Una linea guida di valutazione postoperatoria per la ricostruzione assistita dal computer della mandibola
Summary
Qui proponiamo una linea guida di valutazione pratica, fattibile e riproducibile per la ricostruzione assistita dal computer della mandiboriera al fine di creare uniformità tra gli studi riguardanti la valutazione dell’accuratezza postoperatoria. Questo protocollo continua e specifica una pubblicazione precedente di questa linea guida di valutazione.
Abstract
I confronti validi dell’accuratezza postoperatoria nella ricostruzione assistita dal computer della mandible sono difficili a causa dell’eterogeneità nelle modalità di imaging, della classificazione dei difetti mandibolare e delle metodologie di valutazione tra gli studi. Questa linea guida utilizza un approccio passo-passo che guida il processo di imaging, la classificazione dei difetti mandibolare e la valutazione del volume di modelli tridimensionali (3D), dopo di che è possibile eseguire un metodo di valutazione dell’accuratezza quantitativa legittimato tra la situazione clinica postoperatoria e il piano virtuale preoperatorio. I condili e gli angoli verticali e orizzontali della mandibola sono utilizzati come punti di riferimento ossei per definire le linee virtuali nel software di chirurgia assistita da computer (CAS). Tra queste linee gli angoli mandibolidi assiali, coronali ed entrambi sagittali sono calcolati su entrambi i modelli 3D pre e postoperatori della mandibola (neo) e successivamente vengono calcolate le deviazioni. Sovrapponendo il modello 3D postoperatorio al modello 3D preoperatorio virtualmente pianificato, fissato all’asse XYz, è possibile calcolare la deviazione tra le posizioni degli impianti dentali pre e postoperatorie praticamente pianificate. Questo protocollo continua e specifica una pubblicazione precedente di questa linea guida di valutazione.
Introduction
La chirurgia computerizzata (CAS) in chirurgia ricostruttiva prevede quattro fasi consecutive: una fase di pianificazione virtuale, una fase di modellazione tridimensionale (3D), una fase chirurgica e una fase di valutazione postoperatoria1. La fase di pianificazione inizia con l’ottenimento di una tomografia computerizzata craniofacciale (TC) e di una scansione tC o angiografia CTA (sito donatore). Diversi tipi di tessuto corrispondono a una quantità di attenuazione dei raggi X, che porta a voxel di scansione con un valore grigio specifico variato in base alle unità di Hounsfield (HU) (osso umano [1000 HU], acqua [0 HU] e aria [-1000 HU]). Queste immagini sono memorizzate nel formato di file Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Selezionando le aree di interesse (ROI) nel software di segmentazione, è possibile generare modelli 3D2. La tecnica di segmentazione più popolare e fattibile è la soglia: i voxel al di sopra di un valore di soglia HU selezionato sono racchiusi nel ROI. Questi voxel vengono successivamente convertiti in modelli 3D nel formato di file Standard Tessellation Language (STL)3e caricati nel software CAS per pianificare le osteotomie e per progettare dispositivi 3D4. Durante la fase di modellazione, i dispositivi progettati vengono stampati in 3D e sterilizzati, seguiti dalla fase chirurgica. La fase di valutazione finale consiste in una TAC postoperatoria del cranio del paziente, seguita da un’analisi di precisione che confronta il risultato postoperatorio con il piano virtuale preoperatorio.
La nostra revisione sistematica recentemente pubblicata per quanto riguarda l’accuratezza delle ricostruzioni mandibolali assistite dal computer ha mostrato eterogeneità nell’acquisizione delle immagini, nella classificazione dei difetti mandibolari e nelle metodologie di valutazione. Questa eterogeneità limita i confronti validi dei risultati di accuratezza dei tessuti duri postoperatori tra gli studi5. La standardizzazione delle fasi CAS nel processo di ricostruzione mandibolare è importante a causa della nuova normativa dell’Unione europea sui dispositivi medici (MDR), che richiede la certificazione Conformité Européenne (CE) per tutti i diversi processi CAS e che sarà operativa a partire dalla primavera 20206. Qui presentiamo una linea guida di valutazione pratica, fattibile e riproducibile per ricostruzioni computerizzati della mandiera al fine di creare uniformità tra gli studi riguardanti la valutazione dell’accuratezza postoperatoria. Questo protocollo continua e specifica una precedente pubblicazione di questa guida di valutazione7, attualmente in fase di test in un grande studio di coorte multicentrico in cui tutti i diversi tipi di ricostruzioni mandibolare saranno analizzati per la loro precisione con l’obiettivo di scoprire intervalli di risultati tollerabili per quanto riguarda la funzionalità.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questa linea guida di valutazione postoperatoria mira a facilitare una maggiore uniformità di analisi di precisione delle ricostruzioni mandibolali assistite dal computer. L’attenzione è rivolta a quattro componenti che determinano il successo della ricostruzione mandibolare: (1) la posizione di entrambi i condili, (2) gli angoli dei piani osteotomia, (3) la dimensione, la posizione e la fissazione dei segmenti di innesto osseo e (4) la posizione dei piani dentali guidati impianti (se eseguiti immediatamente e inclusi nella pianificazione virtuale).
