CAS CLÍNIC
Maneig quirúrgic de tumor mandibular assistit amb la tecnologia d’impressió tridimensional : nota tècnica i report de cas
Surgical management of Mandible tumor assisted with three-dimensional printing technology: a technical noti and casi report
Ignasi Velasco a, b, *, Héctor Ramos ai Soheil Vahdani a
a Departament de Cirurgia Oral i Maxil·lofacial, Universitat de Puerto Rico, PR, Estats Units
b Oral / Head & Neck Oncology and Reconstructive Surgery, Peking University Stomatological Hospital, Beijing, Xina
Correspondència a:
Resum
Objectiu: Introduir la tecnologia d’impressió tridimensional per a la creació de models anatòmics per assistir a la planificació quirúrgica de tumors mandibulars.
Cas clínic: Presentem el cas d’una pacient de 30 anys amb historial de tumoració a la mandíbula, sector anterior, amb 2 anys d’evolució. La biòpsia incisional va confirmar que es tractava d’un fibroma ossificant. Amb l’assistència de la tecnologia d’impressió tridimensional es va realitzar la planificació quirúrgica per establir els marges de osteotomies i el predoblado de la placa de reconstrucció. A més a es descriu en detall el procés de construcció de el model de prototipat ràpid amb la tecnologia d’impressió tridimensional.
PARAULES CLAU Neoplàsies mandibulars; Impressió en tres dimensions; Reconstrucció mandibular; Fibroma ossificant
Abstract
Aim: Introduction of three-dimensional printing technology for the generation of medical rapid prototyping models, an assistant tool in surgical planning of mandibular Tumors.
Clinical casi: We report the case of a 30-years-old female patient who presented an anterior Mandible mass with 2 years of evolution. Incisional biopsy confirmed ossifying fibroma. With the assistance of three-dimensional printing technology, 3D model was created and surgical planning was performed with the design of osteotomy sites for mandibular resection. Furthermore, prebending of reconstruction plate based on 3D model was Accomplished. The protocol for rapid prototyping models creation in detalls is described in this article.
KEYWORDS Jaw neoplasms; Three-dimensional printing; Mandibular reconstruction; Ossifying fibroma
Introducció
La necessitat de reconstrucció de defectes mandibulars ha estat un continu desafiament per als cirurgians de cap i coll, plàstics i maxil·lofacials. Tumors benignes o malignes, osteomielitis, trauma, osteorradionecrosis són algunes anomalies que resulten en defectes de continuïtat significants en els ossos maxilares1. Els objectius de la reconstrucció són la devolució de l’anatomia perduda i de la simetria facial, a més d’un apropiat resultat funcional que permeti una adequada rehabilitació dental2. Després de la resecció mandibular, la reconstrucció serà efectuada de manera immediata o diferida com un segon procediment de 3 a 6 mesos després. Els procediments de reconstrucció més populars inclouen empelts ossis vascularitzats i no vascularitzats, distracció osteogènica i l’ús de plaques de titanio1,2.
L’ús de plaques de titani per a la reconstrucció de defectes de continuïtat a la mandíbula és 1 gold standard en la pràctica de la cirurgia reconstructiva3. Donar-los la forma a les plaques de titani, durant la cirurgia, no és un procediment fàcil; així llavors la preparació requereix un major temps quirúrgic, augmentant els costos de la intervenció. El modelar la placa de reconstrucció sobre les superfícies anatòmiques és essencial per a l’èxit de l’procediment i la col·locació futura de l’empelt ossi, amb la idea de rehabilitar amb implants oseointegrats si es requiere4.
La planificació preoperatòria en cirurgia ablativa i reconstructiva ha evolucionat en els últims 20 anys amb els avenços de la imatgeria mèdica. No obstant això, les actuals modalitats radiològiques estan limitades a mostrar una imatge tridimensional (3D) en una superfície bidimensional, com ho és la pantalla de l’ordenador5. Però amb els avenços de la tecnologia de prototipat ràpid metge (PRM), ara és possible obtenir models anatòmics en escala 1: 1 amb la informació dels estudis d’imatges convencionals, com són: la tomografia computada (TC), ressonància nuclear magnètica i sonografía6. Aquests models anatòmics van començar a ser usats en medicina per Mankovich et al. a principis dels noventa7 per a la reconstrucció de defectes craniofacials. Existeixen diverses tecnologies per produir aquests models: estereolitografia, sinteritzat selectiu per làser, deposició per polvorització multifase i impressió 3D.
