Name: 3d planning and printing of patient specific implants for reconstruction of bony defects
Uploaded: 2020-08-04T13:00:00
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Este estudo seguiu a Declaração de Helsinque sobre protocolo médico e ética e o Conselho de Revisão Ética Institucional aprovou o estudo.
1. Segmentação utilizando um software de segmentação
NOTA: O processo de importação dos arquivos DICOM requer a orientação dos planos axial, coronal e sagital na janela pop-up para terminar a configuração.
<ol><li>No menu Segmentação óssea, escolha o recurso Geral. Use o marca...

<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>

Com o constante desenvolvimento do uso de computadores para o planejamento virtual de procedimentos cirúrgicos, a combinação com outra tecnologia em desenvolvimento, a impressão 3D, levou a uma nova era de tratamento cirúrgico. A precisão é o objetivo dessas tecnologias e o atendimento específico do paciente, como objetivo futuro, é apresentado na forma de guias cirúrgicos e implantes de reconstrução específicos do paciente. Discutimos guias cirúrgicos como parte de um protocolo futuro diferente. No protoco...

A medicina personalizada está se desenvolvendo rapidamente em muitos campos da medicina1. O tratamento personalizado oncológico é um assunto de muita discussão e, portanto, é bem conhecido pela população em geral. A impressão 3D foi introduzida pela primeira vez por Charles Hull mostrando impressão 3D de objetos usando estereotipografia2. Desde então, foram desenvolvidas diferentes tecnologias para impressão 3D. O método utilizado é selecionado com base na finalidade do dispositivo.
O campo cirúrgico está rapidamente adotando a medicina personalizada. O tratamento personalizado no campo cirúrgico requer planejamento virtual usando um software CAD (Computer-Assisted Design, design assistido por computador). A primeira etapa sempre inclui segmentação para criar um arquivo 3D stl. A fabricação assistida por computador (CAM) é referida como o processo de fabricação da peça projetada em 3D. A primeira utilização da tecnologia foi utilizada na impressão de modelo pré-operatório para planejamento cirúrgico e cirurgia simulada3,,4,5. Com o desenvolvimento da tecnologia, o planejamento virtual das cirurgias seguido do planejamento e fabricação de guias cirúrgicos para auxiliar na própria cirurgia e implantes de reconstrução específicos do paciente instalados perfeitamente no osso do paciente tornou-se mais popular6,7,,8,,9,,10. O objetivo deste protocolo é fornecer aos médicos a capacidade de criar seus próprios guias cirúrgicos e reconstrução de implantes específicos do paciente. Este método é mais preciso do que o uso de placas de estoque porque se encaixa perfeitamente e pode ser projetado com base nas características do defeito específico. Também reduz a dependência da experiência do cirurgião e reduz o tempo de operação.

<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

Estamos no meio da era 3D na maioria dos aspectos da vida, e especialmente na medicina. A disciplina cirúrgica é um dos principais atores da área médica usando o constante desenvolvimento de capacidades de planejamento e impressão 3D. O design assistido por computador (CAD) e a fabricação assistida por computador (CAM) são usados para descrever o planejamento e fabricação 3D do produto. O planejamento e fabricação de guias cirúrgicos 3D e implantes de reconstrução é realizado quase exclusivamente por engenheiros. À medida que os avanços tecnológicos e as interfaces de software se tornam mais fáceis de usar, levanta uma questão sobre a possibilidade de transferir o planejamento e a fabricação para o médico. As razões para tal mudança são claras: o cirurgião tem a ideia do que quer projetar, e também sabe o que é viável e pode ser usado na sala de cirurgia. Ele permite que ele esteja preparado para qualquer cenário/resultados inesperados durante a operação e permite que o cirurgião seja criativo e expresse suas novas ideias usando o software CAD. O objetivo deste método é fornecer aos médicos a capacidade de criar seus próprios guias cirúrgicos e implantes de reconstrução. Neste manuscrito, um protocolo detalhado fornecerá um método simples de segmentação usando software de segmentação e planejamento de implantes usando um software de design 3D. Após a segmentação e a produção de arquivos stl utilizando software de segmentação, o médico poderia criar uma placa de reconstrução específica do paciente simples ou uma placa mais complexa com um berço para posicionamento de enxerto ósseo. Guias cirúrgicos podem ser criados para ressecção precisa, preparação do orifício para posicionamento adequado da placa de reconstrução ou para colheita e re-contorno do enxerto ósseo. Um caso de reconstrução da mandíbula inferior após fratura da placa e cicatrização não sindical de uma lesão sofrida por trauma é detalhado.

