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用于眼眶重建的个性化医学正在迅速发展。由于眼眶的脆弱性,骨折重建后的微小差异可能会导致视觉感知受损。在这里,我们描述了三种轨道缺陷虚拟 3D 重建的方法及其指示和正确重建的潜在陷阱。
眼眶骨折的重建可能具有挑战性。有限的暴露、涉及多个壁缺损以及可变的三维 (3D) 解剖结构导致在复杂病例中难以获得卓越的结果。使用患者特异性植入物重建眼眶缺损显示出巨大的前景。然而,在这些情况下,适当的虚拟计划至关重要,因此,了解解剖结构和计划的不同选项至关重要。该协议描述了三种重建缺陷的方法,并详细说明了每种方法的适应症。自动计算机重建是最简单的方法,但它主要用于小缺陷。骨折段的重新定位很简单,导致骨折壁具有良好的解剖连续性,但它需要非粉碎性骨折。镜像是粉碎性骨折的首选方法。这种方法的缺点是镜像阶段之后需要进行广泛的作,因此需要规划者对解剖结构和含义有高水平的理解。在对方法进行详细描述之后,展示了重建时应作为主要关注点的解剖结构以及被忽视的解剖结构。此外,还描述和讨论了遇到的陷阱以及如何避免它们。这些方法可以在内部使用或外包使用,但了解它们对于获得更好的结果至关重要,即使在外科医生没有计划的情况下也是如此。
三维 (3D) 革命正处于顶峰。我们使用的许多产品都是由 3D 打印机制造的。在医学领域,这项技术可实现卓越的精度,同时减少人为错误1。这种质量在手术领域最为重要,因为准确性至关重要。眼睛对于功能需求和审美感知都很重要2。眼眶是一个由 7 块骨头组成的骨骼腔,为眼球提供保护。骨性眼眶保护和支撑眼球。它包含神经、血管、肌肉和腺体结构。眼眶底部非常薄,主要由上颌骨的眼眶突构成。前外侧由颧骨组成,后侧由腭骨组成,这是眶底骨折的重要标志3。内侧眶壁从前泪嵴跨越到眶尖。纸糊板包括内侧壁的大部分,内侧壁是一块薄如纸的骨头,很容易骨折4.孤立性眼眶骨折占所有面部骨折的 4%-16%5。眼眶骨折可能导致眼睛位置发生变化,导致功能性视觉缺陷和审美障碍6。即使是骨性眼眶壁的微小移动也会对眼眶体积和球体位置产生重大影响5。因此,准确重建移位或粉碎的轨道壁至关重要。眶下神经内侧的眶底和内侧壁都相对较薄,在眼眶钝挫伤期间容易骨折4。影像学检查和体格检查对于诊断眼眶骨折很重要。大多数诊断性影像学检查方法包括计算机断层扫描 (CT) 的冠状切片7。眼科医生对受伤的眼眶进行全面评估是必要的,包括视力、眼压、眼球运动、瞳孔检查、视野、裂隙灯眼部检查、视网膜检查和外部检查。该检查也应在重建手术后进行。过去,眼眶缺损是使用骨移植物和后来的钛网重建的 7,8。通过经皮或经结膜手术方法使骨移植物或钛网适应缺损的有限暴露和困难性增加了对更准确方法的需求。引入了使用 3D 打印模型来预适应钛网9,然后是患者特异性植入物 (PSI) 以准确重建缺损10。近年来,PSI 在骨科、颌面外科和神经外科等不同外科领域的各种用途中变得越来越普遍。使用这种方法来减少骨折或在消融手术之前使用这种方法很多时候是直接的。然而,在眼眶中,复杂的解剖结构和多次粉碎的骨骼需要对眼眶解剖结构有深入的了解,以实现适当的重建11。
最近,发表了一篇关于这种方法与传统方法相比的准确性的工作,使用了一种新的 3D 分析方法。结果显示,使用 PSI 进行重建时,准确性提高了 2.7 倍。此外,观察到的长期并发症较少。然而,重要的是要认识到,即使是很小的错误也可能导致功能和美学缺陷;因此,熟悉 Orbital Reconstruction 的所有陷阱11 非常重要。本手稿详细介绍了用于轨道缺陷虚拟 3D 重建的三种方法,以及它们的适应症、优点和缺点。这将允许由临床医生或工程师在内部以及监督外包的 3D 重建。
该协议由机构伦理审查委员会批准,并根据赫尔辛基医学协议和伦理宣言进行。获得患者同意使用 CT 图像
1. 轨道分割
注意:此部分使用 D2P 软件(以下简称分割软件)执行。
2. 重建眼眶壁
注意:此部分使用 Geomagic Freeform(以下称为 3D 设计软件)执行。
3. 基于重建地板的患者特定种植体设计
注意:此部分使用 3D 设计软件执行。