La tecnologia d’impressió 3D permet generar objectes dissenyats per ordinador mitjançant un mecanisme de modelatge per deposició fosa en conjunt amb un material termoplàstic. Aquesta tecnologia pot construir objectes en 3D de qualsevol forma imaginable i les aplicacions en medicina s’estan expandint ràpidament per revolucionar la planificació en el camp de la cirurgia.
Recents informes en la literatura han mostrat que aquests models de PRM poden ser usats en els períodes pre i perioperatoris per millorar la predictibilitat de tractaments reconstructius maxilofaciales8-11. Les seves aplicacions inclouen el diagnòstic, la planificació de l’tractament i l’educació de l’pacient en entendre la seva anomalia. Addicionalment, els models poden ser usats per crear guies i motlles quirúrgics. Un fàcilment pot dissenyar marges de resecció, avaluar defectes ossis previ a un empelt i individualitzar plaques de titanio9-11.
El propòsit d’aquest informe és introduir la tecnologia d’impressió 3D per a la creació de models anatòmics en la planificació de l’tractament quirúrgic de tumors mandibulars. Presentarem un cas clínic en el qual aquests models ens van assistir en el disseny de la resecció mandibular per patologia tumoral i posterior reconstrucció immediata amb placa de titani i empelt ossi.
Cas clínic
Pacient de sexe femení, de 30 anys d’edat i raça hispànica, que és derivada a la Clínica de Cirurgia Oral i Maxil·lofacial de la Universitat de Puerto Rico (Sant Joan, PR), per a avaluació i tractament d’una gran lesió mandibular, en sector anterior , amb una evolució aproximada de 2 anys. Ella va negar parestèsia, dolor, disfàgia i mobilitat de les dents mandibulars anteriors, i el seu historial mèdic passat no va ser contributorio. En l’examen extraoral va ser evident la massa a la mandíbula anterior, que se li manifestava en el teixit tou de la regió submental (fig. 1). La tumoració era òssia, dura i no dolorosa a la palpació. La sensació de l’nervi mentonià a la regió va ser normal. En l’exploració intraoral es va revelar una expansió òssia que s’estenia entre els dos cossos de la mandíbula (fig. 2). L’expansió de les dues corticals va ser evident a la palpació. No obstant això, la mucosa que recobria la lesió estava intacta i sense ulceracions.
Figura 1 A, B) Examen extraoral que evidència augment de l’volum de les Obres regions mandibulars anterior i submental.
Figura 2 A, B) Examen intraoral que mostra tumoració mandibular anterior amb
expansió de cortical bucal i lingual.
Es va ordenar TC maxil·lofacial; la reconstrucció tipus ortopantomografia va evidenciar una gran lesió multilocular expansiva de la mandíbula anterior, que abastava des del segon premolar dret a el primer molar contralateral sense causar reabsorció d’arrels dentals i abastant tot el gruix mandibular (fig. 3). La densitat de la lesió era mixta, amb majors àrees de hipodensidad i amb un menor component hiperdens dispers en el centre de la lesió. En els talls axials i reconstruccions 3D, les vores corticals estaven ben definits i la lesió no envaïa altres regions anatòmiques (fig. 4). Dins el diagnòstic diferencial es van incloure: odontoameloblastoma, tumor odontogènic epitelial calcificant, fibroma ossificant, displàsia fibrosa, cementoma gigantiforme, osteoblastoma i osteosarcoma de baix grau.
Figura 3 Reconstrucció tipus ortopantomografia qual revela gran lesió mandibular multilocular.
Figura 4 Tomografia computada maxil·lofacial. A) Vista axial que mostra a densitat mixta de la lesió. B) Reconstrucció 3D de la vista lateral. de C) Reconstrucció 3D de la vista anterior. D) Reconstrucció 3D de l’empresa vista mandibular inferior.
Es va continuar amb la biòpsia incisional i el posterior examen histològic va revelar seccions de teixit tou, majoritàriament compost de teixit connectiu fibrós hipercelular amb la formació de trabècules òssies desorganitzades. L’os cortical no sembla estar implicat pel teixit conjuntiu neoplàstic i no es va observar atípia cel·lular. Aquestes característiques són consistents amb el diagnòstic de fibroma ossificant.
