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

この仕事のための資金は受け取られなかった。

この研究は、医療プロトコルと倫理に関するヘルシンキ宣言に続き、制度倫理審査委員会は研究を承認した。
1. セグメンテーションソフトウェアによるセグメンテーション
注: DICOM ファイルのインポート プロセスでは、セットアップを完了するためにポップアップ ウィンドウの軸、冠状および矢状平面の方向が必要です。
<ol><li>[ボーン セ?...

<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>

外科手術の仮想計画のためのコンピュータの絶え間ない開発の使用と、別の発展途上の技術、3D印刷との組み合わせは、外科的処置の全く新しい時代につながった。精度は、これらの技術と患者固有のケアの目標であり、将来の目標として、外科ガイドおよび患者固有の再建インプラントの形で提示される。私たちは、別の将来のプロトコルの一部として外科ガイドを議論します。現在のプ?...

個別化医療は医学の多くの分野で急速に発展しています1.オンコロジックのパーソナライズされた治療は、多くの議論の対象であり、したがって、一般の人々によく知られています。3D 印刷は、最初に、ステレオリソグラフィ2を使用してオブジェクトの 3D 印刷を示すチャールズ ハルによって導入されました。それ以来、3Dプリンティング用の異なる技術が開発されました。使用される方法は、デバイスの目的に基づいて選択されます。
外科分野は急速に個人化された医学を受け入れている。外科分野での個別の治療はコンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアを使用して仮想計画を必要とする。最初のステージには、常にセグメンテーションが含まれ、3D stl ファイルを作成します。コンピュータ支援製造(CAM)は、3D設計部品の製造プロセスと呼ばれます。この技術の最初の利用は、手術計画と模擬手術33、4、54,5のための術前モデル印刷に使用されました。技術の発展に伴い、手術の仮想計画は手術自体を支援する外科ガイドの計画と製造に続き、患者の骨に完全に取り付けられた患者固有の再建インプラントは66、7、8、9、107,8,9,10より人気となった。このプロトコルの目的は、臨床医に独自の外科ガイドと再建患者固有のインプラントを作成する能力を提供することです。この方法は、完全にフィットし、特定の欠陥の特性に基づいて設計することができるので、ストックプレートを使用するよりも正確です。また、外科医の経験への依存を減らし、手術時間を短縮します。

<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

私たちは、人生のほとんどの側面、特に医学において、3D時代の真っ只中にあります。外科分野は、常に開発3Dの計画と印刷能力を使用して医療分野の主要なプレーヤーの一つです。コンピュータ支援設計(CAD)およびコンピュータ支援製造(CAM)は、製品の3D計画と製造を記述するために使用されます。3D外科ガイドと再建インプラントの計画と製造は、エンジニアによってほぼ独占的に行われます。技術の進歩とソフトウェアインターフェイスがよりユーザーフレンドリーになるにつれて、それは臨床医に計画と製造を転送する可能性に関する疑問を提起します。このようなシフトの理由は明らかです:外科医は彼が設計したいもののアイデアを持っており、彼はまた、実行可能であり、手術室で使用することができるものを知っています。手術中のシナリオ/予期しない結果に備えることができ、外科医は創造的であり、CADソフトウェアを使用して彼の新しいアイデアを表現することができます。この方法の目的は、臨床医に独自の外科用ガイドおよび再建インプラントを作成する能力を提供することです。本稿では、詳細なプロトコルにより、セグメンテーションソフトウェアを用いたセグメンテーションと3D設計ソフトウェアを用いたインプラント計画のための簡単な方法を提供する。セグメンテーションソフトウェアを使用したセグメンテーションおよびstlファイルの生産に続いて、臨床医は、単純な患者固有の再建プレートまたは骨移植片の位置のためのクレードルを備えたより複雑なプレートを作成することができます。外科ガイドは正確な切除、適切な再建の版の位置のための穴の準備、または骨の接木の収穫および輪郭のための作成することができる。損傷が持続した外傷のプレート骨折および非ユニオン治癒後の下顎再建の症例が詳述される。

40歳の女性患者は、以前の怪我から壊れた、ストック供給された、再建固定プレートと彼女の下顎の左の体の非組合骨折を部門に提示した。画像化は、壊れた固定板と下顎の不整合左セグメントを示す(図1)。セグメンテーションソフトウェアを使用して、下顎のセグメンテーションを、壊れた固定板を分離して行った(補足図1および<...

