Name: treatment of facial deformities using 3d planning and printing of patient-specific implants
Uploaded: 2020-05-23T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants at JoVE.com

Er is geen financiering ontvangen voor dit werk.

1. Herpositionering van de kaken
OPMERKING: Deze sectie wordt uitgevoerd met behulp van de imaging software (d.w.z. Dolphin).
<ol><li>Laad de gezichtsbotten CT-beeld DICOM bestanden van de patiënt (Figuur 1A) in de software door het selecteren van de 3D-knop aan de linkerkant en klik op Import New DICOM (Aanvullende figuur 1). Voer de 3D-bewerkingsmodus in door op 3D te klikken | Bewerk...

<ol>
	<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=.">.</a> Apparatus for production of three-dmensonal objects by stereo thography. , (1986).</li><li>Shilo, D., Emodi, O., Blanc, O., Noy, D., 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=Printing+the+Future-Updates+in+3D+Printing+for+Surgical+Applications.">Printing the Future-Updates in 3D Printing for Surgical Applications.</a> Rambam Maimonides Medical Journal. 9 (3), 20 (2018).</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>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>Lauren, M., McIntyre, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+computer-assisted+method+for+design+and+fabrication+of+occlusal+splints.">A new computer-assisted method for design and fabrication of occlusal splints.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (4), 130-135 (2008).</li><li>Song, K. -. G., Baek, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+accuracy+of+the+three-dimensional+virtual+method+and+the+conventional+manual+method+for+model+surgery+and+intermediate+wafer+fabrication.">Comparison of the accuracy of the three-dimensional virtual method and the conventional manual method for model surgery and intermediate wafer fabrication.</a> Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 107 (1), 13-21 (2009).</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>Hanafy, M., Akoush, Y., Abou-ElFetouh, A., Mounir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+of+orthognathic+digital+plan+transfer+using+patient-specific+cutting+guides+and+osteosynthesis+versus+mixed+analogue-digitally+planned+surgery:+a+randomized+controlled+clinical+trial.">Precision of orthognathic digital plan transfer using patient-specific cutting guides and osteosynthesis versus mixed analogue-digitally planned surgery: a randomized controlled clinical trial.</a> International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 49 (1), 62-68 (2019).</li><li>Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D-printing+techniques+in+a+medical+setting:+a+systematic+literature+review.">3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review.</a> Biomedical Engineering Online. 15 (1), 115 (2016).</li></ol>

3D-planning en -printen is een van de snelst evoluerende methoden op chirurgisch gebied. Het is niet alleen een veelbelovend instrument voor de toekomst, maar een praktisch hulpmiddel dat tegenwoordig wordt gebruikt voor zeer nauwkeurige chirurgische resultaten en patiëntspecifieke oplossingen. Het zorgt voor zeer nauwkeurige resultaten en vermindert de afhankelijkheid van de ervaring van de chirurg10. Het lost veel van de nadelen van de vorige oude mode chirurgische methoden, maar de kosten vert...