Nella prima fase del protocollo proposto, si consiglia la scansione MDCT per l’imaging pre e postoperatorio, poiché la qualità delle immagini CT influisce sull’accuratezza del volume dei modelli STL segmentati. Le maggiori deviazioni di volume si riscontrano nei modelli STL segmentati dai dati DICOM dello scanner dello scanner Acono beam (CBCT)11. Queste deviazioni di volume influenzano la precisione e il montaggio di modelli e guide stampati in 3D, influenzando così anche le misurazioni della precisione postoperatoria tra i modelli STL pre e postoperatori. Pertanto, si consiglia l’uso di scanner MDCT nell’imaging pre e postoperatorio per la ricostruzione mandibolare tramite CAS. Lo spessore della sezione è il fattore di influenza più in termini di precisione del volume STL e deve essere impostato <1,25 mm. Uno spessore di fetta più elevato produce una perdita di dettagli o più nei modelli STL e influisce sulle misure di precisione12,13. Una revisione sistematica recentemente pubblicata sulla precisione nella ricostruzione mandibolare utilizzando CAS ha mostrato una scarsa descrizione nella sezione dei materiali e dei metodi dei parametri dello scanner CT utilizzati dagli autori5. A nostro avviso, gli studi CAS dovrebbero sempre specificare il tipo e i parametri delle modalità di imaging pre e postoperatorio nella sezione dei materiali e dei metodi. Al fine di evitare cambiamenti a lungo termine nel volume, nella forma e nella posizione dei segmenti dell’innesto osseo, la scansione MDCT postoperatoria deve essere eseguita entro sei settimane dalla ricostruzione14. In caso di radioterapia adiuvante, utilizzare la prima scansione MDCT postoperatoria prima della terapia per evitare la patologia correlata alle radiazioni nell’osso mandibolare15.
La classificazione dei difetti mandibolici è necessaria per confrontare le ricostruzioni con una complessità simile. Nel 2016, Brown et al.8 ha proposto una classificazione dei difetti mandibolare che descrive quattro classi, con una relazione tra il numero di classe e la complessità della ricostruzione. L’allineamento dei modelli STL pre e postoperatori nel software CAS per valutare l’accuratezza della ricostruzione introduce alcune difficoltà. Lo strumento software di sovrapposizione sposta una parte selezionata di un modello STL (l’origine) per corrispondere al meglio a una parte fissa di un modello STL (il riferimento) utilizzando un algoritmo iterativo del punto più vicino. Tuttavia, la sovrapposizione dell’intera (neo) mandibola è imprecisa a causa della dispersione delle placche di ricostruzione, che porterà a spostamenti dell’intera ricostruzione, non rappresentando la posizione clinica postoperatoria della mandibola16. Lo stesso problema viene introdotto sovrapponendo parti isolate della ricostruzione17. Sovrapposizione della mandibola tra cui la mascella e cranio è imprecisa perché l’apertura della bocca sarà sempre diversa durante la scansione pre e postoperatoria. Pertanto, per valutare la posizione postoperatoria del (neo)mandible abbiamo deciso di creare angoli mandibolici (introdotti da De Maesschalck et al.18) su entrambi i modelli STL pre e postoperatori opostoperatori a modo da aggirare separatamente i problemi di sovrapposizione. Tuttavia, per valutare le posizioni degli impianti dentali avevamo necessariamente bisogno di allineare entrambi i modelli, utilizzando lo strumento software di sovrapposizione. Per allineare i modelli STL pre e postoperatori con l’approccio più vicino alla relazione intermaxillaria postoperatoria, crediamo che la sovrapposizione di entrambi i processi condylar sia il metodo più fattibile, standardizzato e riproducibile. Anche se la posizione postoperatoria di entrambi i condili può essere influenzata da una ricostruzione neomandibile imprecisa, la relazione intermascellare si adatta alla linea mediana e quindi calcola la posizione di entrambi i condili intorno al piano midsagittale19. Nel nostro protocollo, solo il modello STL preoperatorio viene rapidamente fissato all’asse XYz utilizzando uno strumento a punto piano nel software CAS, che rappresenta un benchmark da cui è possibile determinare le deviazioni postoperatorie degli impianti dentali. La posizione fissa del cranio sull’asse XYz può portare a piccole differenze cefalometriche tra i casi. Tuttavia, questo non ha alcuna influenza sulle misurazioni dell’impianto dentale, perché non ha conseguenze per la distanza XYz in mm tra le posizioni dell’impianto dentale quando il modello 3D postoperatorio è sovrapposto al modello 3D preoperatorio fisso con entrambi i condili selezionati per l’algoritmo iterativo del punto più vicino.
