Name: 3d planning and printing of patient specific implants for reconstruction of bony defects
Uploaded: 2020-08-04T13:00:00
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이 연구는 의료 프로토콜과 윤리에 헬싱키의 선언을 따라 기관 윤리 검토 위원회는 연구를 승인했다.
1. 세분화 소프트웨어를 사용하여 세분화
참고: DICOM 파일의 가져오기 프로세스는 팝업 창에서 축, 관상 및 처진 평면의 방향이 필요하므로 설정을 완료합니다.
<ol><li>골격 세분화 메뉴에서 일반 피쳐를 선택합니다. 관심 세그먼...

<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>

수술 절차의 가상 계획에 대한 컴퓨터의 지속적인 개발 사용으로, 다른 개발 기술과 의 결합, 3D 프린팅, 외과 치료의 완전히 새로운 시대로 이어졌다. 정확도는 이러한 기술과 환자 특정 치료의 목표이며, 미래의 목표로 외과 가이드 및 환자 특정 재건 임플란트의 형태로 제시됩니다. 우리는 다른 미래 프로토콜의 일환으로 수술 가이드를 논의합니다. 현재 프로토콜에서는 DICOM 이미지를 모델로 인...

개인화된 약은 많은 분야에서 빠르게 발전하고 있습니다1. 종양학적 개인화 된 치료는 많은 논의의 주제이며, 따라서 일반 인구에 잘 알려져있다. 3D 프린팅은 찰스 헐이 스테레오리소그래피2를사용하여 물체의 3D 프린팅을 보여주는 처음 도입되었습니다. 그 이후로 3D 프린팅에 대한 다양한 기술이 개발되었습니다. 사용되는 방법은 장치의 목적에 따라 선택됩니다.
수술 분야는 빠르게 개인화 된 약을 포용하고 있습니다. 수술 분야에서 개인화 된 치료는 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용하여 가상 계획이 필요합니다. 첫 번째 단계에서는 항상 3D stl 파일을 만드는 세분화가 포함됩니다. 컴퓨터 보조 제조(CAM)는 3D 설계 부품의 제조 공정이라고 합니다. 기술의 첫 번째 활용은 수술 계획 및 모의,수술3,4,45를위한 수술 전 모형 인쇄에 사용되었다. 기술의 발달과 함께 수술자체와 환자의 뼈에 완벽하게 장착된 환자 특이적 재건 임플란트를 지원하기 위해 수술 가이드의 계획 및 제조에 이어수술의가상 계획이6,7,,8,,9,,10으로인기를 끌었다. 이 프로토콜의 목적은 임상의에게 자신의 수술 가이드를 만들고 환자 특정 임플란트를 재건 할 수있는 능력을 제공하는 것입니다. 이 방법은 스톡 플레이트를 사용하는 것보다 더 정확하며, 이는 완벽하게 맞으며 특정 결함의 특성에 따라 설계될 수 있기 때문입니다. 또한 외과 의사의 경험에 대한 의존도를 줄이고 수술 시간을 줄입니다.

<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

우리는 삶의 대부분의 측면, 특히 의학에서 3D 시대의 한가운데에 있습니다. 외과 훈련은 지속적으로 개발 3D 계획 및 인쇄 기능을 사용하여 의료 분야의 주요 선수 중 하나입니다. 컴퓨터 지원 설계(CAD) 및 컴퓨터 보조 제조(CAM)는 제품의 3D 계획 및 제조를 설명하는 데 사용됩니다. 3D 수술 가이드및 재건 임플란트의 계획 및 제조는 엔지니어에 의해 거의 독점적으로 수행됩니다. 기술 발전과 소프트웨어 인터페이스가 사용자 친화적으로 발전함에 따라 계획 및 제조를 임상의에게 이전할 가능성에 대한 의문이 제기됩니다. 이러한 변화에 대한 이유는 분명하다 : 외과 의사는 그가 설계하고자하는 것을 생각하고, 그는 또한 가능한 것을 알고 수술실에서 사용할 수 있습니다. 수술 중 시나리오/예기치 않은 결과에 대비할 수 있으며 외과 의사가 창의적이고 CAD 소프트웨어를 사용하여 새로운 아이디어를 표현할 수 있습니다. 이 방법의 목적은 임상의에게 자신의 수술 가이드와 재건 임플란트를 만들 수있는 능력을 제공하는 것입니다. 이 원고에서는 상세한 프로토콜이 3D 설계 소프트웨어를 사용하여 세분화 소프트웨어 및 임플란트 계획을 사용하여 세분화하는 간단한 방법을 제공합니다. 세분화 소프트웨어를 사용하여 세분화 및 stl 파일 생산에 따라 임상의는 뼈 이식 위치 지정을위한 요람이있는 간단한 환자 특정 재구성 플레이트 또는 보다 복잡한 플레이트를 만들 수 있습니다. 수술 가이드는 정확한 절제술, 적절한 재건 플레이트 포지셔닝을위한 구멍 준비 또는 뼈 이식 수확 및 재 윤곽을 위해 만들 수 있습니다. 플레이트 골절 과 외상 의 비 조합 치유 에 따라 하부 턱 재건의 경우 지속적인 부상.

