Digitális technikák a szájsebészetben Dr. Redl Pál, Dr. Boda Róbert, Dr. Bogdán Sándor, Dr. Csernátony Zoltán, Manó Sándor

Digitális technikák a szájsebészetben Dr. Redl Pál, Dr. Boda Róbert, Dr. Bogdán Sándor, Dr. Csernátony Zoltán, Manó Sándor Készült: 2015.09.30. A tananyag elkészítését "Az élettudományi- klinikai felsőoktatás gyakorlatorientált és hallgatóbarát korszerűsítése a vidéki képzőhelyek nemzetközi versenyképességének erősítésére" TÁMOP 4.1.1.C-13/1/KONV-2014-0001 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. 1

TARTALOMJEGYZÉK 10. DIGITÁLIS TECHNIKÁK A SZÁJSEBÉSZETBEN...4 10.1. 3D nyomtatás alapú egyedi csontpótlás...4 10.1.1. Bevezetés...4 10.1.2. A 3D nyomtatás alkalmazása egyedi csontpótlás készítéséhez...6 10.1.3. Összegzés...28 10.2. Digitális technológiák arc-állcsont és szájsebészeti alkalmazása....30 10.2.1. Bevezetés...30 10.2.2. Képalkotók...30 10.2.3. Anatómiai sajátságok a maxillofacialis regióban...32 10.2.4. Klinikai alkalmazás...33 10.2.5. Összefoglaló...37 10.3. CAD/CAM technológia a dentális implantátumok navigált beültetésében, navigált implantáció...38 10.3.1. Előzmények...38 10.3.2. Diagnosztika...40 10.3.3. A radiológiai, vagy CT sablon készítése...40 10.3.4. Digitalizáció...41 10.3.5. Diagnosztika és műtéti tervezés...42 10.3.6. A műtét...44 10.3.7. Összefoglalás...45 10.4. CAD/CAM technológia az arc-állcsont- szájsebészetben...45 10.4.1. Bevezetés...45 10.4.2. A CAD/CAM módszerrel előállított termékek felhasználhatósága a maxillofaciális sebészetben...47 10.4.3. Komputer asszisztált sebészet...48 10.4.4. Tervezés...49 10.4.5. Intraoperatív navigáció...49 10.4.6. Posztoperatív alkalmazás...50 ALKALMAZOTT JELÖLÉSEK JEGYZÉKE...50 2

TESZTKÉRDÉSEK...51 FELHASZNÁLT SZAKIRODALOM...52 3

10. DIGITÁLIS TECHNIKÁK A SZÁJSEBÉSZETBEN 10.1. 3D nyomtatás alapú egyedi csontpótlás 10.1.1. Bevezetés A csontpótlás kérdése minden csontsebészeti vonatkozású szakma tevékenységének egyik izgalmas, és sok tekintetben máig sem teljesen megoldott kérdése. Egyházi feljegyzések alapján a legrégebbi dokumentált eset 1682-ből származik, amikor is egy orosz katona koponyadefektusát kutya csontjával pótolták. Az írásos emlékek azt is megemlítik, hogy az egyház óva intette a sebészt a műtét elvégzésétől. Később, amikor a katona meghalt, temetését csak a csont eltávolítása után engedélyezték. A csont csonttal való pótlásának legszerencsésebb esete a saját csont alkalmazása, az autológ csonttranszplantáció. Ilyenkor nincs immunológiai reakció, a csontsejtek gyakorlatilag élő sejtként kerülnek az átültetett csontszövettel új helyükre, és jó műtéti indikáció és technika esetén szinte garantált a siker. Ugyanakkor lehetőségeit nagymértékben korlátozza a donor csontterületek nagysága, emellett a maxillo-faciális sebészetben ugyancsak nagy fontossággal bír az átültetett csontok geometriája. A különböző idegen egyedekből történő, homológ és heterológ transzplantációk tárgyalása nem célja e fejezetnek, de elmondható róluk, hogy nem ideális megoldások, nem minden esetben és testtájékon garantált a beépülésük, nagy a velük biológiailag átvihető betegségek veszélye, úgyhogy alkalmazásuk meg sem igen honosodott és ez nem is igen várható. Szemben például a rossz gyógyhajlamú hosszú csöves csonttörések autológ spongióza átültetésével való serkentésével, a maxillo-faciális csontdefektusok pótlásánál a csonttörés gyógyulásánál hisz sokszor jelentős csontdefektusokkal állunk szemben a kozmetikai eredmény legalább olyan fontos. Ráadásul ezekben az esetekben általában nem is teherviselő, hanem inkább kontúrt adó csontokról van szó. Ugyanakkor a rágás mechanizmusában részt vevő csontok pótlásánál már a jelentős teherviselő képesség kialakítása is vezető szemponttá válik. 4

