Zastosowanie technologii przyrostowych w medycynie rekonstrukcyjnej twarzoczaszki

• Autorzy: Bębenek, K. , Błaszczyk, A. , Kiryk, J. , Kotowski, D. , Kowalska, K. , Szczygielski, T. , Pawlak, A. , Szymczyk, P. , Dobrzyński, M. , Rybak, Z.

Warianty tytułu

EN

The use of additive technologies in maxillofacial reconstructive medicine

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Technologieprzyrostoweadditivetechnologies(potoczniezwanedrukiem 3D) ze względu na wysokie koszty nie są szeroko wykorzystywanewkrajowej medycynie regeneracyjnej. Jako inne powody podawane są: brak potrzeby ich stosowania, obawy lekarzy przed korzystaniem z tej metody, brak szkoleń oraz rzetelnych źródeł wiedzy. Wysoki koszt procedury wynika z cen urządzeń, odpowiedniego oprogramowania komputerowego pozwalającego na obróbkę danych pochodzących ze zdjęć z TK czy MRI oraz konieczności usunięcia artefaktów. W przeciwieństwie do dotychczasowych metod, gdzie obiekty były wytwarzane poprzez subtrakcję materiału lub zmianę jego kształtu podczas przeróbki plastycznej, w każdej z technik należących do technologii przyrostowych, obiekty uzyskuje się wskutek dołączania materiału. W zależności od wykorzystanej technologii materiał łączony jest warstwa po warstwie, bazując na kolejnych przekrojach modelu 3D, tam gdzie zachodzi taka potrzeba, dając finalnie pożądany kształt przestrzenny. Gotowe obiekty mogą zostać wykorzystane do celów diagnostycznych (np. określenia zasięgu zmian nowotworowych, pourazowych), zaplanowania zabiegu (możliwość przestrzennego zobrazowania gotowego implantu, struktur otaczających, symulacji dostępu operacyjnego i procedury zabiegowej), a także wytworzenia implantów przydatnych w rekonstrukcji chorobowo bądź urazowo zniszczonych elementów szkieletu. Celem niniejszej pracy było przedstawienie możliwości zastosowania powyższej metody w medycynie rekonstrukcyjnej twarzoczaszki.

EN

The additive technologies (commonly called as 3D printing) due to the high costs are not widely used in the national regenerative medicine. As the other reasons are mentioned: no need to apply them, fear of doctors from using this method, lack of training as well as reliable sources of knowledge. The high cost of the procedure results from the prices of equipment, appropriate computer software which allows for processing data derived from images with CT or MRI and finally the need of artifacts removing. In contrast to previous methods, where the objects are produced by subtraction of material or change its shape during plastic forming, each of the techniques belonging to the additive technology, obtained objects are the result of attaching material. Depending on the technology, used material is connected layer by layer, based on sequential sections of the 3D model, where necessary, to give finally the desired three-dimensional shape. Generated objects can be used for diagnostic purposes (eg. determination of the extent of tumor or injury), planning the surgery (possibility of the dimensional visualization of the final implant and surrounding structures, simulation of surgical approach and surgical procedures) as well as produce implants useful in the reconstruction of pathologically or traumatically destroyed skeleton’ elements. The aim of this study was to present the applicability of this method in craniofacial reconstructive medicine.

Słowa kluczowe

PL

technologie przyrostowe; medycyna rekonstrukcyjna; twarzoczaszka; rekonstrukcja oczodołu; rekonstrukcja żuchwy; stomatologia

EN

additive technologies; reconstructive medicine; maxillofacial skeleton; orbital reconstruction; mandible reconstruction; dentistry

• Czasopismo: Inżynier i Fizyk Medyczny
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 4, nr 6
• Strony: 341--347
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Bębenek, K.

• Studenckie Koło Naukowe Stomatologii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Poniatowskiego 2, 50-236 Wrocław

autor

Błaszczyk, A.

• Studenckie Koło Naukowe Stomatologii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Poniatowskiego 2, 50-236 Wrocław

autor

Kiryk, J.

• Studenckie Koło Naukowe Stomatologii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Poniatowskiego 2, 50-236 Wrocław

autor

Kotowski, D.

• Studenckie Koło Naukowe Stomatologii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Poniatowskiego 2, 50-236 Wrocław

autor

Kowalska, K.

• Studenckie Koło Naukowe Stomatologii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Poniatowskiego 2, 50-236 Wrocław

autor

Szczygielski, T.

• Studenckie Koło Naukowe Stomatologii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Poniatowskiego 2, 50-236 Wrocław

autor

Pawlak, A.

• Zakład Mechatroniki, Automatyzacji i Organizacji Produkcji, Politechnika Wrocławska, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław

autor

Szymczyk, P.