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

このプロトコルは骨の欠陥の再建のための3D計画および印刷の使用を記述する。セグメンテーションツールを使用して3Dモデルを作成し、その後に3D設計ソフトウェアを作成し、アブレーション手術や第2段階に付随する再建目的で患者固有のインプラントを作成します。

骨の欠陥の再構築のための患者特有のインプラントの3D計画と印刷

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 ...

このプロトコルは骨の欠陥を有する患者の仮想処置および新しい外科ガイドおよび固定板の作成を可能にする。このプロトコルを使用すると、インプラントを、優れた精度と短縮された手術時間で手術室で使用することが可能なものに応じて、事実上作成および設計することができます。当社のプロトコルで計画された患者固有のインプラントは、正確な3Dイメージングに基づいており、インプラントを完全にフィッティングし、適切な組織解剖学、対称性、機能の回復を可能にします。このプロトコルを使用すると、複雑なモデルや構造を異なる材料から設計および印刷したり、骨の再生を可能にする強度や能力などの異なるパラメータを調べることができます。これらのプログラムはユーザーフレンドリーですが、コンピュータ支援設計プロセスを習得するには時間がかかります。忍耐と練習は、ユーザーが、より速く、より良くなるのに役立ちます。このプロトコルには仮想計画の多くのステップが含まれているため、ステージを観察することは非常に役立ちます。3D 再構築モデルのセグメンテーションの場合は、[ボーン セグメンテーション] メニューの該当するセグメンテーション ソフトウェアで、[全般] を選択し、プラス ツールを使用して目的のセグメントを示し、マイナスツールを使用して、スキャンをスクロールして移動しながら不要なセグメントを示します。セグメンテーションを開始する[設定]ボタンを使用し、[適用]をクリックして新しいセグメントを作成します。良好なボーンセグメンテーションを実行するには、3D 再構築モデルで多数の正と負のマーキングを使用する必要があります。その他すべてのビューを表示します。セグメンテーションが完了したら、マーキングを修正し、必要に応じて正確性を高めるため、新しいマーキングを追加します。ファイルを STL 3D ファイルとしてエクスポートします。3D再構成インプラントを設計するには、STLファイルを3D設計ソフトウェアにインポートし、シェーるツールを使用して骨を2つの部分に分けます。[クレイを選択]メニューから[クレイ]ツールを選択し、対象領域をマークします。マークされた領域をコピーし、オブジェクト リストに新しい同一オブジェクトを作成して、領域の位置を操作します。同じ位置に残るボーンの部分に回転軸が設定されていることを確認するには、[位置変更]を選択し、回転軸を計画通りに設定します。人間の頭蓋骨はほとんど対称であるため、ミラークレイツールを使用して、欠落または位置がずれたセグメントの正しい位置または配置を取得し、頭蓋骨の中心に平面を設定します。ミラー化された半分に基づいて、必要に応じてセグメントの回転を実行し、[コンストラクト クレイ]メニューの[粘土を追加]ツールを使用して、アウルズされた骨の部分を再構築します。カーブメニューで、曲線を描画オプションを選択して、目的のインプラントの連続した外側の形状を作成します。セグメントを右クリックし、[複製]を選択して、骨セグメントを複製します。新しい複製セグメントで作業する詳細クレイメニューで、カーブ付きエンボスを選択して、再構築インプラントの容積を作成します。スケッチされたインプラントの外側の形態を選択し、骨の表面にスケッチされたインプラントの中に円の形をしたカーソルを置きます。必要なパラメータ、最も重要なのはインプラントの厚さを制御する距離を選択し、複製されたセグメントを右クリックして[ブール値]と[削除]を選択し、作成したインプラントを含むオブジェクトを選択します。ねじ固定または血管形成のための穴が必要な場合は、平面作成機能を使用して、プレートの穴が設計された平行平面を作成します。平面がインプラントに対して最大並列で配置されている場合は、[スケッチ]メニューで円を選択し、セグメント内の希望するサイズと位置の円を作成します。カーブメニューで、平面からインプラントに転送するスケッチを指定するには、プロジェクトスケッチオプションを使用します。ねじのカウンターシンクを生成するには、[詳細クレイ]メニューで[カーブ付きエンボス]を選択し、セグメントサーフェス上のマークされた円形領域の内側に円形状のカーソルを配置します。