A csontdefektusok pótlásának több módszere terjedt el napjainkra. Még továbbra is népszerűek a titán ötvözetekből, forgácsolással méretre készült egyedi gyártású implantátumok, azonban ezek gyártási költségét és EU konform előállítási procedúráját az előírt szabályzók, azok tökéletes betartása mellet, nagymértékben megnövelik. Az újabban megjelent habosított titán illetve tantál alapanyagú csontpótlások pedig egyedi kivitelben gyártási technológiájukból következően nehezen hozzáférhetőek. Alternatívát jelent ezekkel a módszerekkel szemben a csontcement alapú pótlások készítése. A csontcement (kémiai összetételét tekintve polimetilmetakrilát) a csonttal érintkezve biológiailag gyakorlatilag inert, és több száz millió csípő-, váll- és térdprotézis viselő betegen nyert több évtizedes tapasztalat alapján alkalmas a csontbeépülést nem igénylő esetekben a hiányzó csontdefektus pótlására is. Ugyanakkor alapvető különbség, hogy a fent említett nagyízületi endoprotetikai műtétek esetén általában a csontok velőűrében vagy mesterségesen kiképzett üregében történik a csontcementtel való rögzítés, míg a maxillo-faciális sebészetben teljesen más csontos környezetben kell a rekonstrukciókat megalkotni. Debreceni Egyetem Ortopédiai Klinikája által működtetett Biomechanikai Laboratóriumban alkalmazzuk az országban egyedüliként azt az eljárást, amely eredményeképpen az egyedi csontpótlás 3D nyomtatóval készült mesterdarab alapján kialakított öntőformában peroperatív módon csontcement pótlással valósul meg. A módszer eddig már több mint 20 esetben került alkalmazásra, többnyire az agykoponyát, de néhány esetben az arckoponya bizonyos területeit is érintő területen, emellett az eljárás tapasztalataink szerint a mozgásszervi sebészetben is nagyon jó eredménnyel alkalmazható. A módszer szükségességét az is indokolja, hogy az esetek egy részében a koponyacsont egyes területeinek (különösen a calvaria) csontcementtel való pótlása még ma is a kézi formázás technikájával történik, azaz a pótlás alakját a sebész egy félig megszilárdult csontcementdarabból kézzel próbálja gyorsan a megfelelő alakra formázni, ugyanis a cement polimerizációja eleve csak néhány perc időt ad a folyamat befejezésére. Ez a módszer azonban még a legegyszerűbb esetben is csak közelítő pontosságot ad, és a csonthiány geometriájának összetettebbé válásával és méretének növekedésével ez a pontosság jelentősen lecsökken. 5