3D-printen is een additieve methode gebaseerd op geleidelijke plaatsing van lagen uit verschillende materialen, waardoor 3D-objecten worden gemaakt. Het werd oorspronkelijk ontwikkeld voor rapid prototyping en werd geïntroduceerd in 1984 door Charles Hull, die wordt beschouwd als de uitvinder van de stereolithografie methode op basis van stollende lagen van fotopolymeer hars1. De technologische vooruitgang in de virtuele planning van operaties en het plannen en afdrukken van patiëntspecifieke implantaten zijn voortdurend in ontwikkeling. Innovaties doen zich zowel voor op het gebied van computer assisted design (CAD) software als in 3D-printtechnologieën2. Gelijktijdig met de ontwikkelingen in de technologie worden de software en printers gebruiksvriendelijker. Dit verkort de tijd die nodig is voor de planning en het afdrukken en stelt de chirurg in staat om zijn/haar operaties te plannen en zijn/haar eigen patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten te maken in een veld dat uitsluitend de "speeltuin" van een ingenieur was. Deze ontwikkelingen stellen chirurgen en ingenieurs ook in staat om nieuwe toepassingen en ontwerpen van patiëntspecifieke implantaten3,4,5te introduceren.
Een van deze toepassingen is 3D-planning van orthognathic operaties, gevolgd door 3D-planning en het afdrukken van chirurgische gidsen en patiëntspecifieke fixatieplaten. Historisch gezien werden orthognathic operaties gepland met behulp van articulators. Een gezichtsboog werd gebruikt om de relatie van de bovenkaak met het temporomandibulaire gewricht te registreren en zo de afgietsels van de patiënt in de articulator te positioneren. Later werden de chirurgische bewegingen uitgevoerd op de afgietsels en een acrylwafer werd bereid om te helpen met de juiste positionering van de kaken tijdens de operatie. Deze methode werd gebruikt voor vele jaren en wordt nog steeds gebruikt tegenwoordig door de meeste, maar het gebruik van kegelbundel computerlicht tomografie (CT) samen met intra-orale scanners en CAD-software toegestaan voor een nauwkeurige planning, het sparen van de noodzaak van gebogen of afgietsels en de overgang naar de oprichting van digitaal geplande wafers6. Deze methode verminderde de onnauwkeurigheid van handmatige manipulatie en metingen, maar had nog steeds gebreken, waaronder het gebruik van de instabiele onderkaak als referentiepunt voor het positioneren van de bovenkaak en het gebrek aan controle over de verticale positionering van de bovenkaak7. Zo werd een nieuwe methode geïntroduceerd. Deze methode wordt de "waferless" operatie genoemd en is gebaseerd op herpositionering van de kaken anatomisch met behulp van chirurgische snijgeleiders en patiëntspecifieke fixatie titanium platen8. Deze methode lost de nadelen op van de eerder beschreven digitale wafermethode. We zullen deze methode beschrijven, die de chirurg volledige vrijheid geeft bij het plannen van deze operaties op een patiëntspecifieke manier, met minimale mogelijke fouten en onnauwkeurigheden. Deze methode maakt een "waferless" operatie mogelijk, wat betekent dat er geen noodzaak is om de tegengestelde kaak te gebruiken als referentie voor het herpositioneren van de botten, waardoor de onnauwkeurigheden die uit deze afhankelijkheid zijn afgeleid9afnemen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:751px;" width="750">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dolphin imaging software</td>
			<td style="width:207px;">Dolphin Imaging Systems LLC (Patterson Dental Supply, Inc)</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:167px;">3D analysis and virtual planning of orthognathic surgeries</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Geomagic Freeform</td>
			<td style="width:207px;">3D systems</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Sculpted Engineering Design</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

treatment of facial deformities using 3d planning and printing of patient-specific implants

Technologische vooruitgang in chirurgische planning en patiëntspecifieke implantaten zijn voortdurend in ontwikkeling. Men kan ofwel de technologie om betere resultaten te bereiken, zelfs in de minder ervaren hand, of verder gaan zonder. Naarmate de technologie zich ontwikkelt en gebruiksvriendelijker wordt, geloven we dat het tijd is om de chirurg de mogelijkheid te geven zijn/haar operaties te plannen en zijn/haar eigen patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten te maken, waardoor hij volledige controle over het proces krijgt. We presenteren hier een protocol voor 3D-planning van de operatie, gevolgd door 3D-planning en het afdrukken van chirurgische gidsen en patiëntspecifieke fixatieimplantaten. Tijdens dit proces maken we gebruik van twee commerciële computer-assisted design (CAD) software. We gebruiken ook een gefuseerde depositie modellering printer voor de chirurgische gidsen en een selectieve laser sintering printer voor de titanium patiënt-specifieke fixatie implantaten. Het proces omvat computertomografie (CT) imaging acquisitie, 3D-segmentatie van de schedel en gezichtsbeenderen van de CT, 3D-planning van de operaties, 3D-planning van patiënt-specifieke fixatie implantaat volgens de uiteindelijke positie van de botten, 3D-planning van chirurgische gidsen voor het uitvoeren van een nauwkeurige osteotomie en het voorbereiden van het bot voor de fixatie platen, en 3D-printen van de chirurgische gidsen en de patiënt-specifieke fixatie platen. De voordelen van de methode zijn volledige controle over de operatie, geplande osteotomies en fixatieplaten, aanzienlijke prijsverlaging, vermindering van de werkingsduur, superieure prestaties en zeer nauwkeurige resultaten. Beperkingen zijn onder meer de noodzaak om de CAD-programma's onder de knie te krijgen.

Om het klinische gebruik van de methode te observeren, presenteren we een geval van een 23-jarige vrouw. Ze leed aan condylar hyperplasie op jongere leeftijd in de juiste condyle resulterend in asymmetrie van beide kaken. Figuur 1A toont de retrognathic bovenkaak en prognathische onderkaak vertonen de verschillen tussen de kaken. In de frontale weergave kan de ernstige asymmetrie worden waargenomen als gedetailleerd met behulp van de gele en rode lijnen. Met behulp van de beeldvormingssoftwa...

