Name: 3d planning and printing of patient specific implants for reconstruction of bony defects
Uploaded: 2020-08-04T13:00:00
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No se recibió financiación para este trabajo.

Este estudio siguió a la Declaración de Helsinki sobre protocolo médico y ética y la Junta de Revisión Etica Institucional aprobó el estudio.
1. Segmentación utilizando un software de segmentación
NOTA: El proceso de importación de los archivos DICOM requiere la orientación de los planos axial, coronal y sagital en la ventana emergente para finalizar la configuración.
<ol><li>En el menú Segmentación ósea, elija la función Ge...

<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 el constante desarrollo del uso de computadoras para la planificación virtual de procedimientos quirúrgicos, la combinación con otra tecnología en desarrollo, la impresión 3D, condujo a una nueva era de tratamiento quirúrgico. La precisión es el objetivo de estas tecnologías y la atención específica del paciente, como el objetivo futuro, se presenta en forma de guías quirúrgicas e implantes de reconstrucción específicos para el paciente. Discutimos guías quirúrgicas como parte de un protocolo futuro d...

La medicina personalizada se está desarrollando rápidamente en muchos campos de la medicina1. El tratamiento oncológico personalizado es un tema de mucha discusión y por lo tanto es bien conocido por la población en general. La impresión 3D fue introducida por primera vez por Charles Hull mostrando la impresión 3D de objetos utilizando estereolitografía2. Desde entonces, se desarrollaron diferentes tecnologías para la impresión 3D. El método utilizado se selecciona en función del propósito del dispositivo.
El campo quirúrgico está adoptando rápidamente la medicina personalizada. El tratamiento personalizado en el campo quirúrgico requiere una planificación virtual mediante un software de diseño asistido por ordenador (CAD). La primera etapa siempre incluye la segmentación para crear un archivo stl 3D. La fabricación asistida por ordenador (CAM) se conoce como el proceso de fabricación de la pieza diseñada en 3D. La primera utilización de la tecnología se utilizó en la impresión de modelos preoperatorios para la planificación quirúrgica y la cirugía simulada3,,4,5. Con el desarrollo de la tecnología, la planificación virtual de las cirugías seguida de la planificación y fabricación de guías quirúrgicas para ayudar en la cirugía en sí y los implantes de reconstrucción específicos del paciente instalados perfectamente en el hueso del paciente se hicieron más populares6,,7,,8,,9,,10. El propósito de este protocolo es proporcionar a los médicos la capacidad de crear sus propias guías quirúrgicas y reconstrucción de implantes específicos para pacientes. Este método es más preciso que el uso de placas de stock porque se adapta perfectamente y se puede diseñar en función de las características del defecto específico. También reduce la dependencia de la experiencia del cirujano y reduce el tiempo de operación.

<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 en medio de la era 3D en la mayoría de los aspectos de la vida, y especialmente en la medicina. La disciplina quirúrgica es uno de los principales actores en el campo médico utilizando las capacidades de planificación e impresión 3D en constante desarrollo. El diseño asistido por ordenador (CAD) y la fabricación asistida por ordenador (CAM) se utilizan para describir la planificación y fabricación 3D del producto. La planificación y fabricación de guías quirúrgicas 3D e implantes de reconstrucción es realizada casi exclusivamente por ingenieros. A medida que la tecnología avanza y las interfaces de software se vuelven más fáciles de usar, plantea una pregunta con respecto a la posibilidad de transferir la planificación y la fabricación al médico. Las razones de tal cambio son claras: el cirujano tiene la idea de lo que quiere diseñar, y también sabe lo que es factible y podría ser utilizado en el quirófano. Le permite estar preparado para cualquier escenario / resultados inesperados durante la operación y permite al cirujano ser creativo y expresar sus nuevas ideas utilizando el software CAD. El propósito de este método es proporcionar a los médicos la capacidad de crear sus propias guías quirúrgicas e implantes de reconstrucción. En este manuscrito, un protocolo detallado proporcionará un método simple para la segmentación utilizando el software de segmentación y la planificación de implantes utilizando un software de diseño 3D. Después de la segmentación y la producción de archivos stl utilizando software de segmentación, el médico podría crear una placa de reconstrucción específica del paciente simple o una placa más compleja con una base para el posicionamiento del injerto óseo. Se pueden crear guías quirúrgicas para una resección precisa, la preparación del agujero para el posicionamiento adecuado de la placa de reconstrucción o para la recolección y el reestornado del injerto óseo. Se detalla un caso de reconstrucción de la mandíbula inferior después de la fractura de la placa y la curación no sindical de una lesión sufrida por trauma.