La enucleació és usualment el tractament recomanat per al fibroma ossificant convencional; però, a causa de l’extensió de la lesió, el tractament indicat per a la nostra pacient és la resecció mandibular. Per planificar la cirurgia i determinar els llocs de osteotomies al costat de l’predoblado de la placa de reconstrucció (KLS Martin®, Jacksonville, FL, EE. UU.), Es van generar models anatòmics de PRM amb la tecnologia d’impressió 3D.
El nostre servei ha creat un protocol utilitzant programes gratuïts i de codi obert juntament amb una impressora no industrial de baix cost ROBATORI 3D R1 (Robatori 3D®, San Diego, CA, EE. UU.). Descriurem a continuació tots els passos per a la generació d’aquests models anatòmics, les etapes dels quals estan resumides a la figura 5.
Figura 5 Resum dels passos per generar models de prototipat ràpid amb
tecnologia d’impressió 3D.
Segmentació: és el procés de transformació de les imatges (TC) a l’arxiu d’emmagatzematge i comunicació d’imatges mèdiques DICOM a un format de prototipat 3D (arxiu STL). Això es realitza important el fitxer DICOM a el programa d’imatges de codi obert InVesalius (version 3.0.0, Centre for Information Technology Renato Archer, Campinas, SP, Brasil); es recomana TC d’alta resolució amb gruix de talls de 0,75-1,25 mm. El programa crea un model 3D de l’esquelet maxil·lofacial usant de referència una màscara òssia preestablerta per després exportar-com un arxiu STL (fig. 6).
Figura 6 “Segmentació” usant un programa d’imatges per transformar la informació a DICOM en un arxiu de prototipat 3D.
Edició de el model 3D: en aquesta segona etapa s’importa el fitxer STL a el programa gratuït Autodesk Meshmixer® (version 2.9.1, Sant Rafael, CA, EUA). Se selecciona la zona anatòmica a imprimir en el nostre cas, només la mandíbula i l’editem per eliminar alguns artefactes i suavitzar la superfície (fig. 7).
Figura 7 a, B) Selecció de la regió anatòmica i edició de el model.
Impressió 3D: ja amb el model editat s’importa a el programa propi de la impressora 3D, en el nostre cas és MatterControl® (MatterHackers, CA, EUA), per a la nostra impressora ROBATORI 3D R1®. El model es va imprimir amb filament d’àcid polilàctic blanc (HATCHBOX®, EUA) amb una resolució de 0,3 mm. Les etapes de segmentació i edició es van demorar aproximadament 45 min i van ser realitzades pel cirurgià de el cas (I.V.). El temps d’impressió de el model mandibular (model # 1) va ser de 6h i 21 min. El model tenia un pes de 71,3 g (el cost de l’material va ser d’U $ 1,57).
Planificació preoperatòria: ja amb el model mandibular imprès (model # 1) i amb l’assistència dels estudis d’imatges, es van determinar els llocs de osteotomies per mesial de les dents 3,7 i 4,6 (fig. 8A). A causa de la gran deformitat de el sector mandibular anterior es va generar un segon model (model # 2), on es van realitzar les osteotomies virtuals ia més es va imprimir l’arc dental maxil·lar juntament amb la representació de les possibles posicions dels implants dentals com a referències per a la reconstrucció (fig. 8B). Per evitar la protrusió de la placa i de l’empelt ossi, desgastem la deformitat en el model # 1 per adaptar la placa a la forma anatòmica més semblant previ a l’tumor. Després es va comprovar la posició de la placa provant en el model # 2, es va utilitzar la posició de les dents mandibulars i l’oclusió per avaluar el correcte contorn (fig. 9). Un cop d’acord amb l’adaptació de la placa, es va procedir a realitzar una guia posicionadora per la placa a la cirurgia; això es va fer amb una termoformadora estampadora de làmines dentals (vacuum forming, Bio-art, Sao Carlos, Brasil) (fig. 10).
Figura 8 A) Model # 1 on s’han planificat els marges de resecció Estadístiques (línies de punts) per mesial de 3,7 i 4,6. B) Disseny de el model # 2 amb a osteotomies virtuals i representació de possibles posicions dels futurs a implants dentals.