Watch this Scientific Journal Video about Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants at JoVE.com

Treatment of Facial Deformities using 3D Planning and Printing of Patient-Specific Implants

Naarmate de technologie zich ontwikkelt en gebruiksvriendelijker wordt, moet de planning van operaties en patiëntspecifieke chirurgische gidsen en fixatieplaten door de chirurg worden uitgevoerd. We presenteren een protocol voor 3D-planning van orthognathic skeletbewegingen en 3D-planning en afdrukken van patiëntspecifieke fixatieplaten en chirurgische gidsen.

Behandeling van gezichtsmisvormingen met behulp van 3D-planning en afdrukken van patiëntspecifieke implantaten

Technological advancements in surgical planning and patient-specific implants are constantly evolving. One can either adopt the technology to achieve ...

Dit protocol vergemakkelijkt de virtuele behandeling van patiënten met gezichtsmisvormingen en het creëren van nieuwe chirurgische gidsen en fixatieplaten voor de operatie die we plannen. De voordelen van deze techniek zijn volledige chirurgische controle, de mogelijkheid om osteotomies en fixatieplaten te plannen, een aanzienlijk lagere kosten- en operatieduur, een superieure prestaties en zeer nauwkeurige resultaten. Deze techniek kan worden gebruikt met elke chirurgische ingreep die benige veranderingen vereist als het mogelijk maakt de creatie van gepersonaliseerde chirurgische gidsen en fixatie platen.We gebruiken dit protocol momenteel voor onderzoek bij konijnen met behulp van gepersonaliseerde steigers. Ook deze programma's zijn zeer gebruiksvriendelijk. Het kan even duren om het computerondersteunde ontwerpproces onder de knie te krijgen.Patiënten en de praktijk zullen helpen met het leerproces. Aangezien de methode is gebaseerd op virtuele planning, kan het observeren van elke fase van het proces zeer nuttig zijn. Om de kaakherpositionering te plannen, laadt u de berekende tomografie van het gezichtsbot van de patiënt in de juiste beeldvormingssoftware.Als u de bewerkingsmodus voor toekomstige bewerkingssessies wilt invoeren, klikt u op 3D en bewerken. Gebruik de oriëntatieknop om de 3D-afbeelding te oriënteren en de röntgenknoppen te bouwen om een panoramische afbeelding te maken. Open Tools, Orthognathic chirurgische planning, start nieuwe workup en positioneer de segmenten binnen het panoramische beeld.Snijd elk segment bij om het gebied van het overeenkomstige bot te bevatten en selecteer de juiste osteotomie voor de patiënt, het verplaatsen van de gele cirkels om de exacte locatie van de osteotomielijnen te markeren. Klik vervolgens op elke locatie om de locatie voor elke mijlpaal van belang te markeren. Als u bewegingen van botsegmenten wilt uitvoeren, klikt u met de rechtermuisknop en selecteert u invoerbewegingen met toetsenbord om het bot naar de juiste locatie te verplaatsen.Als u de beweging van belangrijke oriëntatiepunten wilt bijhouden, klikt u op Opties behandelen en selecteert u oriëntatiepuntsverschuiving in meettabellen. Gebruik vervolgens de diabalk, de exportsegmenten en de STL-knop om de STL-bestanden van de pre- en een in de postoperatieve botposities te exporteren. Om de specifieke fixatieplaten en chirurgische geleiders van de patiënt voor te bereiden, importeert u de STL-bestanden met de positie van de bovenkaak en het middenwand na de osteotomie en de herpositionering naar de uiteindelijke positie in het juiste 3D-ontwerpsoftwareprogramma.Selecteer onder het menu Vlakken de optie Vlak maken en verplaats het vlak parallel aan het bot waar de plaat wordt geplaatst. Gebruik een cirkelvorm uit het schetsmenu om een cirkel te maken met een grootte die geschikt is voor het gebruik van de schroeven en maak een drie millimeter grotere tweede cirkel rond de vorige cirkel om de fixatieplaat te schetsen. Plaats kopieën van de cirkels over de schroefposities.Gebruik onder curven het gereedschap projectschets om de cirkels te selecteren die van het vlak naar het bot worden overgebracht. Als u de buitenste cirkels voor het ontwerp van de buitenrandplaat wilt aansluiten, selecteert u het gereedschap splitsen en definieert u het deel van de cirkel dat wordt verwijderd om verbinding met de aangrenzende cirkels mogelijk te maken. Selecteer met de optie selecteren het gedefinieerde deel van de cirkel en verwijder het.Met behulp van het gereedschap tekencurve verbindt u de buitenste cirkels om een continue buitenste vorm van de specifieke plaat van de patiënt te maken. Voordat u de fixatieplaat maakt, klikt u met de rechtermuisknop om duplicaat te dupliceren en dupliceren in de lijst met objecten om de bovenkaak te dupliceren. Selecteer in het menu Detailklei het reliëf met curve om het volume van de fixatieplaat te wijzigen op basis van de eerder geprojecteerde curven.Selecteer de buitenste vormcurve en plaats de cirkelvormige cursor erin op het oppervlak van de gevormde plaat aan de te houden kant. Stel de parameters van de functie in, voornamelijk de afstand om de dikte van de toekomstige fixatieplaat te regelen en de plaat van de bovenkaak te scheiden. Klik met de rechtermuisknop op de oorspronkelijke bovenkaak en klik op Booleaan, Verwijder uit een bovenkaak met plaat.Als u de gaten voor de schroeven wilt maken, selecteert u de te snijden cirkels en selecteert u in het menu Sub D-oppervlakken het gereedschap Draadgesneden sub D in de cirkels van belang om staven te maken die loodrecht op de plaat staan in de grootte van de gewenste gaten. Gebruik vervolgens Boolean en verwijder uit om elke staaf te selecteren die van de plaat moet worden afgetrokken. Om de hulplijnen te maken, verplaatst u de bovenkaak naar de oorspronkelijke locatie, maar met de schroefgaten gemarkeerd.Selecteer onder het menu Klei selecteren de optie Stukken registreren en selecteer de bovenste taakpostbeweging voor de bron in de bovenkaak en het midden van de rechter voordat de beweging voor het doel wordt verplaatst. Het is essentieel om de maxilla uit te lijnen met de fixatieplaatgaten om ervoor te zorgen dat de chirurgische geleidingsplanning gebaseerd zal zijn op de juiste positie van de laatste gaten. Maak vervolgens, op basis van nieuw geplaatste gaten, de chirurgische geleiders zoals aangetoond voor de fixatieplaten.In deze beelden worden de retrognathische bovenkaak en prognathische onderkaak van een 23-jarige vrouw getoond die op jongere leeftijd last had van condylar hyperplasie en de verschillen tussen de kaken vertoont. In de frontale weergave kan de ernstige asymmetrie nog duidelijker worden waargenomen. Met behulp van imaging software zoals aangetoond, een chirurgische behandeling plan op basis van de laterale cephalometrische analyse kan worden uitgevoerd.De 3D. STL-bestanden werden geïmporteerd in de 3D-ontwerpsoftware in zowel pre- als post geplande benige bewegingsstappen om de planning van de patiëntspecifieke fixatieplaat mogelijk te maken. De chirurgische gids werd vervolgens gepland en de plaat kon vervolgens worden geïmplanteerd via bimaxillaire chirurgie wat resulteert in correctie van de ernstige kaakasymmetrie en discrepanties.Deze methode kan worden toegepast op bijna elk chirurgisch bot voor zowel de creatie van chirurgische gidsen en het maken van fixatieplaten na ablatieoperatie of fractuurbehandeling. Deze techniek vergemakkelijkt het maken van nieuwe chirurgische gidsen en platen. We hebben bijvoorbeeld breukreductiegeleiders gemaakt voor gebruik in de operatiekamer.