Uma paciente do sexo feminino de 40 anos com uma placa de fixação de reconstrução quebrada, de uma lesão anterior e uma fratura não sindicalizada no corpo esquerdo da mandíbula inferior apresentada ao departamento. A imagem mostra a placa de fixação quebrada e o segmento esquerdo mal posicionado da mandíbula inferior(Figura 1). Utilizando software de segmentação, foi realizada a segmentação da mandíbula inferior separando a placa de fixação q...

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

Este protocolo descreve o uso de planejamento e impressão 3D para reconstrução de defeitos ósseos. Utilizamos ferramentas de segmentação para criar modelos 3D seguidos de software de design 3D para criar implantes específicos do paciente para fins de reconstrução concomitantes à cirurgia ablativa ou como segundo estágio.

Planejamento e impressão 3D de implantes específicos do paciente para reconstrução de defeitos ósseos

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 ...

Este protocolo permite o tratamento virtual de pacientes com defeitos ósseos e a criação de novas placas de guia cirúrgico e fixação. O uso deste protocolo permite que os implantes sejam virtualmente criados e projetados de acordo com o que é viável para uso na sala de cirurgia com precisão superior e duração de operação reduzida. Os implantes específicos do paciente planejados com nosso protocolo são baseados em imagens 3D precisas, resultando em implantes perfeitamente adequados e permitindo a restauração da anatomia, simetria e função do tecido adequado.Este protocolo permite que os usuários projetem e imprimam modelos ou estruturas complexas de diferentes materiais e examinem diferentes parâmetros, como sua força ou capacidade de permitir a regeneração óssea. Embora esses programas sejam muito fáceis de usar, leva tempo para dominar o processo de design assistido por computador. Paciência e prática ajudarão o usuário a ficar melhor e mais rápido.Como este protocolo contém muitas etapas de planejamento virtual, observar as etapas será extremamente útil. Para segmentação do modelo reconstruído em 3D, no software de segmentação adequado no menu Segmentação Óssea, selecione Geral e use a ferramenta plus para indicar o segmento de interesse e a ferramenta menos para indicar os segmentos indesejados ao rolar e mover-se através da varredura. Use o botão Definir que inicia a segmentação e clique em Aplicar para criar o novo segmento.Para realizar uma boa segmentação óssea, um grande número de marcas positivas e negativas deve ser utilizado no modelo reconstruído em 3D. e todas as outras visões. Quando a segmentação estiver completa, corrija as marcas e adicione novas para melhor precisão, conforme necessário.Exporte os arquivos como arquivos STL 3D. Para projetar o implante de reconstrução 3D, importe os arquivos STL para o software de design 3D e use a ferramenta Shave para separar o osso em duas partes. No menu Select Move Clay, selecione a ferramenta Argila e marque a região de interesse.Copie a região marcada e crie um novo objeto idêntico na lista de objetos para manipular a posição da região. Para garantir que o eixo de rotação seja definido na parte do osso que permanecerá na mesma posição, selecione Reposicionar e definir o eixo de rotação como planejado. Como o crânio humano é principalmente simétrico, use a ferramenta Argila Espelhada para orientação para obter o posicionamento ou colocação correto do segmento desaparecido ou mal posicionado e coloque o plano no centro do crânio.Com base na metade espelhada, realize a rotação do segmento conforme necessário e use a ferramenta Adicionar argila do menu Construct Clay para reconstruir a parte óssea avulsa. No menu Curvas, selecione a opção Curva de desenho para criar uma forma externa contínua do implante desejado. Clique com o botão direito do mouse no segmento e selecione Duplicar para duplicar o segmento ósseo.Trabalhando no novo segmento duplicado, no menu Argila detalhada selecione Emboss com Curva para criar o volume do implante de reconstrução. Selecione a forma externa do implante esboçado e coloque o cursor em forma de círculo dentro do implante esboçado na superfície do osso. Selecione os parâmetros desejados, mais importante, a distância para controlar a espessura do implante e clique com o botão direito do mouse no segmento duplicado para selecionar Boolean e Remov From, em seguida, selecione o objeto que contém o implante criado.Nos casos para os quais são necessários furos para fixação de parafusos ou angiogênese, use a função Criar Plano para criar um plano paralelo no qual os orifícios para a placa são projetados. Quando os planos estiverem posicionados em paralelismo máximo ao implante, selecione um círculo no menu Sketch e crie círculos do