부러진, 재고 공급, 이전 부상에서 재건 고정 플레이트와 부서에 제시 그녀의 아래턱의 왼쪽 몸에 비 조합 골절을 가진 40 세 여성 환자. 이미징은 부러진 고정 플레이트와 아래턱의 왼쪽 세그먼트를나타낸다(도 1). 세분화 소프트웨어를 사용하여, 하부 턱의 분할은 깨진 고정 플레이트(보충 도 1 및 보충 도 2)를분리 수행하였?...

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

이 프로토콜은 뼈 결함의 재건을 위한 3D 계획 및 인쇄의 사용을 설명합니다. 당사는 세분화 도구를 사용하여 3D 모델을 만든 다음 3D 설계 소프트웨어를 사용하여 복종 수술또는 제2단계와 수반되는 재건 목적으로 환자 특정 임플란트를 만듭니다.

뼈 결함의 재건을위한 환자 특정 임플란트의 3D 계획 및 인쇄

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 ...

이 프로토콜은 뼈 결점을 가진 환자의 가상 처리 및 새로운 외과 가이드 및 고정 플레이트의 창조를 허용합니다. 이 프로토콜을 사용하면 우수한 정확도와 작동 시간이 단축된 수술실에서 사용할 수 있는 것에 따라 임플란트를 사실상 만들고 설계할 수 있습니다. 프로토콜로 계획된 환자 별 임플란트는 정확한 3D 이미징을 기반으로 하여 임플란트에 완벽하게 맞고 적절한 조직 해부학, 대칭 및 기능의 복원을 가능하게 합니다.이 프로토콜을 사용하면 서로 다른 재료의 복잡한 모델이나 구조를 설계 및 인쇄하고 강도 또는 뼈 재생을 허용하는 능력과 같은 다양한 매개 변수를 검사할 수 있습니다. 이러한 프로그램은 매우 사용자 친화적이지만 컴퓨터 지원 설계 프로세스를 마스터하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다. 인내와 연습은 사용자가 더 빠르고 빨리 얻을 도움이 될 것입니다.이 프로토콜에는 가상 계획의 여러 단계가 포함되어 있기 때문에 단계를 관찰하는 것이 매우 유용합니다. 3D 재구성 된 모델의 세분화의 경우 Bone 세분화 메뉴 아래에 있는 적절한 세분화 소프트웨어에서 일반을 선택하고 플러스 도구를 사용하여 관심 세그먼트와 마이너스 도구를 사용하여 스캔을 스크롤하고 이동하는 동안 원치 않는 세그먼트를 나타냅니다. 세분화를 시작하고 적용을 클릭하여 새 세그먼트를 만드는 설정 단추를 사용합니다.좋은 뼈 세분화를 수행하려면 3D 재구성 모델에 많은 수의 양수 및 음수 표시를 사용해야 합니다. 그리고 다른 모든 보기. 세분화가 완료되면 표시를 수정하고 필요에 따라 더 나은 정확도를 위해 새 표시를 추가합니다.파일을 STL 3D 파일로 내보냅니다. 3D 재구성 임플란트를 설계하려면 STL 파일을 3D 설계 소프트웨어로 가져오고 면도 도구를 사용하여 골격을 두 부분으로 분리합니다. 클레이 이동 선택 메뉴에서 클레이 도구를 선택하고 관심 영역을 표시합니다.표시된 영역을 복사하고 개체 목록에서 새 동일한 개체를 만들어 영역의 위치를 조작합니다. 회전 축이 동일한 위치에 유지되는 골격 부분에 설정되어 있는지 확인하려면 재배치를 선택하고 회전 축을 계획대로 설정합니다. 인간의 두개골은 대부분 대칭이기 때문에 미러 클레이 도구를 사용하여 누락되거나 배치된 세그먼트의 올바른 위치 또는 배치를 얻고 비행기를 두개골 중앙에 놓습니다.미러하프를 기준으로 필요에 따라 세그먼트 회전을 수행하고 구조 점토 메뉴의 클레이 추가 도구를 사용하여 avulsed bony 부분을 재구성합니다. 곡선 메뉴에서 그리기 곡선 옵션을 선택하여 원하는 임플란트의 연속 외형 모양을 만듭니다. 세그먼트를 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고 복제본을 선택하여 뼈 세그먼트를 복제합니다.세부 점토 메뉴에서 새로운 중복 세그먼트에서 작업하면 곡선이 있는 엠보스를 선택하여 재구성 임플란트의 볼륨을 만듭니다. 스케치된 임플란트의 바깥 쪽 형태를 선택하고 스케치된 임플란트 내부에 원 모양의 커서를 뼈 표면에 놓습니다. 원하는 매개 변수를 선택, 가장 중요한 것은 임플란트의 두께를 제어하고 부울과 제거를 선택하기 위해 중복 세그먼트를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 생성된 임플란트를 포함하는 물체를 선택합니다.나사 고정 또는 혈관 신생을 위한 구멍이 필요한 경우 평면 만들기 함수를 사용하여 플레이트의 구멍이 설계된 병렬 평면을 만듭니다. 평면이 임플란트에 최대 병렬로 배치되면 스케치 메뉴에서 원을 선택하고 세그먼트 내에서 원하는 크기와 위치의 원을 만듭니다. 