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Een pijpleiding voor 3D Multimodaliteit Image Integratie en computer-aided planning in epilepsiechirurgie

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

Radiation Planning Assistant - A Streamlined, Fully Automated Radiotherapy Treatment Planning System

Straling Plan Assistant - een gestroomlijnde, geautomatiseerde volledig behandeling van de radiotherapie Planning systeem

The Radiation Planning Assistant (RPA) is a system developed for the fully automated creation of radiotherapy treatment plans, including volume-modulated ...

Multicolor 3D Printing of Complex Intracranial Tumors in Neurosurgery

Multicolor 3D printen van complexe intracraniële tumoren in Neurochirurgie

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

Augmented Reality en 3D-printen combineren om patiënt modellen op een smartphone weer te geven

Augmented reality (AR) has great potential in education, training, and surgical guidance in the medical field. Its combination with three-dimensional (3D) ...

Novel Percutaneous Approach for Deployment of 3D Printed Coronary Stenosis Implants in Swine Models of Ischemic Heart Disease

Nieuwe percutane benadering voor de inzet van 3D-geprinte coronaire stenose implantaten in varkensmodellen van ischemische hart-en vaatziekten

Minimally invasive methods for creating models of focal coronary narrowing in large animals are challenging. Rapid prototyping using three-dimensionally ...

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

3D-planning en -print van patiëntspecifieke implantaten voor de reconstructie van bony-defecten

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 ...

Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training

Ontwikkeling en evaluatie van 3D-geprinte cardiovasculaire phantoms voor interventionele planning en training

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-printen en elektrospinning combineren om biomimetische hartklepfolders te produceren

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-printmodel van de specifieke lendenwervel van een patiënt

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 

Een 3D digitaal model voor de diagnose en behandeling van longknobbels

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