10.1.2. A 3D nyomtatás alkalmazása egyedi csontpótlás készítéséhez Ahogyan azt az előzőekben láthattuk, a csontpótló anyagokra vonatkozó feltételeknek a polimetil-metakrilát (PMMA) alapú csontcement nagy általánosságban megfelel, ezért gyakorlatilag 40 éve problémamentesen alkalmazzák a test számos területén az implantátumok rögzítése mellett csonthiányok pótlására is. A csontpótlások esetén azonban az alapanyag kérdése csak a probléma egyik része, emellett azt is meg kell oldani, hogy a pótlás alakja és rögzülése is megfelelő legyen. Az igazán pontos pótlás készítésének az alapja, hogy már a műtét előtt pontosan ismerjük a csonthiány térbeli formáját, és maga a pótlás pedig alaki megkötések nélküli eljárással készüljön. Erre napjainkban a legalkalmasabb hozzáférhető módszer a 3D nyomtatás mint additív rapid prototyping technológia, amely jelen jegyzet egy korábbi fejezetében már bemutatásra került. Csontpótló eljárásunk szempontjából a 3D nyomtatás leglényegesebb jellemzője, hogy segítségével gyakorlatilag tetszőleges geometriai komplexitású modellek állíthatók elő. Így például a koponya bonyolult struktúrájának bármely hiányzó részlete is jól rekonstruálható a módszerrel. A következőkben az általunk alkalmazott csontpótlási folyamat lépéseit mutatjuk be részletesen, a beteg CT felvételének készítésétől egészen a beültetésig. 10.1.2.1. 3D modell készítése CT felvételek alapján A folyamat első lépéseként ahhoz, hogy eljussunk a csontpótlás alakjához mindenekelőtt három dimenzióban rekonstruálnunk kell a sérült területet, azaz a defektust és környékét. Ahogyan ez már napjainkban gyakorlattá vált, ezt CT felvételek alapján végezzük el. A CT berendezések alapvetően metszeti képsorozatot készítenek, amit a 1980-as években az American College of Radiology által bevezetett DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) szabványos formátumban tárolnak. A CT berendezések szoftvere alapvetően képes arra, hogy a metszeti képek alapján 3D-ben rekonstruáljon és megjelenítsen bizonyos struktúrákat, azonban ezeket a 3D modelleket letölthető fájlként sajnos a rendszer nem bocsájtja rendelkezésre, így azok előállításához egy külső szoftver segítségét kell igénybe venni. 6

1. ábra CT felvétel-sorozat (részlet) és a CT berendezés által készített 3D rekonstrukció A 3D modell rekonstruálása a CT berendezésből exportálható DICOM fájlok alapján történik. A DICOM fájl azon kívül, hogy tartalmazza az adott szintnek megfelelő (általános esetben 512x512 pixel méretű) metszeti röntgenképet, rengeteg egyéb információt is magába foglal, többek között olyanokat is, amelyek a 3D rekonstrukcióhoz elengedhetetlenek. Ezeket a kiegészítő információkhoz ún. tag-ek kapcsolódnak, amelyekből több mint 3000 féle létezik. A legtöbb DICOM tag be van sorolva egy csoportba (Group), és mindegyik rendelkezik egy azonosítóval (Element), a hozzá kapcsolódó leírással (TAG description) és egy értékkel (Value). A tag-ek közül a 3D rekonstrukcióhoz legfőképpen a CT kép szeletek távolsága, orientációja, valamint az esetleges döntési szög (gantry tilt) szükséges. Ez utóbbi paraméter alapesetben nulla, ha a metszet pontosan egy adott anatómiai síkkal (általában a transzverzális síkkal) párhuzamos. 7

2. ábra Egy CT felvétel és a hozzá tartozó néhány DICOM tag A DICOM fájlok alapján történő 3D rekonstrukcióra több szoftvert is fejlesztettek. Ezek közül megemlítendő a 3D-Doctor, az ingyenes és csak az alapfunkciókat tartalmazó Invesalius, illetve a Slicer, valamint a csak MacOS-re elérhető, de igen kiterjedt DICOM feldolgozási funkciókat magába foglaló OsiriX. Az azonban kétségtelen, hogy ebben a piaci szegmensben a piacvezető a belga Materialise, akiknek kifejezetten az orvosi 3D rekonstrukciós célra fejlesztett szoftverük a Mimics. Az alkalmazás a pontos rekonstrukción túl még a folyamat előtt lehetővé teszi a CT képek javítását különféle képszűrők alkalmazásával, amellyel többek között a felvételek zajossága jelentősen csökkenthető. 3. ábra A CT felvétel zajosságának csökkentése képszűrő alkalmazásával 8