곡선 메뉴에서 프로젝트 스케치 옵션을 사용하여 평면에서 임플란트로 전송할 스케치를 지정합니다.나사에 대한 카운터싱크를 생성하려면 Detail Clay 메뉴에서 곡선이 있는 엠보스를 선택하고 세그먼트 표면에 표시된 원형 영역 내부에 원 모양커를 배치합니다. 서브드 서피스 메뉴의 구멍을 완료하려면 와이어 컷 SubD 옵션을 사용하여 임플란트에 수직으로 막대를 만듭니다. 막대를 사용하여 구멍을 만들려면 부울을 선택하고 제거하여 각 막대를 연속으로 선택하고 오른쪽 단추를 클릭하고 제거하며 개체 목록에서 임플란트 만들기를 선택합니다.임플란트에서 메시를 만들려면 그리기 곡선을 사용하여 설명한 대로 계획된 메시의 스케치를 생성합니다. 세부 점토 메뉴에서 엠보스를 사용하여 래핑된 이미지와 함께 메시를 디자인한 템플릿 이미지를 선택합니다. 이미지의 흰색 영역이 구하되고 검은색 영역이 유지됩니다.수동으로 디자인의 방향과 크기를 조정하고 생성 된 두께를 설정한 다음 적용을 클릭합니다. 환자 별 임플란트는 생산 준비가 될 것입니다. 이 이미지는 이전 부상에서 깨진 재고 공급 재건 고정 플레이트와 그녀의 아래턱의 왼쪽 몸에 비 조합 골절과 40 세 여성 환자에서 얻은.하부 턱의 분할은 깨진 고정 플레이트를 분리하는 것으로 입증된 바와 같이 수행되었다. 3D 설계 소프트웨어를 사용하여 하악의 왼쪽 세그먼트를 올바른 해부학 적 위치로 재배치했습니다. 오른쪽 건강한 측면의 미러링은 누락 된 뼈의 적절한 재건을 허용하기 위해 수행되었다.환자 특정 임플란트는 고정 나사를 위한 구멍을 포함하여 디자인될 수 있었습니다. 메쉬는 건강한 면을 기반으로 턱의 적절한 윤곽에 따라 추가 골 이식 배치를 허용하고 메쉬의 구멍을 통해 우수한 혈관 신생을 가능하게하도록 설계되었습니다. 선택적 레이저 소결 기술과 수술 후 결과를 사용하여 티타늄에서 인쇄된 임플란트는 이러한 이미지에서 관찰될 수 있다.하부 턱의 연속성, 왼쪽 아래턱 세그먼트의 정확한 수직 위치 및 환자 특정 임플란트를 사용하여 외부 윤곽으로 재구성된 신체 윤곽의 대칭 및 공극을 채우기 위한 장악 문장 뼈 이식편을 유의하십시오. 환자 전용 임플란트를 설계할 때, 전단과 토크 력을 유지하면서 부하 베어링 힘을 허용할 만큼 충분히 강한 최소 크기의 플레이트의 계획을 고려하십시오. 환자 특정 임플란트는 또한 두개골 성형술, 정형 외과 절차를 위해 설계될 수 있고 잠재적으로 모든 기관에서 연조직의 설계에 사용될 수 있습니다.이 프로토콜은 현재 수술 및 연구 연구를위한 새로운 임플란트의 계획을 허용하고 결국 임플란트 바이오 프린팅 및 이물질 재생을 용이하게 할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

간질 수술에 3D Multimodality 이미지 통합 및 컴퓨터 지원 계​​획에 대한 파이프 라인

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

연구

의학

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

하악골의 컴퓨터 지원 재건을 위한 수술 후 평가 지침

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

신경 외과에서 복잡한 두개내 종양의 다색 3D 프린팅

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

증강 현실과 3D 프린팅을 결합하여 스마트폰에 환자 모델 표시

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

환자 별 임플란트의 3D 계획 및 인쇄를 이용한 안면 기형 치료

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

임플란트용 금속에 대한 관절 연골 슬라이딩의 생체 립학 테스트 및 분석

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

중재 계획 및 교육을 위한 3D 인쇄 심장 혈관 팬텀의 개발 및 평가

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 프린팅과 전기방사를 결합하여 생체모방 심장 판막 전단지 제조

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

환자의 특정 요추의 3D 프린팅 모델

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 

폐 결절의 진단 및 치료를 위한 3D 디지털 모델

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