该协议中描述的所有方法均在我们研究所应用。提出了一个具有代表性的案例来证明该方法的直接应用。 图 1 显示了眶底骨折的案例。 图 1A、B 分别显示了冠状位和矢状位 CT 视图中眶底的位移。请注意前后侧和侧外侧的大位移。存在外侧和内侧壁架,后壁架完好无损,但位于非常靠后的位置。
将 CT 上传到分割软件(图 2 和 图 3)。接下来,对断裂轨道(图 4、 图 5、 图 6 和 图 7)和地板(图 8 和 9)进行分割,创建两个 STL 文件。将 STL 文件上传到 3D 设计软件(补充图 1)。纠正了微小的间隙,并创建了一个网格(补充图 2)。间隙不够小,无法使用自动间隙填充(补充图 3)。无法将断裂的节段重新定位到正确的位置。请注意,该段的两个边缘都发生了位移,因此,仅旋转功能是不可能的(补充图 4)。粉碎太多了;因此,需要镜像技术(补充图 5 和 补充图 6)。重建的节段向下移动,以避免最终 PSI 过度投射到轨道空间中(补充图 7)。重要的是要记住,PSI 厚度大于商业预制轨道钛板的厚度。创建带有锚固臂和排水孔的 PSI(补充图 8 和 补充图 9)。锚固臂的曲率将有助于在术中找到网片的单个精确空间位置。网片的任何术中摇晃都意味着定位不当或设计错误。另外,请记住在锚固臂的设计中远离眶下孔。充足的引流孔是设计的强制性部分,以防止眶内水肿/血液积聚,从而构成发展眶室综合征的风险。
在用力引诱试验后,外科手术包括跗骨中切口。在这些情况下,经结膜切口也是可能的。骨膜下解剖后,暴露出眶壁缺损。向下移位到上颌窦的眼眶内容物升高,并且根据骨壁架和下眼眶缘(锚定臂)的准确解剖匹配,将 PSI 放置在明确的位置。在闭合手术切口之前再次进行强制引诱试验,该试验对眼球运动没有机械限制。此外,在解剖和种植体植入后检查眼球突出也很重要。缝合骨膜和皮肤。进行术后 CT。
图 1C、D 分别显示了在冠状位和矢状 CT 视图中使用 PSI 重建的眼眶。请注意,使用外侧和内侧壁架来支撑 PSI 放置,同时避开后壁架,因为它的位置非常靠后。将壁架放置在其上可能会导致移动受限和轨道体积的变化。因此,PSI 的后端被设计为与壁架相连。
图 1:眶底骨折患者的术前和术后成像。 (A) 术前冠状 CT 视图显示移位骨折段观察到的眶底骨折。(B) 同一患者的矢状面图显示下移位的眶底骨折。(C) 同一患者的术后冠状 CT 视图,显示使用 PSI 重建地板。请注意 PSI 的优越结构和位置。(D) 同一患者的矢状面视图。请注意使用 PSI 对地板进行解剖重建,显示地板后部区域的“懒惰 S”结构。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 2:上传 CT 进行分割。 要插入 DICOM,请按 File > Add DICOM files(添加 DICOM 文件 )按钮导入和分割 3D 模型。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 3:选择合适的平面。 选择患者 CT 的冠状多平面重塑 (MPR),切片宽度为 1 mm。单击 Add 按钮。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 4:骨分割界面。 左侧是 3D 模型,右侧是冠状 CT 视图。按 骨 分割 工具栏上的图标,然后选择 薄骨 头 选项。分段过程的第一步是定义 New Mask (屏幕的右上角)。请注意,切片宽度为 1.000 毫米(屏幕的左上角)。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 5:定义分割区域。 (A) 单击断裂骨眼眶的任何区域,开始定义新掩码(绿色区域)。(B) 每次点击都会增加一个骨段的额外体积。(C) 继续选择不同的区域,直到标记出完整的轨道。此过程可以在 3D 视图和切片视图上执行。(D) 在进行下一步之前,验证在轴向和矢状面上是否选择了眼眶的所有骨骼部分。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 6:创建网格。 选择工具栏上的 3D 按钮。选定的蒙版将内置到定义为 Mesh 的模型中。