• Zakład Mechatroniki, Automatyzacji i Organizacji Produkcji, Politechnika Wrocławska, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław

autor

Dobrzyński, M.

• atedra i Zakład Stomatologii Zachowawczej i Dziecięcej, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Krakowska 26, 50-425 Wrocław,

autor

Rybak, Z.

• Zakład Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, ul. Poniatowskiego 2, 50-236 Wrocław

Bibliografia

• 1. M. Frame, J.S. Huntley: Rapid prototyping in orthopaedic surgery: A Users Guide, Scient. World J., 2012:838575, 2012, doi: 10.1100/2012/838575.
• 2. J. Winder, R. Bibb: Medical rapid prototyping technologies: State of the art and current limitations for application in oral and maxillofacial surgery, J. Oral Maxillofac. Surg., 63(7), 2005, 1006-1015.
• 3. M. Cykowska-Błasiak, P. Ozga: Wydruk 3D jako narzędzie do planowania zabiegów ortopedycznych, Budownictwo i Architektura, 2015, 15-23.
• 4. P. Siemiński, G. Budzik: Techniki przyrostowe. Druk 3D. Drukarki 3D, wyd. OPWP, Warszawa, 2015.
• 5. K.F. Leong, C.M. Cheah, C.K. Chua: Solid freeform fabrication of three-dimensional scaffolds for engineering replacement tissues and organs, Biomaterials, 24(10), 2003, 2363-2378.
• 6. R. Anitha, S. Arunachalam, P. Radhakrishnan: Critical parameters influencing the quality of prototypes in fused deposition modeling, J. Mater. Process. Technol., 118(1-3), 2001, 385-388.
• 7. M. Kozakiewicz, M. Elgalal, P. Loba, A. Broniarczyk–Loba, L. Stefanczyk: Treatment with individual orbital wall implants in humans – 1-year ophthalmologic evaluation, J. Craniomaxillofac. Surg., 39, 2011, 30–36.
• 8. F. Baino: Biomaterials and implants for orbital floor repair, Acta Biomater, 7, 2011, 3248-3266.
• 9. E. Jazwiecka-Kościelniak, M. Kozakiewicz: A new modification of the individually designed polymer implant visible in X-ray for orbital reconstruction, J. Craniomaxillofac. Surg., 42, 2014, 1520-1529.
• 10. 10 E. 3rd Ellis, Y. Tan: Assessment of internal orbital reconstructions for pure blowout fractures: cranial bone grafts versus titanium mesh, J. Oral Maxillofac. Surg., 61, 2003, 442-453.
• 11. M. Kozakiewicz, M. Elgalal, B. Walkowiak, L. Stefanczyk: Technical concept of patient specific ultrahigh molecular weight polyethylene, orbital wall implant, J. Craniomaxillofac. Surg., 41, 2013, 282-290.
• 12. M. Kozakiewicz: Computer-Aided orbital wall defects treatment by individual design ultrahigh molecular weight polyethylene implants, J. Craniomaxillofac. Surg., 42(4), 2014, 283-289.
• 13. T. King-Petersen, M. Rydmark: Modeling and modification of material 3D objects. The benefit of using a haptic modeling tool, Stud. Health Technol. Inform., 70, 2000, 162-167.
• 14. D.M. Greig: Hypertelorism. A hitherto undifferentiated congenital cranio-facial deformity, Edinburgh Med. J., 31, 1924, 560-593.
• 15. M.M. Jr Cohen, R.J. Lemire: Syndromes with cephalocele, Teratology, 25, 1982, 161-172.
• 16. M.M. Jr Cohen, H.O. Sedano, R.J. Gorlin, J.E. Jirásek: Frontonasal dysplasia (median cleft face syndrome): comments on etiology and pathogenesis, Birth Defects, 7, 1971, 117-119.
• 17. A. Moreira Gonzalez, M. Elahi, K. Barakat, R. Yavuzer, B. Brinkmann, I.T. Jackson: Hypertelorism: the importance of threedimensional imaging and trends in the surgical correction by facial bipartition, Plast. Reconstr. Surg., 115(6), 2005, 1537–1546.
• 18. P. Tessier, G. Guiot, J. Rougerie, J.P. Delbet, J. Pastoriza: Cranionaso-orbito-facial osteotomies. Hypertelorism, Ann. Chir. Plast., 12(2), 1967, 103–118.
• 19. A. Cohen, A. Laviv, P. Berman, R. Nashef, J. Abu-Tair: Mandibular reconstruction using stereolithographic 3-dimensional printing modeling technology, Oral Surg. Oral Med. Oral Pathol. Oral Radiol. Endod., 108(5), 2009, 661–666.
