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

Никакого финансирования на эту работу получено не было.

Это исследование проводилось в соответствии с Хельсинкской декларацией по медицинскому протоколу и этике, и Институциональный совет по этичному обзору одобрил это исследование.
1. Сегментация с использованием программного обеспечения сегментации
ПРИМЕЧ?...

<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>

С постоянным развитием использования компьютеров для виртуального планирования хирургических процедур, сочетание с другой развивающейся технологией, 3D-печать, привело к совершенно новой эре хирургического лечения. Точность является целью этих технологий и пациента конкретного уход...

Персонализированная медицина быстро развивается во многих областях медицины1. Онкологическое персонализированное лечение является предметом многочисленных дискуссий и, таким образом, хорошо известно населению в целом. 3D-печать была впервые введена Чарльз Халл показаны 3D-печать объектов с использованием стереолитографии2. С тех пор были разработаны различные технологии для 3D-печати. Используемый метод выбирается на основе назначения устройства.
Хирургическое поле быстро охватывает персонализированную медицину. Персонализированное лечение в хирургической области требует виртуального планирования с помощью программного обеспечения с помощью компьютера (CAD). Первый этап всегда включает сегментацию для создания файла 3D stl. Компьютерное производство (CAM) называется производственным процессом 3D-разработанной детали. Первое использование технологии было использовано в предоперациной модели печати для хирургического планирования и макет хирургии3,4,5. С развитием технологии, виртуальное планирование операций с последующим планированием и производством хирургических руководств для оказания помощи в самой операции и пациента специфической реконструкции имплантатов установлены прекрасно на кости пациента стал более популярным6,7,8,,9,10. Цель этого протокола заключается в том, чтобы предоставить врачам возможность создавать свои собственные хирургические руководства и реконструкции пациента конкретных имплантатов. Этот метод является более точным, чем использование фондовых пластин, поскольку он идеально подходит и может быть разработан на основе характеристик конкретного дефекта. Это также уменьшает зависимость от опыта хирурга и сокращает время работы.

<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

Мы находимся в разгаре 3D эпохи в большинстве аспектов жизни, и особенно в медицине. Хирургическая дисциплина является одним из основных игроков в медицинской области, используя постоянно развивающиеся возможности 3D-планирования и печати. Компьютерный дизайн (CAD) и компьютерное производство (CAM) используются для описания 3D-планирования и производства продукта. Планирование и изготовление 3D хирургических направляющих и восстановительных имплантатов выполняются почти исключительно инженерами. По мере развития технологий и создания программных интерфейсов возникает вопрос о возможности передачи планирования и производства врачу. Причины такого сдвига понятны: хирург имеет представление о том, что он хочет проектировать, и он также знает, что возможно и может быть использовано в операционной. Это позволяет ему быть готовым к любому сценарию / неожиданные результаты во время операции и позволяет хирургу быть творческим и выразить свои новые идеи с помощью программного обеспечения CAD. Цель этого метода заключается в том, чтобы предоставить врачам возможность создавать свои собственные хирургические руководства и имплантаты реконструкции. В этой рукописи подробный протокол обеспечит простой метод сегментации с использованием программного обеспечения сегментации и планирования имплантатов с помощью программного обеспечения для 3D-дизайна. После сегментации и производства файла stl с помощью программного обеспечения сегментации, врач может создать простую пациента специфической пластины реконструкции или более сложной пластины с колыбелью для позиционирования костного трансплантата. Хирургические направляющие могут быть созданы для точной резекции, подготовки отверстия для правильного позиционирования пластины реконструкции или для сбора костного трансплантата и повторного контурирования. Подробно описан случай реконструкции нижней челюсти после перелома пластины и несоюзного заживления травмы, полученной в результате травмы.

40-летняя пациентка со сломанной, запасной пластиной, фиксируемой конструковой пластиной от предыдущей травмы и несоюзным переломом левого тела нижней челюсти, представленной в отделение. Изображение показывает сломанную пластину фиксации и плохо расположенный левы...

