하악골의 컴퓨터 지원 재건을 위한 수술 후 평가 지침
Summary
여기서, 우리는 수술 후 정확도 평가에 관한 연구 들 간의 균일성을 만들기 위해 하악골의 컴퓨터 지원 재건을위한 실용적이고 실현 가능하며 재현 가능한 평가 지침을 제안합니다. 이 프로토콜은 계속되며 이 평가 지침의 이전 게시를 지정합니다.
Abstract
수술 후 정확도의 유효한 비교는 하악골의 컴퓨터 지원 재건 결과 화상 진찰 양식에 있는 이질성 때문에 어렵습니다, 하악결함 분류 및 연구 결과 사이 평가 방법론. 이 가이드라인은 3차원(3D) 모델의 이미징, 하악 결함 분류 및 부피 평가를 안내하는 단계별 접근법을 사용하며, 그 후 합법화된 정량적 정확도 평가 방법을 수행할 수 있습니다. 수술 후 임상 상황과 수술 전 가상 계획 사이에. 하악골의 보조체와 수직 및 수평 모서리는 컴퓨터 보조 수술 (CAS) 소프트웨어에서 가상 라인을 정의하는 뼈 랜드 마크로 사용됩니다. 이러한 선 들 사이 축 축, 관상 및 두 시상 하악각 (neo)하악의 사전 및 수술 후 3D 모델모두에서 계산 되고 이후에 편차가 계산됩니다. 수술 후 3D 모델을 XYZ 축에 고정된 수술 전 계획 된 3D 모델에 중첩하여 수술 전 및 사후 계획 치과 임플란트 위치 사이의 편차를 계산할 수 있습니다. 이 프로토콜은 계속되며 이 평가 지침의 이전 게시를 지정합니다.
Introduction
재건 수술에서 컴퓨터 지원 수술 (CAS)는 4 개의 연속적인 단계를 포함: 가상 계획 단계, 3 차원 (3D) 모델링 단계, 수술 단계, 그리고 수술 후 평가 단계1. 계획 단계는 두개안면 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 검사및 기증자 사이트 CT 또는 CT 혈관 조영술 (CTA) 검사의 취득으로 시작됩니다. 다양한 조직 유형은 Hounsfield 단위 (HU)(인간 뼈 [+1000 HU]), 물 [0 HU], 및 공기 [-1000 HU])에 따라 원거리 특정 회색 값으로 복셀을 스캔하는 X 선 감쇠의 양에 해당합니다. 이러한 이미지는 의학 (DICOM) 파일 형식의 디지털 이미징 및 통신에 저장됩니다. 세분화 소프트웨어에서 관심 영역(ROI)을 선택하면 3D 모델을2개생성할 수 있습니다. 가장 인기 있고 실현 가능한 세분화 기술은 임계값입니다: 선택한 HU 임계값 위의 복셀은 ROI에 동봉됩니다. 이러한 복셀은 이후에 STL(표준 테셀레이션 언어) 파일 포맷3의3D 모델로 변환되고 CAS 소프트웨어에 업로드되어 골다툼을 계획하고 3D 장치4를설계합니다. 모델링 단계에서 설계된 장치는 3D 인쇄 및 멸균된 후 수술 단계가 수행됩니다. 최종 평가 단계는 환자의 두개골의 수술 후 CT 스캔으로 구성되며 수술 전 가상 계획과 수술 후 결과를 비교하는 정확도 분석이 뒤따릅니다.
최근 발표된 컴퓨터 보조 하악골 재건의 정확성에 관한 체계적인 검토는 이미지 수집, 하악 결함 분류 및 평가 방법론에서 이질성을 보였습니다. 이 이질성은 연구 결과 사이 수술 후 단단한 조직 정확도 결과의 유효한 비교를제한합니다 5. 하악골 재건 과정에서 CAS 단계의 표준화는 모든 다른 CAS 프로세스에 대한 적합성 Européenne (CE) 인증을 요구하는 새로운 유럽 연합 의료 기기 규정 (MDR)으로 인해 중요하며, 이는 2020 년 봄부터 운영될 것입니다6. 여기서, 우리는 수술 후 정확도 평가에 관한 연구 들 사이의 균일성을 만들기 위해 하악골의 컴퓨터 지원 재건에 대한 실용적이고 실현 가능하고 재현 가능한 평가 지침을 제시합니다. 이 프로토콜은 계속하고 이 평가 지침7의이전 간행물을 지정합니다, 현재 하악골 재건의 모든 다른 모형이 기능에 관하여 내분할 수 있는 결과 범위를 발견하는 것을 목표로 하는 그들의 정확도를 위해 분석될 대규모 다중 센터 코호트 연구 결과에서 시험되고 있는.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 수술 후 평가 지침은 컴퓨터 보조 하악골 재건의 정확도 분석의 균일성을 높이는 것을 목표로합니다. 초점은 하악 골 재건의 성공을 결정하는 네 가지 구성 요소에 있습니다 : (1) 두 condyles의 위치, (2) 절골술 평면의 각도, (3) 뼈 이식 부분의 크기, 위치 및 고정, 및 (4) 유도 치과의 위치 임플란트(가상 계획에 즉시 수행되고 포함된 경우).