tamanho e posição desejados dentro do segmento. No menu Curvas, use a opção Project Sketch para designar os esboços a serem transferidos do plano para o implante.Para gerar o contra-ataque para os parafusos, no menu Argila detalhada, selecione Emboss com Curva e coloque o cursor em forma de círculo dentro da área circular marcada na superfície do segmento. Para completar os orifícios no Menu Superfícies SubD use a opção SubD de corte de fio para criar hastes perpendiculares ao implante. Para criar os orifícios usando as hastes, selecione Boolean e Remova e selecione cada haste em sucessão, clicando com o botão direito do mouse em Boolean, RemoveNdo e Crie um implante na lista de objetos.Para criar uma malha no implante, use Draw Curve para gerar um esboço da malha planejada como demonstrado. No menu Argila detalhada use Emboss com Imagem Embrulhada para selecionar uma imagem de modelo após a qual a malha será projetada. As regiões brancas da imagem serão subtraídas e as áreas negras permanecerão.Ajuste manualmente a direção e o tamanho do design e defina a espessura do gerado e clique em Aplicar. O implante específico do paciente estará pronto para a produção. Estas imagens foram obtidas de uma paciente do sexo feminino de 40 anos com uma placa de fixação de reconstrução fornecida por estoque quebrada de uma lesão anterior e uma fratura não sindical no corpo esquerdo de sua mandíbula inferior.A segmentação da mandíbula inferior foi realizada como demonstrado para separar a placa de fixação quebrada. Usando software de design 3D, o segmento esquerdo da mandíbula foi reposicionado para a posição anatômica correta. Espelhamento do lado direito saudável foi realizado para permitir a reconstrução adequada do osso perdido.O implante específico do paciente poderia então ser projetado, incluindo furos para parafusos de fixação. Uma malha foi projetada para permitir a colocação adicional do enxerto ósseo, de acordo com o contorno adequado da mandíbula com base no lado saudável e para permitir angiogênese superior através dos orifícios na malha. O implante impresso a partir de titânio utilizando tecnologia seletiva de sinterização a laser e resultados pós-operatórios pode ser observado nessas imagens.Note-se a continuidade da mandíbula inferior, a posição vertical correta do segmento inferior esquerdo da mandíbula e a simetria no contorno corporal que foi reconstruída utilizando o implante específico do paciente como contorno externo e um enxerto ósseo ilíaco para preenchimento dos vazios. Ao projetar o implante específico do paciente, considere o planejamento de uma placa de tamanho mínimo que seja forte o suficiente para permitir forças de suporte de carga enquanto suporta forças de tesoura e torque. Implantes específicos do paciente também podem ser projetados para cranioplastia, procedimentos ortopédicos e podem ser potencialmente usados para o desenho de tecido mole em todos os órgãos.Este protocolo atualmente permite o planejamento de novos implantes para cirurgias e estudos de pesquisa e pode eventualmente facilitar a bioimpressão de implantes e a regeneração de materiais estranhos.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

A Pipeline para 3D Multimodality Integração imagem e Planejamento assistida por computador em Cirurgia de Epilepsia

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

Medicina

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

Uma diretriz de avaliação pós-operatória para a reconstrução assistida por computador da Mandíbula

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

Impressão 3D multicolorida de tumores intracranianos complexos na neurocirurgia

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

Combinando realidade aumentada e impressão 3D para exibir modelos de pacientes em um smartphone

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

Tratamento de deformidades faciais utilizando planejamento 3D e impressão de implantes específicos para pacientes

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

Testes biotribológicos e Análise de Cartilagem Articular Deslizando contra Metal para Implantes

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

Desenvolvimento e Avaliação de Fantasmas Cardiovasculares Impressos em 3D para Planejamento e Treinamento Intervencionista

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

Combinando impressão 3D e eletropinning para fabricar folhetos biomiméticos da válvula cardíaca

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

Modelo de impressão 3D da vértebra lombar específica de um paciente

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 

Modelo Digital 3D para Diagnóstico e Tratamento de Nódulos Pulmonares

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