A rekonstrukció lényegében a CT felvételekre vonatkozóan kiválasztott, a vízhez viszonyított röntgensugár gyengítési, az ún. Hounsfield skála alapján történik. A számítások előtt meg kell adnunk a rekonstruálandó szövetekre vonatkozó alsó és felső határt Hounsfield egységben (HU, CT ablakolás). Csontpótlás esetén a csontot rekonstruáljuk, így természetesen a csontra jellemző Hounsfield értékeket adunk meg, ami standard esetben 1200-tól kezdődik, de attól függően, hogy a kortikális, vagy a trabekuláris részekre koncentrálunk, a skála ennek megfelelően változtatható. Megfelelő beállításokkal szükség esetén fogak, izmok, egyéb lágyrészek, vagy akár fém implantátumok 3D modellje is kinyerhető a CT felvételek alapján. Megjegyzendő, hogy fém implantátumok esetén előfordulhatnak ún. artefaktumok, sugár-szerű képzajok, amik jelentősen megnehezíthetik a rekonstrukciót. A fogpótlások környékén ez tipikus jelenség. 4. ábra: CT felvételen fém implantátumok környékén megjelenő artefaktum A szoftver lehetőséget biztosít továbbá különböző Hounsfield érték tartományokkal készült rétegek, ún. maszkok felvételére, azok különféle kombinálására (egyesítésére, kivonására, közös rész képzésre), az egyes CT rétegek kézi szerkesztésére (törlés, hozzárajzolás), valamint az egybefüggő, egymással össze nem érő 3D modellt alkotó alakzatok elkülönítésére is. Így például szükség szerint az olyan esetekben, amikor a csontpótló műtét részeként eltávolításra kerülnek korábbi implantátumok, rekonstruálhatóak az eredetileg implantátumot (pl. csavarokat, lemezeket) tartalmazó csontszegmentumok implantátumok nélkül is. 9

A rekonstrukció minősége, pontossága alapvetően a CT felvételek minőségétől, valamint a szelettávolságtól függ. Maxillo-faciális csontpótlás esetén 1-1,5 mm-es szelettávolság általában megfelelő pontosságot biztosít, de a szelettávolság csökkenésével a pontosság mindig növelhető. Az eddigiekben a különféle szakterületeken általánosan alkalmazott ún. medical CT berendezésekről, illetve az általuk készített képekről volt szó, a 3D rekonstrukció ezekkel a fájlokkal jól elvégezhető. Fontosnak érezzük azonban, hogy hangsúlyozzuk: a fogászatban általánosan alkalmazott CBCT (Cone Beam Computed Tomography) berendezésekkel készült felvételek is tökéletesen alkalmasak a külső szoftverrel történő 3D rekonstrukcióra. Egyetlen feltétele, hogy a szeleteknek megfelelő képeket DICOM formátumban ki lehessen menteni a gép szoftvere segítségével. A CBCT rendszereknek ráadásul további előnyökkel is rendelkezik. A hagyományos medical CT-hez képest a Cone Beam CT-t használva a sugárterhelés körül-belül 99%-kal csökken, amely nagyságrendileg megegyezik a fogászatban amúgy is használt hagyományos képalkotó eljárások sugárterhelésével. A szkennelés ideje is jelentősen lecsökken, hiszen míg a hagyományos CT-vel perceket vesz igénybe, addig CBCT-vel 20-40 másodpercet, ráadásul a rekonstrukciós idő is rövidebb. A felvételek felbontása is jobb, így a 3D modell részletessége is javul. Hozzátesszük, hogy a CT felvételek alapján történő rekonstrukció elvileg akár bitmap (BMP), vagy más kiterjesztésű digitális képek alapján is történhet, azonban ekkor a pontos rekonstrukcióhoz elengedhetetlen a szeletvastagság ismerete, valamint a képre jellemző DPI (Dots Per Inch, egy hüvelykre [25,4 mm] eső képpontok száma) érték, vagy egy olyan skála is szükséges, amely alapján a képeken ábrázolt struktúrák valós méretét is lehet rekonstruálni. 10