サブサーフェスメニューの穴を完成するには、ワイヤカット SubD オプションを使用して、インプラントに垂直なロッドを作成します。ロッドを使用して穴を作成するには、[ブール]および[削除元]を選択し、オブジェクトリストで[ブール]、[から除去]、[インプラントを作成]を右クリックして、各ロッドを連続して選択します。インプラントでメッシュを作成するには、図のようにカーブの描画を使用して計画メッシュのスケッチを生成します。[詳細クレイ]メニューでは、ラップされたイメージとエンボスを使用して、メッシュをデザインするテンプレートイメージを選択します。画像の白い領域が減算され、黒い領域が残ります。手動で設計の方向とサイズを調整し、生成された厚さを設定して、[適用]をクリックします。患者特有のインプラントはそれから生産の準備ができている。これらの画像は、以前の傷害から壊れたストック供給の再建固定プレートと彼女の下顎の左の体の非ユニオン骨折を持つ40歳の女性患者から得られた。下顎のセグメンテーションは、壊れた固定板を分離するために実証されるように行われた。3D設計ソフトウェアを使用して、下顎の左側のセグメントを正しい解剖学的位置に再配置しました。右健康側のミラーリングを行い、欠損した骨の適切な再建を可能とした。患者特有のインプラントは、固定ねじのための穴を含む設計することができる。メッシュは、健康な側に基づいて顎の適切な輪郭に従って、追加の骨移植片の配置を可能にし、メッシュの穴を通して優れた血管新生を可能にするように設計されました。選択的レーザー焼結技術と術後の結果を用いてチタンから印刷されたインプラントは、これらの画像で観察することができる。下顎の連続性、左下顎セグメントの正しい垂直位置および外輪として患者固有のインプラントを使用して再構築されたボディ輪郭における対称性および空隙を満たす腸骨堤骨移植片に注意する。患者固有のインプラントを設計する場合、せん断力とトルク力に耐えながら耐荷重を可能にするほど強い最小サイズのプレートの計画を検討してください。患者固有のインプラントはまた、耳膜形成、整形外科手術のために設計することができ、潜在的にすべての器官の軟部組織の設計に使用することができる。このプロトコルは現在、手術や研究のための新しいインプラントの計画を可能にし、最終的にインプラントバイオプリンティングと異物再生を容易にする可能性があります。

Research

JoVE Journal

Medicine

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

てんかん手術における3Dマルチモダリティ画像の統合とコンピュータ支援計画のためのパイプライン

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

コンピュータ支援型下述者再建のための術後評価ガイドライン

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

脳神経外科における複雑頭蓋内腫瘍の多色3D印刷

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

拡張現実と3Dプリンティングを組み合わせてスマートフォンに患者モデルを表示

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

患者固有インプラントの3D計画・印刷による顔面変形の治療

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

インプラント用金属に対する関節軟骨滑走の生物化学検査と分析

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

介入計画と訓練のための3Dプリント心血管ファントムの開発と評価

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

3Dプリンティングとエレクトロスピニングを組み合わせて、生体模倣心臓弁リーフレットを製造

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

患者の特定の腰椎の3Dプリントモデル

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 

肺結節の診断と治療のための3Dデジタルモデル

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