Come descritto in precedenza, De Maesschalck et al.18 ha aperto la strada a un metodo di valutazione per l’accuratezza dei tessuti duri della ricostruzione mandibolare utilizzando CAS, bypassando la necessità di determinazione del piano di osteotomia e bypassando l’uso di uno strumento di sovrapposizione. Lo svantaggio più grave di questo metodo è che non è riuscito a specificare il metodo utilizzato per determinare il piano midsagittale, che deve essere standardizzato e riproducibile. Inoltre, non sono inclusi impianti dentali virtualmente pianificati e manca una differenziazione tra la complessità delle ricostruzioni mandibolare. Abbiamo incluso la valutazione delle posizioni postoperatorie di impianti dentali virtualmente pianificati nel nostro protocollo perché il numero di autori che applicano impianti dentali guidati in futuro è destinato ad aumentare. Nel 2016, Schepers et al.20 hanno proposto un eccellente metodo di valutazione postoperatorio per impianti dentali virtualmente pianificati nella ricostruzione mandibolare utilizzando CAS misurando la deviazione del punto centrale (mm) e la deviazione angolare (ometro) per impianto. La limitazione principale di questo metodo è la quantità di misure per impianto che diminuisce la fattibilità e si traduce in perdita di panoramica della precisione dell’intera ricostruzione. Proponiamo un metodo più semplificato determinando un numero ricapitolatore per impianto dentale misurando la distanza XY , dXY , in mm. Per quanto riguarda la riabilitazione dentale, la posizione del collo dell’impianto dentale è decisiva per le protesi future. Pertanto, il nostro protocollo di valutazione raccomanda di creare punti virtuali sul collo degli impianti dentali nei modelli STL pre e postoperatori. Per mantenere possibile la valutazione degli impianti dentali abbiamo deciso di saltare le misurazioni delle deviazioni angolari, perché le deviazioni angolari fino a 15 gradi possono essere corrette con abutments dell’impianto angolato.
La nostra linea guida proposta è applicabile a tutti i tipi di siti donatori e consente diverse possibilità di fissaggio dell’innesto osseo. Inoltre, la dispersione tC delle parti di fissaggio dei metalli nell’imaging postoperatorio non influenzerà le misurazioni della linea guida5. In questa linea guida di valutazione, abbiamo utilizzato Mimics inPrint 3.0 e GOM Inspect Professional 2019. Tuttavia, il protocollo descrive gli strumenti software che sono disponibili in tutti i pacchetti software CAS. Questa linea guida mira a contribuire a un approccio molto più standardizzato e uniforme per oggettivare le relazioni tra la precisione e tutti i diversi approcci durante le fasi CAS. C’è molto spazio per ulteriori progressi nella determinazione delle deviazioni accettabili dell’angolo mandibolare per classe Brown, il loro rapporto con le posizioni postoperatorie di impianti dentali virtualmente pianificati e deviazioni accettabili dell’impianto dentale (dXY) per protesi future. Attualmente, il nostro dipartimento sta conducendo uno studio multicentrico per convalidare questa linea guida in una grande coorte, che tiene conto anche di tutte le variabili di cui sopra.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca non ha ricevuto alcuna sovvenzione specifica da parte di agenzie di finanziamento nei settori pubblico, commerciale o senza scopo di lucro.
Materials
| GOM Inspect Professional 2019 | GOM | Evaluation software | |
| Mimics inPrint 3.0 | Materialise | Image-based 3D medical software |
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