제안된 프로토콜의 첫 번째 단계에서는 CT 이미지의 품질이 분할된 STL 모델의 볼륨 정확도에 영향을 미치기 때문에 수술 전 및 수술 후 이미징모두에 대해 MDCT 스캐닝을 권장합니다. 가장 큰 부피 편차는 원뿔형 빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT) 스캐너 DICOM데이터(11)에서분할된 STL 모델에서 발견된다. 이러한 부피 편차는 3D 인쇄 템플릿 및 가이드의 정확도 및 피팅에 영향을 미치므로 수술 전 및 수술 후 STL 모델 간의 수술 후 정확도 측정에도 영향을 미칩니다. 따라서 CAS를 사용하여 하악 재건을 위해 수술 전 및 수술 후 이미징 모두에서 MDCT 스캐너를 사용하는 것이 좋습니다. 슬라이스 두께는 STL 체적 정확도에서 가장 큰 영향을 미치는 요소이며 설정해야 합니다.lt;1.25 mm. 슬라이스 두께가 높을수록 STL 모델의 세부 정보가 손실되고 정확도측정값 12,13에영향을 미칩니다. 최근 발표된 하악골 재건의 정확도에 대한 체계적인 검토는저자5에의해 사용되는 CT 스캐너 파라미터의 재료 및 방법 섹션에서 불량한 설명을 보였다. 우리의 의견으로는, CAS 연구는 항상 재료 및 방법 섹션에서 수술 전 및 수술 후 이미징 양식의 유형과 매개 변수를 지정해야합니다. 뼈 이식편 세그먼트의 부피, 모양 및 위치의 장기적인 변화를 피하기 위해 수술 후 MDCT 스캔은 재건 후 6주 이내에 수행되어야 합니다14. 보조 방사선 요법의 경우,하악골(15)에서방사선 관련 병리를 피하기 위해 치료 전에 제1 수술 후 MDCT 스캔을 사용한다.
하악 결함의 분류는 유사한 복잡성과 재건을 비교하는 데 필요합니다. 2016년, Brown et al.8은 클래스 번호와 재구성의 복잡성 사이의 관계가 있는 4개의 클래스를 설명하는 하악 결함 분류를 제안했습니다. 재구성의 정확성을 평가하기 위해 CAS 소프트웨어에서 수술 전 및 사후 STL 모델의 정렬은 몇 가지 어려움을 야기합니다. 중첩 소프트웨어 도구는 STL 모델(소스)의 선택된 부분을 이동하여 STL 모델(참조)의 고정 된 부분과 가장 일치하도록 반복적 최면점 알고리즘을 사용합니다. 그러나, 전체(neo)하악제의 중첩은하악(16)의수술 후 임상 위치를 나타내지 않는 전체 재건의 변화로 이어질 것이다, 재건 판(들)의 산란으로 인해 부정확하다. 재건축(17)의고립된 부분을 중첩하면서도 동일한 문제가 발생한다. 상악골과 두개골을 포함한 하악골의 중첩은 구강 개방이 수술 전 및 수술 후 스캐닝 중에 항상 다를 것이기 때문에 부정확합니다. 따라서, (네오) 하악의 수술 후 위치를 평가하기 위해 우리는 하악각을 만들기로 결정 (De Maesschalck등. 18)모두 수술 전 및 사후 STL 모델에 별도로 중첩 문제를 우회. 그러나 치과 용 임플란트 위치를 평가하기 위해 중첩 소프트웨어 도구를 사용하여 두 모델을 정렬해야합니다. 수술 전 및 수술 후 STL 모델을 임상 수술 후 상악 관계에 가장 가까운 접근법과 일치시키기 위해, 우리는 두 condylar 프로세스의 중첩이 가장 실현 가능하고 표준화되고 재현 가능한 방법이라고 믿습니다. 두 condyles의 수술 후 위치는 부정확한 신생아 재건에 의해 영향을 받을 수 있지만, 간 맥악관계는 중간선에 수용될 것이고 따라서중간평면(19)주위의 두 컨딜의 위치를 평균한다. 당사의 프로토콜에서는 수술 전 STL 모델만이 CAS 소프트웨어의 평면 라인 포인트 도구를 사용하여 XYZ 축에 신속하게 고정되며, 이는 치과 임플란트의 수술 후 편차를 결정할 수 있는 벤치마크를 나타냅니다. XYZ 축의 고정 된 두개골 위치는 케이스 사이의 작은 두개골 차이로 이어질 수 있습니다. 그러나, 이것은 치과 임플란트 측정에 영향을 미치지 않으며, 수술 후 3D 모델이 고정 수술 전 3D 모델에 중첩될 때 치과 임플란트 위치 사이의 거리 XYZ에 대한 결과가 없기 때문에 반복적 인 가장 가까운 포인트 알고리즘을 위해 선택된 두 개의 콘딜만있습니다.