Una paciente de 40 años con una placa de fijación de reconstrucción rota y suministrada en stock de una lesión anterior y una fractura no sindical en el cuerpo izquierdo de su mandíbula inferior presentada al departamento. La imagen muestra la placa de fijación rota y el segmento izquierdo mal posicionado de la mandíbula inferior(Figura 1). Utilizando un software de segmentación, se realizó la segmentación de la mandíbula inferior separando la plac...

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

Este protocolo describe el uso de la planificación e impresión 3D para la reconstrucción de defectos óseos. Utilizamos herramientas de segmentación para crear modelos 3D seguidos de software de diseño 3D para crear implantes específicos para el paciente con fines de reconstrucción concomitantes con cirugía ablativa o como una segunda etapa.

Planificación e impresión 3D de implantes específicos para el paciente para la reconstrucción de defectos óseos

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 el tratamiento virtual de pacientes con defectos óseos y la creación de nuevas guías quirúrgicas y placas de fijación. El uso de este protocolo permite crear y diseñar implantes virtualmente de acuerdo con lo que es factible para su uso en el quirófano con una precisión superior y una duración de operación acortada. Los implantes específicos para el paciente planificados con nuestro protocolo se basan en imágenes 3D precisas que dan como resultado implantes perfectamente ajustados y permiten la restauración de la anatomía, simetría y función adecuadas de los tejidos.Este protocolo permite a los usuarios diseñar e imprimir modelos o estructuras complejas a partir de diferentes materiales y examinar diferentes parámetros como su resistencia o capacidad para permitir la regeneración ósea. Aunque estos programas son muy fáciles de usar, toma tiempo dominar el proceso de diseño asistido por computadora. La paciencia y la práctica ayudarán al usuario a mejorar y más rápido.Como este protocolo contiene muchos pasos de planificación virtual, observar las etapas será extremadamente útil. Para la segmentación del modelo reconstruido 3D, en el software de segmentación adecuado en el menú Segmentación ósea, seleccione General y utilice la herramienta más para indicar el segmento de interés y la herramienta menos para indicar los segmentos no deseados mientras se desplaza y se mueve por el escaneo. Utilice el botón Establecer que inicia la segmentación y haga clic en Aplicar para crear el nuevo segmento.Para realizar una buena segmentación ósea, se debe utilizar un gran número de marcas positivas y negativas en el modelo reconstruido en 3D. y todas las demás vistas. Una vez completada la segmentación, corrija las marcas y añada otras nuevas para una mejor precisión según sea necesario.Exporte los archivos como archivos 3D STL. Para diseñar el implante de reconstrucción 3D, importe los archivos STL en el software de diseño 3D y utilice la herramienta Afeitar para separar el hueso en dos partes. En el menú Seleccionar mover arcilla, seleccione la herramienta Arcilla y marque la región de interés.Copie la región marcada y cree un nuevo objeto idéntico en la lista de objetos para manipular la posición de la región. Para asegurarse de que el eje de rotación está establecido en la parte del hueso que permanecerá en la misma posición, seleccione Reposicionar y establecer el eje de rotación según lo previsto. Como el cráneo humano es en su mayoría simétrico, utilice la herramienta Arcilla de espejo para obtener el posicionamiento o la colocación correctos del segmento que falta o mal posicionado y coloque el plano en el centro del cráneo.Basado en la mitad espejada, realice la rotación del segmento según sea necesario y utilice la herramienta Añadir arcilla del menú Construir arcilla para reconstruir la parte ósea avulsada. En el menú Curvas, seleccione la opción Dibujar curva para crear una forma externa continua del implante deseado. Haga clic con el botón derecho en el segmento y seleccione Duplicar para duplicar el segmento óseo.Trabajando en el nuevo segmento duplicado, en el menú Arcilla de detalle seleccione Relieve con curva para crear el volumen del implante de reconstrucción. Seleccione la forma externa del implante esbozado y coloque el cursor en forma de círculo dentro del implante esbozado en la superficie del hueso. Seleccione los parámetros deseados, lo más importante es la distancia para controlar el grosor del implante y haga clic con el botón derecho en el segmento duplicado para seleccionar Booleano y Remove From, luego seleccione el objeto que contiene el implante creado.En los casos para los que se requieran orificios para fijación de tornillo o angiogénesis, utilice la función Crear plano para crear un plano paralelo en el que se diseñen los orificios para la placa. Cuando los planos se colocan en el paralelismo máximo con el implante, seleccione un círculo en el menú Boceto y cree círculos del tamaño y la posición deseados dentro del segmento. En el menú