5. ábra: CBCT felvétel alapján rekonstruált 3D modell A Mimics-szel történő rekonstrukció során az első lépés tehát a csontablak megadása, amely leginkább megfelel az igényeknek. Ezzel tehát valamennyi CT rétegen kiválasztásra kerülnek azok a pontok, amelyek fényessége a megadott tartományon belül esik. Mivel az így kiválasztott ponthalmaz szinte kivétel nélkül olyan pontokat is tartalmaz, amelyekre nincs szükségünk (pl. a koponyafelvétel esetében a fejtámasz bizonyos részei: ezt láthatjuk a 6. ábrán zöld vonalként ábrázolódni a koponya mellett), ezeket a pontokat ki kell venni a rekonstrukcióból. Ehhez a szoftver a Region Growing nevű funkciót kínálja, amely segítségével az egybefüggő, de egymással össze nem érő térbeli alakzatok elkülöníthetőek egymástól. Ez az eljárás arra is lehetőséget ad, hogy megfelelő csontablak-beállítások mellett a különböző csontokat elkülöníthessük egymástól, azaz akár például egyetlen nyakcsigolyát is képes a rendszer rekonstruálni a teljes koponyáról készült CT alapján. Ehhez azonban a csontablak olyan pontos beállítása szükséges, hogy az adott csigolya képe egyetlen CT szeleten sem érjen hozzá egyetlen ponton sem más testrészekhez. Amennyiben mégis előáll ez a helyzet, akár kézzel is beleszerkeszthetünk a maszk pontjaiba, kitörölhetjük azokat a pontokat, ahol a kapcsolódások mutatkoznak. A rekonstrukció maga egy olyan számítási algoritmuson alapul, amely a megadott CT szeleteken megkeresi a kontúrokat és az egyes szeletek közötti ismeretlen teret interpolálással egészíti ki úgy, hogy a kapott felület minél egyenletesebb legyen, azaz a szeletek szintjén ne legyen törés. Amennyiben a fentiek szerint rekonstruált terület túl nagy, a crop mask funkcióval a 3D rekonstrukcióra kijelölt terület jelentősen lecsökkenthető, leszűkíthető arra a tartományra, amely ténylegesen érdekes számunkra a továbbiakban. Arra azért ügyelni kell, nehogy túl sokat vágjunk le a maszkból, mert a 3D rekonstrukció eredménye nemcsak a defektus környékére kell, hogy korlátozódjon, hanem alkalmasnak kell lennie arra is, hogy megítélhető legyen, a kiszerkesztett koponyapótlás mennyire kielégítő szimmetriaviszonyokat eredményez a teljes koponyát illetően. 11

6. ábra: 3D rekonstrukció CT felvételek alapján 10.1.2.2.Szerkesztés 3D-ben A rekonstrukciót követően előáll a CT vizsgálat által érintett teljes régió, magába foglalva a sérült csontot, illetve a defektust és környezetét. A következő lépésben célunk annak a geometriai formának az előállítása, ami pontosan beleillik a defektusba és visszaadja az eredeti kontúrokat, azaz a csontpótlás 3D modelljének megszerkesztése. Ezt a folyamatot alapesetben a maxillofaciális régió szimmetriájára alapozva végezzük el. Ennek megfelelően először a CT felvételek alapján rekonstruált, a defektust tartalmazó modellt a szagittális síkra tükrözve készítünk egy új alakzatot. Tulajdonképpen ezzel a modellel próbáljuk rekonstruálni azt a formát, amilyen eredetileg, a defektus keletkezése előtt volt az érintett terület. Következő lépésként a tükrözött modellt transzlációs és szükség szerint rotációs transzformációkkal a defektust tartalmazó modellel fedésbe hozzuk úgy, hogy a defektus környékén a két modell amennyire csak lehet pontosan illeszkedjen. Az ezt követő szoftveres számítások idejének csökkenése érdekében a modellekről levágjuk a számunkra nem lényeges területeket. 12

7. ábra: Az eredeti, valamint az eredetivel fedésbe hozott tükrözött (zöld) koponyamodell A hiányzó csontrész, illetve a pótlás formáját a két modell különbsége fogja adni. Ezt az alakzatot úgy kapjuk, hogy a tükrözött (ép) modellből Boolean transzformációt alkalmazva kivonjuk a defektust tartalmazó testet. Mivel a két test a kivonás előtt a defektus környékén sohasem hozható egészen pontosan fedésbe, a kivonással a leendő koponyapótlás modelljén kívül kapunk némi fölösleges modellrészt is, ez azonban a vágás funkció alkalmazásával könnyen eltávolítható. A szerkesztési műveletek befejeztével megkapjuk a beültetendő pótlásnak megfelelő geometriájú térbeli alakzatot. 8. ábra: A tükrözésen alapuló pótlás megszerkesztése 13

