Name: 3d planning and printing of patient specific implants for reconstruction of bony defects
Uploaded: 2020-08-04T13:00:00
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Per questo lavoro non è stato ricevuto alcun finanziamento.

Questo studio ha seguito la Dichiarazione di Helsinki sul protocollo medico e l'etica e il Comitato di revisione etica istituzionale ha approvato lo studio.
1. Segmentazione mediante un software di segmentazione
NOTA: il processo di importazione dei file DICOM richiede l'orientamento dei piani assiali, coronali e sagittali nella finestra pop-up per completare l'impostazione.
<ol><li>Nel menu Segmentazione ossa, scegliete la funzione Genera...

<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>

Con il costante sviluppo dell'uso dei computer per la pianificazione virtuale delle procedure chirurgiche, la combinazione con un'altra tecnologia in via di sviluppo, la stampa 3D, ha portato a una nuova era di trattamento chirurgico. L'accuratezza è l'obiettivo di queste tecnologie e la cura specifica del paziente, come obiettivo futuro, è presentato sotto forma di guide chirurgiche e impianti di ricostruzione specifici del paziente. Discutiamo guide chirurgiche come parte di un protocollo futuro diverso. Nel protocol...

La medicina personalizzata si sta sviluppando rapidamente in molti campi della medicina1. Il trattamento oncologico personalizzato è oggetto di molte discussioni e quindi è ben noto alla popolazione generale. La stampa 3D è stata introdotta per la prima volta da Charles Hull che mostra la stampa 3D di oggetti utilizzando la stereolitografia2. Da allora, sono state sviluppate diverse tecnologie per la stampa 3D. Il metodo utilizzato viene selezionato in base allo scopo del dispositivo.
Il campo chirurgico sta rapidamente abbracciando la medicina personalizzata. Il trattamento personalizzato in campo chirurgico richiede una pianificazione virtuale mediante un software CAD (Computer-Assisted Design). La prima fase include sempre la segmentazione per creare un file stl 3D. La produzione assistita da computer (CAM) è indicata come il processo di produzione della parte progettata in 3D. Il primo utilizzo della tecnologia è stato utilizzato nella stampa di modelli pre-operatori per la pianificazione chirurgica e la chirurgiasimulata 3,4,5. Con lo sviluppo della tecnologia, la pianificazione virtuale degli interventi chirurgici seguita dalla pianificazione e produzione di guide chirurgiche per assistere nella chirurgia stessa e gli impianti di ricostruzione specifici del paziente montati perfettamente sull'osso del paziente è diventato più popolare6,7,8,9,10. Lo scopo di questo protocollo è quello di fornire ai medici la possibilità di creare le proprie guide chirurgiche e la ricostruzione di impianti specifici per i pazienti. Questo metodo è più preciso rispetto all'utilizzo di piastre di riserva perché si adatta perfettamente e può essere progettato in base alle caratteristiche del difetto specifico. Riduce anche la dipendenza dall'esperienza del chirurgo e riduce i tempi di funzionamento.

<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

Siamo nel bel mezzo dell'era 3D nella maggior parte degli aspetti della vita, e soprattutto in medicina. La disciplina chirurgica è uno dei principali attori in campo medico utilizzando le capacità di pianificazione e stampa 3D in costante sviluppo. La progettazione assistita da computer (CAD) e la produzione assistita da computer (CAM) vengono utilizzate per descrivere la pianificazione e la produzione 3D del prodotto. La progettazione e la produzione di guide chirurgiche 3D e impianti di ricostruzione viene eseguita quasi esclusivamente dagli ingegneri. Man mano che la tecnologia avanza e le interfacce software diventano più facili da usare, si pone una questione relativa alla possibilità di trasferire la pianificazione e la produzione al medico. Le ragioni di un tale cambiamento sono chiare: il chirurgo ha l'idea di ciò che vuole progettare, e sa anche cosa è fattibile e potrebbe essere utilizzato in sala operatoria. Gli permette di essere preparato a qualsiasi scenario/risultati inaspettati durante l'operazione e permette al chirurgo di essere creativo ed esprimere le sue nuove idee utilizzando il software CAD. Lo scopo di questo metodo è quello di fornire ai medici la possibilità di creare le proprie guide chirurgiche e impianti di ricostruzione. In questo manoscritto, un protocollo dettagliato fornirà un metodo semplice per la segmentazione utilizzando il software di segmentazione e la pianificazione degli impianti utilizzando un software di progettazione 3D. Dopo la segmentazione e la produzione di file stl utilizzando un software di segmentazione, il medico potrebbe creare una semplice piastra di ricostruzione specifica del paziente o una piastra più complessa con una culla per il posizionamento dell'innesto osseo. Le guide chirurgiche possono essere create per una resezione accurata, la preparazione dei fori per un corretto posizionamento della piastra di ricostruzione o per la raccolta e il ri-contouring dell'innesto osseo. Un caso di ricostruzione della mandibola dopo la frattura della piastra e la guarigione non sindacale di un trauma subita lesioni è dettagliato.