Curvas, utilice la opción Croquis de proyecto para designar los croquis que se transferirán del plano al implante.Para generar el avellanado de los tornillos, en el menú Arcilla de detalle, seleccione Relieve con curva y coloque el cursor en forma de círculo dentro del área circular marcada en la superficie del segmento. Para completar los agujeros en el menú Superficies subdesular, utilice la opción SubD de corte de alambre para crear varillas perpendiculares al implante. Para crear los taladros con las varillas, seleccione Booleano y Quitar de y seleccione cada varilla sucesivamente, haciendo clic con el botón derecho en Boolean, Remove From y Create an Implant en la lista de objetos.Para crear una malla en el implante, utilice Dibujar curva para generar un croquis de la malla planificada como se ha demostrado. En el menú Arcilla de detalle, utilice Relieve con imagen ajustada para seleccionar una imagen de plantilla después de la cual se diseñará la malla. Se restarán las regiones blancas de la imagen y se permanecerán las áreas negras.Ajuste manualmente la dirección y el tamaño del diseño y establezca el grosor del generado y, a continuación, haga clic en Aplicar. El implante específico del paciente estará listo para la producción. Estas imágenes se obtuvieron de una paciente de 40 años con una placa de fijación de reconstrucción rota suministrada en stock de una lesión anterior y una fractura no sindical en el cuerpo izquierdo de su mandíbula inferior.La segmentación de la mandíbula inferior se realizó como se demostró para separar la placa de fijación rota. Usando el software de diseño 3D, el segmento izquierdo de la mandíbula fue reposicionado a la posición anatómica correcta. Se realizó la duplicación del lado sano derecho para permitir la reconstrucción adecuada del hueso que falta.El implante específico del paciente podría diseñarse, incluyendo agujeros para tornillos de fijación. Una malla fue diseñada para permitir la colocación adicional del injerto óseo, de acuerdo con el contorno adecuado de la mandíbula basado en el lado sano y para permitir una angiogénesis superior a través de los agujeros en la malla. El implante impreso a partir de titanio utilizando tecnología selectiva de sinterización láser y resultados postoperatorios se puede observar en estas imágenes.Observe la continuidad de la mandíbula inferior, la posición vertical correcta del segmento inferior izquierdo de la mandíbula y la simetría en el contorno corporal que se reconstruyó utilizando el implante específico del paciente como contorno exterior y un injerto óseo de cresta ilíaca para llenar los vacíos. Al diseñar el implante específico del paciente, tenga en cuenta la planificación de una placa de tamaño mínimo que sea lo suficientemente fuerte como para permitir las fuerzas de carga mientras soporta las fuerzas de cizallamiento y par. Los implantes específicos del paciente también se pueden diseñar para craneoplastia, procedimientos ortopédicos y pueden ser potencialmente utilizados para el diseño de tejido blando en todos los órganos.Este protocolo actualmente permite la planificación de nuevos implantes para cirugías y estudios de investigación y eventualmente puede facilitar la bioimpresión de implantes y la regeneración de materiales extraños.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Una tubería de multimodalidad 3D Image Integración y Planificación asistida por ordenador en la cirugía de la epilepsia

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

Investigación

Medicina

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

Una Guía de Evaluación Postoperatoria para la Reconstrucción Asistida por Computadora de la 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

Impresión 3D multicolor de tumores intracraneales complejos en neurocirugía

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

Combinación de realidad aumentada e impresión 3D para mostrar modelos de pacientes en un 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

Tratamiento de deformidades faciales mediante planificación 3D e impresión de implantes específicos para el paciente

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Pruebas biotribológicas y análisis de cartílago articular que se desliza contra el 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

Desarrollo y evaluación de fantasmas cardiovasculares impresos en 3D para la planificación y el entrenamiento intervencionista

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Combining 3D-Printing and Electrospinning to Manufacture Biomimetic Heart Valve Leaflets

Combinación de impresión 3D y electrohilado para fabricar folletos biomiméticos de válvulas cardíacas

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3D Printing Model of a Patient's Specific Lumbar Vertebra

Modelo de impresión 3D de la vértebra lumbar específica de un 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 

Un modelo digital 3D para el diagnóstico y tratamiento de nódulos pulmonares

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