם של הלסת התחתונה (איור 1). באמצעות התוכנה פילוח, פילוח של הלסת התחתונה בוצעה הפרדת ל?...

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

פרוטוקול זה מתאר את השימוש בתכנון והדפסה תלת-ממדיים לשיקום פגמים גרמיות. אנו משתמשים כלים פילוח כדי ליצור מודלים תלת-ממד ואחריו 3D תוכנה עיצוב ליצור שתלים ספציפיים לחולה למטרות שחזור במקביל לניתוח פולשני או כשלב שני.

תכנון והדפסה של שתלים ספציפיים לחולה לשיקום מומים גרמיות

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 ...

פרוטוקול זה מאפשר טיפול וירטואלי בחולים עם פגמים גרמיים ויצירת מדריך כירורגי חדשני וצלחות קיבעון. שימוש בפרוטוקול זה מאפשר ליצור ולתכנן שתלים באופן וירטואלי בהתאם למה שניתן לשימוש בחדר הניתוח בדיוק מעולה ומשך פעולה מקוצר. שתלים ספציפיים למטופל המתוכננים בפרוטוקול שלנו מבוססים על הדמיה תלת-ממדית מדויקת וכתוצאה מכך שתלים מתאימים לחלוטין ומאפשרים שחזור של אנטומיה, סימטריה ותפקוד נאותים של רקמות.פרוטוקול זה מאפשר למשתמשים לתכנן ולהדפיס מודלים או מבנים מורכבים מחומרים שונים ולבחון פרמטרים שונים כגון חוזקם או יכולתם לאפשר התחדשות עצם. למרות שתוכניות אלה ידידותיות מאוד למשתמש, לוקח זמן לשלוט בתהליך העיצוב בסיוע מחשב. סבלנות ותרגול יעזרו למשתמש להשתפר ומהר יותר.מכיוון שפרוטוקול זה מכיל שלבים רבים של תכנון וירטואלי, התבוננות בשלבים תועיל מאוד. לפילוח של הדגם המשוחזר תלת-ממד, בתוכנת הפילוח המתאימה מתפריט 'פילוח עצם', בחרו 'כללי' ולהשתמש בכלי הפלוס כדי לציין את פלח העניין ואת הכלי המינוס כדי לציין את המקטעים הלא רצויים תוך כדי גלילה ותנועה בסריקה. השתמש בלחצן קבע המאתחל את פילוח ולחץ על החל כדי ליצור את המקטע החדש.לביצוע פילוח עצם טוב, יש להשתמש במספר רב של סימונים חיוביים ושליליים במודל המשוחזר תלת-ממד. וכל שאר הנופים. לאחר השלמת הפילוח, תקן את הסימונים והוסף סימונים חדשים לדיוק טוב יותר לפי הצורך.יצא את הקבצים כקובצי STL תלת-מימד. לעיצוב שתל השחזור תלת-מימדי, ייבאו את קובצי STL לתוכנה לעיצוב תלת-מימדי ולהשתמש בכלי גילוח כדי להפריד את העצם לשני חלקים. מתפריט 'בחר הזז חימר', בחרו בכלי חימר וסמןו את אזור העניין.העתק את האזור המסומן וצור אובייקט זהה חדש ברשימת האובייקטים כדי לטפל במיקום האזור. כדי לוודא שציר הסיבוב מוגדר על החלק של העצם שתישאר באותו מיקום, בחר מיקום מחדש והגדר את ציר הסיבוב כמתוכנן. מכיוון שהגולגולת האנושית היא בעיקר סימטרית, השתמש בכלי חימר מראה לקבלת הדרכה כדי להשיג את המיקום או המיקום הנכונים של המקטע החסר או המותקף ולהגדיר את המישור במרכז הגולגולת.בהתבסס על החצי המקוף, בצע סיבוב מקטע לפי הצורך ולהשתמש בכלי הוספת חימר מתפריט בניית חימר כדי לשחזר את החלק הגרמי הפגיע. בתפריט 'עקומות', בחרו באפשרות 'צייר עקומה' ליצירת צורה החיצונית רציפה של השתל הרצוי. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המקטע ובחר שכפל כדי לשכפל את המקטע הגרמי.בעבודה במקטע המשוכפל החדש, בתפריט 'חימר מפורט' בחרו 'הבלטה עם עיקול' ליצירת עוצמת הנפח של שתל השחזור. בחר את הצורה החיצונית של השתל המשרטט והצב את הסמן בצורת עיגול בתוך השתל השרטט על פני העצם. בחר את הפרמטרים הרצויים, והכי חשוב את המרחק כדי לשלוט בעובי השתל ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המקטע המשוכפל כדי לבחור בוליאנית ולהסיר מ, ולאחר מכן בחר את האובייקט המכיל את השתל שנוצר.במקרים שעבורם נדרשים חורים עבור קיבוע בורג או אנגיוגנזה, השתמש בפונקציה Create Plane כדי ליצור מישור מקביל שבו החורים עבור הצלחת מתוכננים. כאשר המישורים ממוקמים במקביל מקסימלית לשתל, בחר עיגול בתפריט סקיצה וצור מעגלים בגודל ובמיקום הרצויים בתוך המקטע. בתפריט עקומות, השתמש באפשרות 'סקיצה של פרוייקט' כדי לייעד את הסקיצות שיועברו מהמטוס לשתל.