Amennyiben a defektus a szimmetriasíkon áthalad (ahogyan a 6. ábrán látható esetben is), vagy olyan körülmények állnak fenn, hogy a pótlás tükrözéssel nem állítható elő, akkor bonyolultabb 3D szerkesztési lépések alkalmazása, illetve a sebésszel való folyamatos kommunikáció szükséges, de ezek az esetek sem jelentenek akadályt a módszer alkalmazása előtt. Ilyen esetekben akár egy hasonló morfológiájú koponya azonos területének CT felvétele, vagy a rekonstruált 3D modell bizonyos részeinek duplikálása is segítségünkre lehet. Ugyancsak adódhatnak olyan esetek, amikor egy korábbi műtét során behelyezett, és a rekonstrukció során bent maradó fém implantátumhoz kell igazítani a pótlást. Egy ilyen eset megoldása során készült ábrákat láthatunk a 8. és 9. ábrán. Ennél a betegnél a feladatunk egy olyan defektus pótlása volt, amely a homlokcsontot és a járomcsontot érintette, azonban egy korábbi műtét során olyan fémlemezek kerültek beültetésre, amelyeknek a csontpótlás után is a helyükön kellett maradniuk. A korábbi baleset során a járomcsont középső szegmentuma kitört, és az azt rögzítő lemezekkel nem sikerült a teljes szimmetria visszaállítása, a szemgödör laterális széle mintegy 15 mm-rel hátrébb tolódott. A pótlás kialakításakor ezt a körülményt figyelembe kellett venni, így a pótlás járomcsontot érintő részét a meglévő csontvéghez kellett igazítani. 9. ábra: Bent maradó implantátum melletti csontpótlás kiindulási állapota 14

Ennek érdekében a tükrözött járomcsont egy részletét megkettőztük és a meglévő csonkhoz igazítottuk, majd egyesítettük a sebész kívánságai alapján torzított tükrözött modellel, végül az egyesített modell és a sérült koponya modelljének különbségképezésével kaptuk eredményül a pótlás alakját. A sebésszel történt többszöri egyeztetés során alakult ki az a forma, amelyet véglegesnek fogadtunk el. 10. ábra: Bent maradó implantátum mellett rekonstruált koponya és a csontpótlás 3D szerkesztésének lépesei Meg kell említenünk, hogy a Mimics fejlesztői, a Materialise által kiadott, többek között a Mimics-ből kikerülő 3D modellek utófeldolgozására, szerkesztésére, manipulálására szolgáló 3- Matic nevezetű szoftver Medical változatának legújabb verziójában megjelent egy olyan funkció, amely bizonyos esetekben jelentős segítséget nyújthat a koponyapótlások alakjának kiszerkesztésében. Ennek alkalmazásakor első lépésként egy folytonos térbeli görbével a koponya felületén, a defektus széléhez minél közelebb, de már a teljesen ép koponyafelületen körbe kell rajzolni a defektust. 15

11. ábra: Az automatikus pótlásmodell-generáláshoz szükséges segédgörbe a koponya felületén Ezután a koponya tükrözése következik, majd metszeti szeleteket kell készíteni, amelyen mind az ép, mind a tükrözött koponya metszeti képe, valamint az előzőleg berajzolt térbeli görbe metszetének két pontja is ábrázolódik. Ezen a metszeti képen be kell rajzolnunk egy olyan görbét, amellyel összekötjük a defektust körbeölelő térgörbe két metszeti pontját úgy, hogy az illeszkedjen a defektust tartalmazó koponyarészlethez, ugyanakkor párhuzamos legyen a tükrözött koponyarészlet körvonalával. Ezzel biztosítjuk azt, hogy minél szimmetrikusabb alakzathoz jussunk a folyamat végén, azaz a pótlást is tartalmazó koponya szimmetriája visszaálljon. 1 2 12. ábra: Az automatikus pótlásmodell-generáláshoz szükséges segédgörbék két metszeti síkon. A tükrözött koponya metszeti kontúrját pirossal, a határoló görbe vetületének pontjait háromszögekkel jelöltük. 16