Una paziente di 40 anni con una frattura, magazzino fornito, piastra di fissaggio ricostruzione da un infortunio precedente e una frattura non sindacale nel corpo sinistro della mascella inferiore presentato al reparto. L'imaging mostra la piastra di fissaggio rotta e il segmento sinistro mal posizionato della mascella inferiore (Figura 1). Utilizzando il software di segmentazione, è stata eseguita la segmentazione della mandibola separando la piastra di fis...

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

Questo protocollo descrive l'uso della pianificazione e della stampa 3D per la ricostruzione di difetti ossei. Utilizziamo strumenti di segmentazione per creare modelli 3D seguiti da un software di progettazione 3D per creare impianti specifici per il paziente a scopo di ricostruzione con compositivi alla chirurgia ablativa o come secondo stadio.

Pianificazione 3D e stampa di impianti specifici per il paziente per la ricostruzione di difetti di bony

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 ...

Questo protocollo consente il trattamento virtuale dei pazienti con difetti ossei e la creazione di nuove piastre chirurgiche di guida e fissazione. L'utilizzo di questo protocollo consente di creare e progettati virtualmente gli impianti in base a ciò che è fattibile per l'uso in sala operatoria con una precisione superiore e una durata del funzionamento ridotta. Gli impianti specifici per il paziente progettati con il nostro protocollo si basano su un'accurata imaging 3D che si traduce in impianti perfettamente adatti e consente il ripristino di anatomia, simmetria e funzione dei tessuti adeguati.Questo protocollo consente agli utenti di progettare e stampare modelli o strutture complessi da materiali diversi e di esaminare diversi parametri come la loro forza o capacità di consentire la rigenerazione ossea. Sebbene questi programmi siano molto facili da usare, ci vuole tempo per padroneggiare il processo di progettazione assistito da computer. Pazienza e pratica aiuteranno l'utente a migliorare e più velocemente.Poiché questo protocollo contiene molti passaggi di pianificazione virtuale, osservare le fasi sarà estremamente utile. Per la segmentazione del modello ricostruito in 3D, nel software di segmentazione appropriato nel menu Segmentazione ossea, selezionate Generale (General) e utilizzate lo strumento più per indicare il segmento di interesse e lo strumento meno per indicare i segmenti indesiderati durante lo scorrimento e lo spostamento attraverso la scansione. Utilizzare il pulsante Imposta che avvia la segmentazione e fare clic su Applica per creare il nuovo segmento.Per eseguire una buona segmentazione ossea, un gran numero di marcature positive e negative dovrebbero essere utilizzate nel modello ricostruito in 3D. e tutte le altre opinioni. Al termine della segmentazione, correggere le marcature e aggiungerne di nuove per una migliore precisione, se necessario.Esportare i file come file 3D STL. Per progettare l'impianto di ricostruzione 3D, importare i file STL nel software di progettazione 3D e utilizzare lo strumento Rasatura per separare l'osso in due parti. Dal menu Seleziona argilla spostata (Select Move Clay), selezionate lo strumento Argilla (Clay) e segnate la regione di interesse.Copiare l'area contrassegnata e creare un nuovo oggetto identico nell'elenco degli oggetti per modificare la posizione dell'area. Per assicurarsi che l'asse di rotazione sia impostato sulla parte dell'osso che rimarrà nella stessa posizione, selezionate Riposiziona e impostate l'asse di rotazione come pianificato. Poiché il cranio umano è per lo più simmetrico, utilizzare lo strumento Argilla specchio per ottenere il corretto posizionamento o posizionamento del segmento mancante o malposizionato e impostare il piano al centro del cranio.In base alla metà specchiata, eseguire la rotazione del segmento in base alle esigenze e utilizzare lo strumento Aggiungi argilla del menu Costruisci argilla per ricostruire la parte ossea avvolta. Nel menu Curve (Curves), selezionate l'opzione Disegna curva (Draw Curve) per creare una forma esterna continua dell'impianto desiderato. Fate clic con il pulsante destro del mouse sul segmento e selezionate Duplica (Duplicate) per duplicare il segmento osseo.Lavorando nel nuovo segmento duplicato, nel menu Argilla dettaglio (Detail Clay) selezionate Rilievo con curva (Emboss with Curve) per creare il volume dell'impianto di ricostruzione. Selezionare la forma esterna dell'impianto di sketch e posizionare il cursore a forma di cerchio all'interno dell'impianto di sketch sulla superficie dell'osso. Selezionare i parametri desiderati, soprattutto la distanza per controllare lo spessore dell'impianto e fare clic con il pulsante destro del mouse sul segmento duplicato per selezionare Boolean e Remove From, quindi selezionare l'oggetto contenente l'impianto creato.Nei casi per i quali sono necessari fori per la fissazione delle viti o l'angiogenesi, utilizzate la funzione Crea piano (Create Plane) per creare un piano parallelo in cui sono progettati i fori per la piastra. Quando i piani sono posizionati nel massimo parallelismo con l'impianto, selezionate un cerchio nel menu Sketch e create cerchi delle dimensioni e