전술한 바와 같이, De Maesschalck 외18은 대골 법체 결정의 필요성을 우회하고 중첩 도구의 사용을 우회하여 CAS를 사용하여 하악골 재건의 경질 조직 정확도에 대한 평가 방법을 개척했습니다. 이 방법의 가장 심각한 단점은 표준화및 재현할 필요가 있는 중증 평면을 결정하는 데 사용되는 방법을 지정하지 못했다는 것입니다. 또한 사실상 계획된 치과 용 임플란트가 포함되어 있지 않으며 하악 골 재건의 복잡성 사이의 차별화가 부족합니다. 우리는 미래에 가이드 치과 임플란트를 적용하는 저자의 수가 증가 할 가능성이 있기 때문에 우리의 프로토콜에 사실상 계획 된 치과 임플란트의 수술 후 위치의 평가를 포함. 2016년 Schepers etal. 20은 치과 용 임플란트당 중심점 편차(mm) 및 각도 편차(°)를 측정하여 CAS를 이용한 하악골 재건에서 사실상 계획된 치과 용 임플란트에 대한 우수한 수술 후 평가 방법을 제안했습니다. 이 방법의 주요 한계는 타당성을 감소시키고 전체 재건의 정확성개요를 상실하는 임플란트 당 측정량입니다. 우리는 거리 XYZ (mm의 dXYZ)를 측정하여 치과 임플란트 당 하나의 요약 번호를 결정하여 보다 단순화 된 방법을 제안한다. 치과 재활과 관련하여 치과 임플란트의 목 위치는 미래의 보철에 결정적입니다. 따라서, 우리의 평가 프로토콜은 수술 전 및 수술 후 STL 모델에서 치과 임플란트의 목에 가상 포인트를 만드는 것이 좋습니다. 치과 용 임플란트의 평가를 실현 가능하게 유지하기 위해 각도 편차 측정을 건너 뛰기로 결정했는데, 이는 최대 15°의 각도 편차가 각진 임플란트 어버트먼트로 교정될 수 있기 때문입니다.
우리의 제안된 지침은 모든 유형의 기증자 부위에 적용가능하며 다양한 뼈 이식 고정 가능성을 허용합니다. 또한 수술 후 이미징에서 금속 고정 부품의 CT 산란은 지침5의측정에 영향을 미치지 않습니다. 이 평가 지침에서는 IM inPrint 3.0 및 GOM 검사 전문가 2019를 사용했습니다. 그러나 이 프로토콜은 모든 CAS 소프트웨어 패키지에서 사용할 수 있는 소프트웨어 도구를 설명합니다. 이 지침은 CAS 단계 동안 정확도와 모든 다른 접근 방식 간의 관계를 객관화하기 위해 훨씬 더 표준화되고 균일한 접근 방식에 기여하는 것을 목표로 합니다. 브라운 클래스당 허용 가능한 하악각 편차, 사실상 계획된 치과 임플란트의 수술 후 위치와의 관계, 미래의 보철에 허용되는 치과 임플란트 편차(dXYZ)를 결정하는 데 있어 더 많은 진전이 있습니다. 현재, 우리 부서는 또한 고려 위의 모든 변수를 소요 큰 코호트에서이 가이드 라인을 검증하기 위해 멀티 센터 연구를 실시하고있다.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 공공, 상업 또는 비영리 부문의 자금 조달 기관으로부터 특정 보조금을받지 못했습니다.