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 7:检查和导出网格。 轨道的 3D 模型 (Mesh) 显示在左侧屏幕上。按 File > Save as (另存为 ),然后在 Format (格式) 下选择 STL。将导出轨道的 STL 模型。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 8:多切片插值分割方法。 在地板的断裂段未粉碎的情况下(右冠状视图),使用多切片插值法为该段创建单独的网格。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 9:创建断开的 Segment。 使用 Multi-slice interpolation(多切片 插值),然后使用 Paint areas(绘制区域 )图标,可以在冠状视图上以几个随机不同的切片选择断裂段。然后,使用用于自动选择断裂段的 Interpolate 函数进行分割。楼板段现在可以导出为 STL 文件。 请单击此处查看此图的较大版本。
补充图 1:将 STL 导入 3D 设计软件。 单击 File > Import Model ,然后选择 图 7 中导出的 STL 文件。 请点击此处下载此文件。
补充图 2:将粘土转为网格。 首先,实现缺陷周围周长的完全粘土连续性,然后执行 粘土到网格 的转换。(A) 裂缝地板区域周围的小间隙(白色箭头),(B) 手动连接这些区域以实现裂缝周长的完全连续性(黑色箭头)。(C) 抹平添加的粘土。(D) 创建新 网格。 请点击此处下载此文件。
补充图 3:自动间隙填充。 (A) 选择缺陷的边缘。(B) 删除边距。(C,D)填满孔,直到地板完全重建 (D)。请点击此处下载此文件。
补充图 4:解剖重新定位序列。 如果骨折段作为一体式移位,解剖学重新定位是最简单和最准确的选择。(A) 导入轨道和地板段的 STL(补充图 1),并激活地板(右键单击 - 激活)。(B) 在 Select and Move Clay 下,选择 Reposition 工具,并取消选择 Move only 选项。(C) 手动重新定位地板以适应解剖学完整的边界。(D) 如果其中一个碎裂的边缘位于正确的解剖位置,则可以使用另一种重新定位骨折段的方法。在这种重新定位方法中,旋转中心在空间中是固定的。请点击此处下载此文件。
补充图 5:镜像技术。 在大而粉碎的轨道缺陷的情况下,镜像技术将产生更准确的结果。(A) 右眶底缺少大部分骨骼。左侧完整的眼眶被分割。(B) 使用 镜像粘土 工具,平面位置朝向内侧(蓝线)。(C) 选中 镜像整件 和 预览 ,然后 应用 。(D) 左侧完整轨道的新镜像物体。 请点击此处下载此文件。
补充图 6:镜像轨道和断裂轨道的叠加。 (A) 使用 Register pieces (注册片段 ) 工具,选择镜像轨道作为 Source (源 ),选择断开轨道作为 Target (目标)。(B) 将标记放置在镜像轨道中的独特解剖位置和断裂轨道中的类似位置,然后单击 Apply 以叠加这些段。(C) 选择 自动 可实现最佳叠加效果。(D) 叠加镜像轨道用作骨折眼眶解剖重建的指南。 请点击此处下载此文件。
补充图 7:眶底准备。 重建的地板在纵轴上凹陷 0.8 mm。这个垂直距离将与设计的钛网的厚度相匹配,从而防止网片侵入轨道内部并减小其体积。(A) 在选择/移动粘土下,选择重新定位原点,然后选择至中心。三重轴将移动到镜像轨道地板的中心。仅旋转 (Rotate Only),Z 轴垂直定位,X 轴水平定位,Y 轴前后定位 (B) 在选择/移动粘土 (B) 下,重新定位块 (Reposition Piece) 处于选中状态。然后,将“显示/隐藏高级设置”和“平移步骤”修改为 0.8 mm。单击红色矩形中的箭头,以便将镜像轨道沉入断裂轨道,直到断裂区域的完整边界开始出现。(C) 再次单击绿色矩形中的向下箭头,使镜像轨道的底部再下沉 0.8 毫米。此深度将与 PSI 厚度匹配,从而重新创建原始地板。(D) 在选择/移动粘土下,选择粘土,并使用套索选择工具。选择地板的解剖周长。选择 Invert Selection,然后删除其余部分。地板的边界被平滑,或者添加粘土以适应断裂轨道的边界。请点击此处下载此文件。