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

Этот протокол описывает использование 3D-планирования и печати для восстановления костных дефектов. Мы используем инструменты сегментации для создания 3D-моделей с последующим программным обеспечением для 3D-дизайна для создания конкретных имплантатов для целей реконструкции, сопутствующей абляционной хирургии или в качестве второго этапа.

3D планирование и печать конкретных имплантатов пациента для восстановления дефектов Бони

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 ...

Этот протокол позволяет виртуальное лечение пациентов с костлявыми дефектами и создание новых хирургических руководства и фиксации пластин. Использование этого протокола позволяет создавать и проектирует имплантаты в соответствии с тем, что возможно для использования в операционной с высокой точностью и сокращенной продолжительностью эксплуатации. Имплантаты для пациентов, запланированные с помощью нашего протокола, основаны на точной 3D-изображении, что обеспечивает идеальную установку имплантатов и обеспечивает восстановление правильной анатомии тканей, симметрии и функции.Этот протокол позволяет пользователям разрабатывать и печатать сложные модели или структуры из различных материалов и изучать различные параметры, такие как их прочность или способность, чтобы позволить регенерации костей. Хотя эти программы очень удобны для пользователей, требуется время, чтобы освоить компьютерный процесс проектирования. Терпение и практика помогут пользователю стать лучше и быстрее.Поскольку этот протокол содержит много этапов виртуального планирования, наблюдение за этапами будет чрезвычайно полезным. Для сегментации 3D реконструированной модели, в соответствующем программном обеспечении сегментации под меню сегментации костей, выберите Общий и использовать инструмент плюс для обозначения сегмента интереса и минус инструмент для обозначения нежелательных сегментов при прокрутке и перемещении через сканирование. Используйте кнопку Set, которая инициирует сегментации и нажмите Применить для создания нового сегмента.Для хорошей сегментации костей в 3D реконструированной модели следует использовать большое количество положительных и отрицательных маркировки. и все другие взгляды. Когда сегментация завершена, исправь разметку и добавить новые для лучшей точности по мере необходимости.Экспорт файлов в качестве файлов STL 3D. Для разработки имплантата 3D-реконструкции импортирует файлы STL в программное обеспечение для 3D-дизайна и использует инструмент Shave для раздязать кость на две части. Из меню Select Move Clay выберите инструмент Clay и отметь область интереса.Скопируйте отмеченный регион и создайте новый идентичный объект в списке объектов для управления положением региона. Чтобы убедиться, что ось вращения установлена на той части кости, которая останется в том же положении, выберите Reposition и установите ось вращения, как планировалось. Поскольку человеческий череп в основном симметричен, используйте инструмент Mirror Clay для наведения, чтобы получить правильное позиционирование или размещение отсутствуют или malpositioned сегмента и установить плоскость в центре черепа.Основываясь на зеркальной половине, выполняйте вращение сегмента по мере необходимости и используйте инструмент Add Clay из меню Construct Clay для реконструкции avulsed костной части. В меню Curves выберите опцию Draw Curve, чтобы создать непрерывную внешнюю форму желаемого имплантата. Нажмите правой кнопкой мыши сегмента и выберите Дубликат, чтобы дублировать костлявый сегмент.Работая в новом дублированном сегменте, в меню Detail Clay выберите Emboss с кривой для создания объема имплантата реконструкции. Выберите внешнюю форму эскизного имплантата и поместите кругообразный курсор внутри эскизного имплантата на поверхность кости. Выберите нужные параметры, самое главное расстояние, чтобы контролировать толщину имплантата и право нажмите на дублированный сегмент, чтобы выбрать Boolean и удалить из, а затем выбрать объект, содержащий созданный имплантат.В тех случаях, для которых требуются отверстия для фиксации винта или ангиогенеза, используйте функцию Create Plane для создания параллельной плоскости, в которой спроектированы отверстия для пластины. Когда плоскости расположены в максимальной параллелизме с имплантатом, выберите круг в меню Sketch и создайте круги желаемого размера и положения в сегменте. В меню Кривые используйте опцию Project Sketch, чтобы обозначить эскизы, которые будут перенесены из плоскости в имплантат.