Figura 9 AC) Es va realitzar desgast de la vora inferior de la mandíbula en el títol model # 1 per a contornejar adequadament la placa de titani i evitar la qual protrusió d’aquesta causa de el tumor. D) Es comprova la forma de la placa Extremadura en el model # 2.
Figura 10 A, B) es fixa la placa en posició final en el model # 1, i amb preu termoformadora estampadora de làmines dentals es construeix una guia a posicionadora per la placa a la cirurgia.
per al procediment quirúrgic es van realitzar accessos intra i extraorals seguits de la resecció mandibular amb sacrifici de tots dos nervis mentonians. Un estimulador de nervi (VARI-STEAM® III nerve locator, Medtronic, MN, EE. UU.) Va ser usat durant el accés extraoral per monitoritzar el ram marginal mandibular de el nervi facial, a més es va aixecar un penjoll submental amb pedicle de la banda esquerra per la reconstrucció intraoral. La placa de 2,7mm (KLS Martin®, Jacksonville, FL, EUA) va ser fixada amb 4 cargols en cada segment proximal i durant la resecció es va usar fixació intermaxil·lar per mantenir l’oclusió romanent en lloc.No va ser necessari haver de modificar la placa durant la cirurgia (fig. 11). Es va realitzar reconstrucció òssia immediata de el defecte mandibular de ≈10cm amb autoempelt cortico-esponjós de cresta ilíaca posterior (aquest procediment va ser previ a la resecció tumoral) i 8mg de Infuse® (rhBMP-2, Medtronic, MN, EUA) ( fig. 12). Com a procediment final es va realitzar traqueostomia causa de l’edema de el pis de la boca. El temps total de cirurgia va ser de 9h i 20 min. En el postoperatori no va patir debilitat de l’nervi facial i la seva estada hospitalària no va tenir esdeveniments. Va ser donada d’alta als 7 dies tolerant dieta per via oral. El seguiment rutinari clínic i radiogràfic (fig. 13) ha estat sense complicacions, mostrant una adequada simetria facial i estant a l’espera d’una futura rehabilitació amb implants oseointegrats.
Figura 11 A) Accés extraoral. B) Guia posicionadora de la placa posterior a la qual resecció mandibular. C) Placa de titani en posició. D) Espècimen mandibular.
Figura 12 A) Empelt ossi de cresta ilíaca posterior. B) Reconstrucció mandibular amb empelt a cortico-esponjós i Infuse®. C) Reconstrucció intraoral amb penjoll submental.
Figura 13 Radiografia panoràmica postoperatòria qual evidencia la correcta posició de la placa de reconstrucció dipòsit i de l’empelt ossi.
Discussió
en la nostra experiència, els models creats amb la tecnologia d’impressió 3D són una eina efectiva en la planificació de reseccions mandibulars per patologia tumoral. No només serveixen per a la planificació de l’tractament i per a la producció de maquinari individualitzat, sinó que a més són un ajut per a l’educació de l’pacient, milloren la qualitat diagnòstica i fins i tot poden ser usats en simulació preoperatoria1,12.
Erickson et al. recol·lectar informació provinent d’una enquesta de 38 cirurgians sobre l’ús de models anatòmics estereolitográficos en cirurgia maxil·lofacial, i el 69% dels enquestats que van respondre feien servir els models per al diagnòstic; el 73% feien servir el model per a educació de l’pacient; el 38% dels clínics creien que el model minimitzava la ferida quirúrgica i l’exposició de el teixit, i el 96% creien que els models eren adjuvants útils en el tractament de l’paciente13.
Trobem que disminuir el temps en la sala d’operacions és una de les avantatges de l’ús de plaques predobladas i models 3D com a referència anatòmica. No només per raons econòmiques, sinó també per disminuir el temps d’exposició de l’pacient a l’anestèsia general, el que es pot traduir en una disminució d’1 a 1,5 h en cirurgies largas14. Amb el nostre protocol presentat fent ús d’una impressora 3D no industrial amb programes gratuïts, es poden generar models anatòmics a baix cost de l’esquelet maxil·lofacial amb tan sols una petita inversió que està a l’abast de qualsevol cirurgià de pràctica privada o institució acadèmica.