补充图 8:设计 PSI。(A) 选择动态观察和地板对象,右键单击并选择布尔/组合为新对象以创建动态观察的单个对象,包括解剖学上缩小和凹陷的地板。边界将额外平滑一次。(B) 复制最终对象,右键单击,并选择 See Through,然后选择 Turn On。(C) 在 Curves 下选择 Draw Curve,并在原始断裂区域周围创建轮廓 - 曲线必须位于断裂轨道的边缘。曲线只能位于骨骼的缺失区域(例如,示例中的横向后边缘 - 黑色箭头)上新创建的地板上。轮廓完全勾勒后,单击 Fit to Clay on Create 图标。(D) 以同样的方式创建 PSI 的锚固臂。请点击此处下载此文件。
补充图 9:最终确定 PSI。 网眼和锚固臂经过压花处理,然后连接。创建固定和引流孔。(A) 在 “细节粘土”下,选择 “带曲线的浮雕” ,并选择 0.8 mm 的距离。选中轮廓区域的内部,然后单击 Raise 。(B) Add Clay 和 Smooth 用于将锚固臂连接到植入物的主体(黑色箭头)。(C) 将 Boolean 和 Remove From 函数应用于复制的对象。(D) 在对象列表中,右键单击 Clay coarseness -0.1 mm。在 Sculpt Clay 下,选择 Carve 工具,并将 Tool Size 设置为 2.1 毫米 - 在锚固臂的最远部分创建固定孔。 工具尺寸 设置为 1.5 毫米和 1 毫米,以在 PSI 的其余部分创建排水孔 - 避免在植入物边缘附近出现孔。提出了最终的患者特定植入物。 Boolean 和 Remove From 始终用于从最终 PSI 中减去原始断裂眼眶,以确保植入物的被动座位于断裂眼眶的骨边缘。 请点击此处下载此文件。
眼眶骨折重建是颌面外科医生最重要但最微妙的任务之一14.重建涉及通过外部小切口在非常敏感和突出的眼睛器官周围工作,导致手术区域仅部分可见。由于这种困难,使用 PSI 进行重建可以大大提高准确性,从而最大限度地降低发病率15。话虽如此,由于对正确解剖结构、每个部分的 3D 重建原理、PSI 特性及其影响以及手术中的正确处理而导致的不当设计可能会导致在手术期间或不同的发病率中无法使用创建的 PSI,这很容易避免16。
在该协议中,描述了不同的 3D 重建方法,并讨论了它们的适应症。每种方法都有详细的步骤,并强调了在设计 PSI 时应避免的陷阱。
描述了重建眼眶骨折的三种方法。第一种方法使用设计软件的自动化,迄今为止需要小缺陷才能进行适当的重建,因此是不太常见的方法。第二种是解剖学重新定位,在适用的情况下,会产生非常好的结果,同时对设计师的经验和理解要求较低。第三种也是最常见的是镜像技术,它需要对复杂的解剖结构、骨折特性、PSI 特性以及重建每个特定病例的关键区域有高度的了解。
该方法可应用于不同的眶壁缺陷以及 Krasovsky A 等人描述的多种壁缺陷11。这种方法既可用于近期获得性骨折,也可用于旧的未适当愈合的骨折。
在我们研究所,设计师也是外科医生,我们相信,这在设计阶段和手术过程中都能产生卓越的结果。然而,迄今为止,大多数研究所都不可能实现这种星座,因此,敦促外科医生和工程师使用该协议来更好地了解这种关系的对立面,避免陷阱,并实现更高水平的眼眶重建。
作者没有什么可披露的。
没有
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D2P (DICOM to Print) | 3D systems | https://oqton.com/d2p/ | Segmentation software to create 3D stl files |
Geomagic Freeform | 3D systems | https://oqton.com/freeform/ | Sculpted Engineering Design |
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