Для генерации счетчиков для винтов, в меню Detail Clay, выберите Emboss с кривой и поместите кругообразный курсор внутри отмеченной круговой области на поверхности сегмента. Для завершения отверстий в меню SubD Surfaces используйте опцию Wire Cut SubD для создания стержней перпендикулярно имплантату. Чтобы создать отверстия с помощью стержней, выберите Boolean и удалить из и выбрать каждый стержень подряд, правого нажатия Boolean, Удалить из, и создать имплантат в списке объектов.Чтобы создать сетку в имплантате, используйте Кривую рисования для создания эскиза запланированной сетки, как это было продемонстрировано. В меню Detail Clay используйте Emboss with Wrapped Image для выбора шаблона изображения, после которого будет разработана сетка. Белые области изображения будут вычтены, а черные области останутся.Вручную отрегулируйте направление и размер конструкции и установите толщину сгенерированного, затем нажмите Применить. Имплантат для конкретного пациента будет готов к производству. Эти изображения были получены от 40-летней пациентки со сломанной стойловой пластиной фиксации реконструкции от предыдущей травмы и несоюзного перелома в левом теле ее нижней челюсти.Сегментация нижней челюсти была выполнена, как попродемонстрировано, чтобы отделить сломанную пластину фиксации. Используя программное обеспечение для 3D-дизайна, левый сегмент челюсти был перемещен в правильное анатомическое положение. Зеркало правой здоровой стороны было выполнено, чтобы обеспечить надлежащую реконструкцию недостающей кости.Имплантат пациента-специфический смог после этого быть конструирован, включая отверстия для винтов фиксации. Сетка была разработана, чтобы позволить дополнительное размещение костного трансплантата, в соответствии с надлежащим контуром челюсти на основе здоровой стороны и для обеспечения превосходного ангиогенеза через отверстия в сетке. Имплантат, напечатанный из титана с использованием селективной технологии лазерного спекания и послеоперационных результатов, можно наблюдать на этих снимках.Обратите внимание на непрерывность нижней челюсти, правильное вертикальное положение левого сегмента нижней челюсти и симметрию контура тела, которая была реконструирована с использованием имплантата пациента в качестве внешнего контура и подвиха костного трансплантата для заполнения пустот. При проектировании имплантата для конкретных пациентов, рассмотреть вопрос о планировании минимально размера пластины, которая достаточно сильна, чтобы грузоподъемные силы, выдерживая стрижку и крутящий момент сил. Имплантаты для пациентов также могут быть разработаны для краниопластики, ортопедических процедур и потенциально могут быть использованы для проектирования мягких тканей во всех органах.Этот протокол в настоящее время позволяет планировать новые имплантаты для операций и научных исследований и в конечном итоге может облегчить биопечать имплантатов и регенерацию иностранного материала.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Трубопровод для 3D мультимодальности интеграции изображений и компьютерное планирование в хирургии эпилепсии

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

Послеоперационная оценка Руководство по компьютерной реконструкции mandible

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

Многоцветная 3D печать сложных внутричерепных опухолей в нейрохирургии

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

Сочетание дополненной реальности и 3D-печати для отображения моделей пациентов на смартфоне

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

Лечение деформаций лица с использованием 3D-планирования и печати имплантатов-специфических пациентов

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

Биотрибологическое тестирование и анализ суставного хряща, скользящего против металла для имплантатов

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

Разработка и оценка 3D-печатных сердечно-сосудистых фантомов для интервенционного планирования и обучения

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

Сочетание 3D-печати и электроспиннинга для производства биомиметических листовок сердечного клапана

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

3D-печатная модель конкретного поясничного позвонка пациента

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 

Цифровая 3D-модель для диагностики и лечения легочных узлов

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