Materials
| GOM Inspect Professional 2019 | GOM | Evaluation software | |
| Mimics inPrint 3.0 | Materialise | Image-based 3D medical software |
References
- Rodby, K. A., et al. Advances in oncologic head and neck reconstruction: systematic review and future considerations of virtual surgical planning and computer aided design/computer aided modeling. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 67 (9), 1171-1185 (2014).
- Rengier, F., et al. 3D printing based on imaging data: review of medical applications. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 5 (4), 335-341 (2010).
- Marro, A., Bandukwala, T., Mak, W. Three-Dimensional Printing and Medical Imaging: A Review of the Methods and Applications. Current Problems in Diagnostic Radiology. 45 (1), 2-9 (2016).
- Mitsouras, D., et al. Medical 3D Printing for the Radiologist. Radiographics. 35 (7), 1965-1988 (2015).
- van Baar, G. J. C., Forouzanfar, T., Liberton, N., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A systematic review. Oral Oncology. 84, 52-60 (2018).
- European Union Medical Device Regulation. Regulation (EU) 2017/745 of the European Parliament and of the Council of 5 April 2017 on medical devices, amending Directive 2001/83/EC, Regulation (EC) No 178/2002 and Regulation (EC) No 1223/2009 and repealing Council Directives 90/385/EEC and 93/42/EEC. Official Journal of the European Union. 60 (117), (2017).
- van Baar, G. J. C., Liberton, N., Forouzanfar, T., Winters, H. A. H., Leusink, F. K. J. Accuracy of computer-assisted surgery in mandibular reconstruction: A postoperative evaluation guideline. Oral Oncology. 88, 1-8 (2019).
- Brown, J. S., Barry, C., Ho, M., Shaw, R. A new classification for mandibular defects after oncological resection. Lancet Oncology. 17 (1), e23-e30 (2016).
- Pittayapat, P., et al. Three-dimensional Frankfort horizontal plane for 3D cephalometry: a comparative assessment of conventional versus novel landmarks and horizontal planes. European Journal of Orthodontics. 40 (3), 239-248 (2018).
- Green, M. N., Bloom, J. M., Kulbersh, R. A simple and accurate craniofacial midsagittal plane definition. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 152 (3), 355-363 (2017).
- van Eijnatten, M. B. F., de Graaf, P., Koivisto, J., Forouzanfar, T., Wolff, J. Influence of ct parameters on stl model accuracy. Rapid Prototyping Journal. 24 (4), 679-685 (2017).
- Whyms, B. J., et al. The effect of computed tomographic scanner parameters and 3-dimensional volume rendering techniques on the accuracy of linear, angular, and volumetric measurements of the mandible. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 115 (5), 682-691 (2013).
- Taft, R. M., Kondor, S., Grant, G. T. Accuracy of rapid prototype models for head and neck reconstruction. Journal of Prosthetic Dentistry. 106 (6), 399-408 (2011).
- Disa, J. J., Winters, R. M., Hidalgo, D. A. Long-term evaluation of bone mass in free fibula flap mandible reconstruction. The American Journal of Surgery. 174 (5), 503-506 (1997).
- Jereczek-Fossa, B. A., Orecchia, R. Radiotherapy-induced mandibular bone complications. Cancer Treatments Reviews. 28 (1), 65-74 (2002).
- Tarsitano, A., et al. Accuracy of CAD/CAM mandibular reconstruction: A three-dimensional, fully virtual outcome evaluation method. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 46 (7), 1121-1125 (2018).
- Roser, S. M., et al. The accuracy of virtual surgical planning in free fibula mandibular reconstruction: comparison of planned and final results. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 68 (11), 2824-2832 (2010).
- De Maesschalck, T., Courvoisier, D. S., Scolozzi, P. Computer-assisted versus traditional freehand technique in fibular free flap mandibular reconstruction: a morphological comparative study. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 274 (1), 517-526 (2017).
- Hidalgo, D. A., Pusic, A. L. Free-flap mandibular reconstruction: a 10-year follow-up study. Plastic and Reconstructive Surgery. 110 (2), 438-451 (2002).
- Schepers, R. H., et al. Accuracy of secondary maxillofacial reconstruction with prefabricated fibula grafts using 3D planning and guided reconstruction. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 44 (4), 392-399 (2016).