ליצירת מפזר הנגד לברגים, בתפריט 'חימר מפורט', בחרו 'הבלטה עם עיקול' והמקם את הסמן בצורת עיגול בתוך האזור המעגלי המסומן על משטח המקטע. להשלמת החורים בתפריט משטחי משנה, השתמשו באפשרות SubD חתך תיל ליצירת מוטות בניצב לשתל. כדי ליצור את החורים באמצעות המוטות, בחר בוליאני והסר מ ובחר כל מוט ברצף, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על בוליאני, הסר מ וצור שתל ברשימת האובייקטים.ליצירת רשת שינוי בשתל, השתמשו ב'צייר עקומה' ליצירת סקיצה של רשת שינוי מתוכננת כפי שהוכח. בתפריט 'חימר מפורט' השתמשו בהבלטה עם 'תמונה עטופה' לבחירת תמונת תבנית שלאחריה תבנו את רשת שינוי. האזורים הלבנים של התמונה יופחתו וה האזורים השחורים יישארו.התאם ידנית את הכיוון והגודל של העיצוב והגדר את עובי שנוצר ולאחר מכן לחץ על החל. השתל הספציפי למטופל יהיה מוכן לייצור. תמונות אלה התקבלו ממטופלת בת 40 עם לוחית קיבוע שחזור שבורה שסופקה על ידי מלאי מפציעה קודמת ושבר אי-איחוד בגוף השמאלי של הלסת התחתונה שלה.פילוח הלסת התחתונה בוצע כפי שהוכח כדי להפריד את לוחית קיבעון שבור. באמצעות תוכנת עיצוב תלת-מימדית, המקטע השמאלי של ה- mandible היה ממוקם מחדש למיקום האנטומי הנכון. שיקוף של הצד הימני הבריא בוצע כדי לאפשר שחזור נכון של העצם החסרה.לאחר מכן ניתן לתכנן את השתל הספציפי למטופל, כולל חורים לברגים מקובעים. רשת תוכננה לאפשר מיקום נוסף של השתלת עצם, בהתאם לקווי המתאר הנכונים של הלסת המבוססים על הצד הבריא ולאפשר אנגיוגנזה מעולה דרך החורים ברשת. השתל המודפס מטיטניום באמצעות טכנולוגיית sintering לייזר סלקטיבית ותוצאות לאחר הניתוח ניתן לראות בתמונות אלה.שימו לב להמשכיות הלסת התחתונה, למיקום האנכי הנכון של קטע הלסת התחתונה השמאלית ולסימטריה בקווי המתאר של הגוף ששוחזרה באמצעות השתל הספציפי למטופל כקווי המתאר החיצוניים ושתל עצם סמל איליאק למילוי החללים. בעת תכנון השתל הספציפי למטופל, שקול את התכנון של צלחת בגודל מינימלי כי הוא חזק מספיק כדי לאפשר כוחות נושאי עומס תוך עמידה כוחות גיזום ומומנט. שתלים ספציפיים למטופל יכולים גם להיות מתוכננים עבור cranioplasty, הליכים אורתופדיים, עשוי לשמש פוטנציאל לעיצוב של רקמות רכות בכל האיברים.פרוטוקול זה מאפשר כיום תכנון שתלים חדשניים לניתוחים ומחקרים ועשוי בסופו של דבר להקל על הדפסה ביולוגית של שתלים והתחדשות חומרים זרים.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

צינור אינטגרצית תמונת 3D Multimodality ותכנון בסיוע מחשב בכירורגיה אפילפסיה

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

הערכה פוסט-אופרטיבית מנחה לשחזור בסיוע ממוחשב של הלסת התחתונה

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

Multicolor 3D הדפסה של גידולים בתוך-גולגולתי מורכב בנוירוכירורגיה

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

שילוב מציאות רבודה והדפסה 3D כדי להציג מודלים החולה על הטלפון החכם

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

טיפול מומים פנים באמצעות תכנון תלת-ממד והדפסה של שתלים ספציפיים למטופל

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

בדיקות וניתוח ביוטריבולוגי של סחוס ארטיקולר מחליק נגד מתכת עבור שתלים

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

פיתוח והערכה של פאנטום לב וכלי דם בהדפסה תלת-ממדית לתכנון והדרכה התערבותיים

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

שילוב של הדפסה תלת-ממדית ואלקטרוספינינג לייצור עלוני מסתם לב ביומימטיים

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

מודל הדפסה תלת מימדית של החוליה המותנית הספציפית של המטופל

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 

מודל דיגיטלי תלת ממדי לאבחון וטיפול בגושים ריאתיים

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