Aquests models anatòmics representen una eina inavaluable en l’actualitat per ajudar els pacients a entendre el seu diagnòstic i el tractament quirúrgic propuesto1. A la nostra institució són un element important per a l’educació de residents. El seu cost addicional està justificat pels avantatges que ens atorguen en disminuir el temps de cirurgia i en la satisfacció de l’pacient. Recomanem que els especialistes que treballin amb patologia tumoral en els maxil·lars han d’estar en coneixement d’aquesta tecnologia, que fins i tot pot tenir més aplicacions en altres camps de la cirurgia maxil·lofacial com són la cirurgia ortognàtica, cirurgia d’articulació temporomandibular i distracció osteogènica craniofacial.
Bibliografia
1. Salgueiro MEU, Stevens MR. Experience with the use of prebent plates for the reconstruction of mandibular defects. Craniomaxillofac Trauma Recosntr. 2010; 3: 201-8.
2. Cohen A, Laviv A, Berman P Nashef R, Abu-Tair J. Mandibular reconstruction using stereolithographic 3-Dimentional printing modeling technology. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2009; 108: 661-6.
3. Rahimov C, Farzaliyev I. Virtual bending of titanium reconstructive plates for mandibular defect bridging: Review of three clinical cases. Craniomaxillofac Trauma Reconstr. 2011; 4: 223-34.
4. Yovchev D, Stanimirov P Mihaylova HR. Lower jaw reconstruction using prototype from cone-beam computed tomography data. Int Journal of Sciences and Research. 2014; 3: 57-9.
5. Nayar S, Bhuminathan S, Bhat WM. Rapid prototyping and stereolithography in Dentistry. J Pharma Bioallied Sci. 2005, 7 Suppl. 1: S216-9.
6. Winder J, Bibb R. Medical rapid prototyping technologies; state of the art and current limitations for application in oral and Maxil·lofacial surgery. J Oral Maxillofac Surg. 2005; 63: 1006-1015.
7.Mankovich NJ, Cheeseman Am, Stoker Ng. La visualització de l’anatomia tridimensional amb models estereolitogràfics. J Digit Imaging. 1990; 3: 200-3.
8. Ventola cl. Aplicacions mèdiques per a la impressió 3D: usos actuals i projectats. P T. 2014; 39: 704-11.
9. Cunningham L, Madsen M, Peterson G. Tecnologia de modelització estereològica aplicada a la resecció del tumor. J Oral Maxillofac Surg. 2005; 63: 873-8.
10. Barker TM, WJS de Earwaer, Lisle Da. Precisió de models estereolitogràfics per a l’anatomia humana. Radiol australes. 1994; 38: 106-11.
11. Mehra Pminer J, D’Innocenzo R, Nadershah M. Ús de models estereolitogràfics 3-D en cirurgia oral i maxil·lofacial. J Maxillofac Oral Surg. 2011; 10: 6-13.
12. Erben C, Vitt KD, Wulf J. Primera anàlisi estadística de les dades recollides a l’estudi de validació de Phidias de models estereolitogràfics. Butlletí de Phidias. 2000; 5: 6-12.
13. Erickson DM, Chance D, Schmitt S, Mathis J. Una enquesta d’opinió sobre els beneficis reportats de l’ús de models estereolitogràfics. J Oral Maxillofac Surg. 1999; 57: 1040-3.
14. Toro C, Robiony M, Costa F, Zerman N, Politi M. viabilitat de planificació preoperatòria mitjançant models faxs anatòmics per a la reconstrucció mandibular. Cara cara med. 2007; 3: 5.
Recibido el 27 de juliol de 2016; Acceptado El 14 de Septiembre de 2016
Disponible en Internet El 19 d’octubre de 2016
Responsabilidades Éticas
Protecció de personatges i animals. Los Autors Declartan Que Los Procedimientos Seguidos SE Conformaron A Las Normas Éticas del Comitè de Experimentació Humana Responsable y de Acuerdo con la Associació Médica Mundial y la Declaración de Helsinki.
confidencialidad de los datos. Los Autors Declartan Que Han Seguido Los Protocolos de Su Centro de Treball Sobre la Publicació de Dades de Pacientes.
Derecho a la privacitat i consentiment informato. Els Autores Han Obtenido El Consentimiento Informat dels Pacientes y / o Sujetos Referits en El Artículo. Este documeno obra en poder de l’autor de correspondència.
Conflicto de intereses
Els autors de Los Autors no Tener Ningún Conflicto de Intereses.
Agradecimientos
al Dr. Oscar Venegas i a la Sra. Daniela Palma por su ayuda en la preparació del manuscrito.