della posizione desiderate all'interno del segmento. Nel menu Curve (Curves), utilizzate l'opzione Sketch progetto (Project Sketch) per designare gli schizzi da trasferire dal piano all'impianto.Per generare la sagomata per le viti, nel menu Argilla dettaglio (Detail Clay), selezionate Rilievo con curva (Emboss with Curve) e posizionate il cursore a forma di cerchio all'interno dell'area circolare contrassegnata sulla superficie del segmento. Per completare i fori nel menu Superfici sottod (SubD Surfaces), utilizzate l'opzione SubD taglio filo (Wire Cut SubD) per creare aste perpendicolari all'impianto. Per creare i fori utilizzando le aste, selezionate Boolean e Rimuovi da (Remove From) e selezionate ogni asta in successione, facendo clic con il pulsante destro del mouse su Boolean, Rimuovi da (Remove From) e Crea impianto (Create An Implant) nell'elenco degli oggetti.Per creare una mesh nell'impianto, utilizzate Disegna curva (Draw Curve) per generare uno schizzo della mesh pianificata come dimostrato. Nel menu Argilla dettagli (Detail Clay), utilizzate Rilievo con immagine avvolta (Emboss with Wrapped Image) per selezionare un'immagine modello dopo la quale verrà progettata la mesh. Le aree bianche dell'immagine verranno sottratte e le aree nere rimarranno.Regolare manualmente la direzione e le dimensioni del progetto e impostare lo spessore del generato, quindi fare clic su Applica. L'impianto specifico del paziente sarà quindi pronto per la produzione. Queste immagini sono state ottenute da una paziente di 40 anni con una piastra di fissazione della ricostruzione fornita da un precedente infortunio e una frattura nonione nel corpo sinistro della mascella inferiore.La segmentazione della mascella inferiore è stata eseguita come dimostrato per separare la piastra di fissazione rotta. Utilizzando il software di progettazione 3D, il segmento sinistro della mattiere è stato riposizionato nella corretta posizione anatomica. Il mirroring del lato sano destro è stato eseguito per consentire una corretta ricostruzione dell'osso mancante.L'impianto specifico del paziente potrebbe quindi essere progettato, compresi i fori per le viti di fissaggio. Una rete è stata progettata per consentire un ulteriore posizionamento dell'innesto osseo, in base al corretto contorno della mascella in base al lato sano e per consentire un'angiogenesi superiore attraverso i fori nella rete. L'impianto stampato in titanio utilizzando la tecnologia di sinterizzazione laser selettiva e i risultati postoperatori possono essere osservati in queste immagini.Si noti la continuità della mascella inferiore, la corretta posizione verticale del segmento della mascella inferiore sinistra e la simmetria nel contorno del corpo che è stata ricostruita utilizzando l'impianto specifico del paziente come contorno esterno e un innesto osseo cresta iliaca per riempire i vuoti. Quando si progetta l'impianto specifico del paziente, considerare la pianificazione di una piastra di dimensioni minime abbastanza forte da consentire forze portanti resistendo alle forze di taglio e coppia. Gli impianti specifici del paziente possono anche essere progettati per cranioplastica, procedure ortopediche e possono essere potenzialmente utilizzati per la progettazione di tessuti molli in tutti gli organi.Questo protocollo attualmente consente la pianificazione di nuovi impianti per interventi chirurgici e studi di ricerca e può eventualmente facilitare la biostampa implantare e la rigenerazione di materiali estranei.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Una pipeline per il 3D multimodalità integrazione di immagini e progettazione assistita da computer in chirurgia dell&#39;epilessia

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

Ricerca

Medicina

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

Una linea guida di valutazione postoperatoria per la ricostruzione assistita dal computer della mandibola

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

Stampa 3D multicolore di tumori intracranici complessi in neurochirurgia

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

Combinazione di realtà aumentata e stampa 3D per visualizzare i modelli di paziente su uno smartphone

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

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Trattamento delle deformità facciali mediante pianificazione 3D e stampa di impianti specifici per il paziente

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Test biotribologici e analisi della cartilagine articolare scivolando contro il metallo per impianti

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

Sviluppo e valutazione di fantasmi cardiovascolari stampati in 3D per la pianificazione e la formazione interventistica

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

Combinazione di stampa 3D ed elettrofilatura per la produzione di volantini biomimetici per valvole cardiache

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Modello di stampa 3D della vertebra lombare specifica di un paziente

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 

Un modello digitale 3D per la diagnosi e il trattamento dei noduli polmonari

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