• 20. H.M. Hidalgo, G.W. Romo, R.T. Estolano: Stereolithography: a method for planning the surgical correction of the hypertelorism, J. Craniofac. Surg., 20(5), 2009, 1473–1477.
• 21. K. Xie, S. Yang, Y.M. Zhu: 3D visualization and simulation in surgical planning system of orbital hypertelorism, J. Med. Syst., 35(4), 2011, 617–623.
• 22. M. Azuma, T. Yanagawa, N. Ishibashi-Kanno, F. Uchida, T. Ito, K. Yamagata, S. Hasegawa, K. Sasaki, K. Adachi, K. Tabuchi, M. Sekido, H. Bukawa: Mandibular reconstruction using plates prebend to fit rapid prototyping 3-dimensional printing models ameliorates contour deformity, Head Face Med., 10:45, 2014, doi: 10.1186/1746-160X-10-45.
• 23. A. Abou-ElFetouh, A. Barakat, K. Abdel-Ghany: Computer-guided rapid-prototyped templates for segmental mandibular osteotomies: a preliminary report, Int. J. Med. Robot, 7(2), 2011, 187-192.
• 24. L. Pao-Hsin, V.W. Tong-Yui, F. Jing-Jing, C. Ken-Chun, H. Jenn- -Ren, H. Jehn-Shyun: 3D stereolithographic modeling technique for hemimandibular reconstruction report of a case with innovation technique, Open J. Dent. Oral Med., 2(1), 2014, 9-13.
• 25. H. Essig, M. Rana, H. Kokemueller, C. von See, M. Ruecker, F. Tavassol, N.C. Gellrich: Pre-operative planning for mandibular reconstruction – A full digital planning workflow resulting in a patient specific reconstruction, Head Neck Oncol., 3:45, 2011, doi: 10.1186/1758-3284-3-45.
• 26. B.T. Kernan, J.A. 3rd. Wimsatt: Use of stereolithography model for accurate, preoperative adaptation of a reconstruction plate, J. Oral Maxillofac. Surg., 58(3), 2000, 349-351.
• 27. L.L. Jr Cunningham, M.J. Madsen, G. Peterson: Stereolithographic modeling technology applied to tumor resection, J. Oral Maxillofac. Surg., 63(6), 2005, 873-878.
• 28. M.I. Salgueiro, M.R. Stevens: Experience with the use of prebent plates for the reconstruction of mandibular defects, Craniomaxillofac. Trauma Reconstr., 3(4), 2010, 201-208.
• 29. J. Li, Y. Hsu, E. Luo, A. Khadka, J. Hu: Computer-aided desing and manufacturing and rapid prototyped nanoscale hydroxyapatite/ polyamide (n-HA/PA) construction for condylar defect caused by mandibular angle ostectomy, Aesthetic Plast. Surg., 35(4), 2011, 636-640.
• 30. H. Yamada, K. Nakaoka, T. Horiuchi, K. Kumagai, T. Ikawa, Y. Shigeta, E. Imamura, M. Iino, T. Ogawa, Y. Hamada: Mandibular reconstruction using custom-made titanium mesh tray and particulate cancellous bone and marrow harvested from bilateral posterior ilia, J. Plast. Surg. Hand Surg., 48(3), 2014, 183-190.
• 31. K. Thankappan, N.P. Trivedi, P. Subash, S.K. Pullara, S. Peter, M.A. Kuriakose, S. Iyer: Three-dimensional computed tomography-based contouring of a free fibula bone graft for mandibular reconstruction, J. Oral Maxillofac. Surg., 66(10), 2008, 2185-2192.
• 32. Y.F. Liu, L.W. Xu, H.Y. Zhu, S.S. Liu: Technical procedures for template-guided surgery for mandibular reconstruction based on digital design and manufacturing, Biomed. Eng. OnLine., 13:63, 2014, doi: 10.1186/1475-925X-13-63.
• 33. J. Hoffmann, C.P. Cornelius, M. Groten, L. Probster, C. Pfannenberg, N. Schwenzer: Orbital reconstruction with individually copy- -milledceramic implants.,Plast.Reconstr.Surg.,101,1998,604-612.
• 34. M. Elgalal, M. Kozakiewicz, P. Loba, B. Walkowiak, M. Olszycki, L. Stefańczyk: Patient specific implants, designed using Rapid Prototyping and diagnostic imaging, for the repair of orbital fractures, Med. Sci. Monit., 16, 2010, 75–79.
• 35. R. Schön, M.C. Metzger, C. Zizelmannn, N. Weyer, R. Schmelzeisen: Individually preformed titanium mesh implants for true-to-original repair of orbital fractures, Int. J. Oral Maxillofac. Surg., 35, 2006, 990-995.