A folyamat utolsó lépéseként meg kell adnunk a rendszernek az előzőekben kiszerkesztett alakzatokat, azaz a defektus körvonalát, a metszeteken kiszerkesztett egy-egy görbét, valamint a készítendő pótlás vastagságát. A rendszer végül ezek alapján kiszámítja a pótlás alakját. 13. ábra: Az automatikus pótlásmodell-generálás eredménye A módszer bizonyos esetekben elég látványos eredményhez vezet, azonban nagyon fontos minden egyes esetben az, hogy a metszeti síkokon megadott görbék megfelelőek legyenek, különben a szimmetria nagyon erősen el tud torzulni. Ennek a megoldásnak a kézi illesztésű, Boolean kivonáson alapuló módszerhez képest a hátrányai között említhetjük a geometriai korlátokat, illetve a pótlás egyenletes vastagságát. Előbbi akkor jelentkezik, ha a defektus túl bonyolult alakú tulajdonképpen a legtöbb esetben, amikor az arckoponya is érintett, a határoló görbe már egyszerűen nem rajzolható be, a görbe nem tudja követni a felületet, tehát ilyenkor a módszer nem alkalmazható. A pótlás állandó vastagsága némi toleranciával az agykoponya és kisebb kiterjedésű pótlások esetén elfogadható, azonban az olyan esetekben, amikor túl nagy a defektus függőleges kiterjedése, különösen, ha a halánték is érintett, a koponya vastagsága változik, ezért a pótlás illeszkedése belül nagyon rapszodikusan alakulhat. Ilyenkor esetleg az érintett terület legnagyobb vastagságához érdemes megválasztani a pótlás vastagságát, és a fölösleges területeket pedig vagy Boolean transzformációkkal, vagy már a kész modellen különféle megmunkálási módszereket alkalmazva eltávolítani. 17

10.1.2.3. Végeselemes modellezés Az előzőekben ismertetett módon megszerkesztett számítógépes csontpótlás modell azon túl, hogy legyártását követően alapját képezi a csontpótló implantátumnak, arra is nagyszerű lehetőséget kínál, hogy numerikus módszerekkel ellenőrizzük annak stabilitását, teherbírását. Erre a legelterjedtebb módszer a végeselemes analízis. Az eljárás lényege, hogy a vizsgálandó testekről számítógépes 3D modellt hozunk létre, majd azokat szabályos geometriájú, véges számú elemre bontjuk, ezután a kényszereket, erőhatásokat virtuálisan alkalmazzuk a modellre, végül a szoftver a modell minden elemére kiszámítja az adott erők, kényszerek hatásaira keletkező deformációkat, feszültségeket. A következőkben ezt a folyamatot mutatjuk be röviden. A folyamat végrehajtásához szükséges egy végeselemes analízis végrehajtására képes szoftver, például az ANSYS Workbench, valamint érdemes a számítások előkészítését nagyban elősegítő, már korábban említett 3-Matic szoftvert is alkalmaznunk. A szoftvereken kívül a folyamat végrehajtása során a következő információkra van szükségünk: - Geometriai adatok A sérült koponya geometriai modellje A pótlás geometriai modellje - Anyagmodell: rugalmassági modulus és Poisson tényező A sérült koponya anyagmodellje A pótlás anyagmodellje - Kényszerek, egyéb peremfeltételek - Terhelések, erők - Elemtípus, hálózási adatok - Az eredmények megjelenítési módja Geometriai adatok Ezek az adatok már rendelkezésre állnak az előzőekben elvégzett folyamatok eredményeképpen. Mivel itt elsősorban a pótlásra koncentrálunk, a kevesebb számítási igény céljából a sérült koponyának csak a defektus környezetében lévő részét használjuk fel. 18

Anyagmodell Ahhoz, hogy a számításokat el lehessen végezni, a geometriai elemekhez anyagtulajdonságokat kell hozzárendelnünk. Ehhez szükségünk van a defektust tartalmazó koponyacsont és a pótlás csontcement anyagának mechanikai tulajdonságaira. A csont anyagtulajdonságai igen széles határok között mozognak, ráadásul a kortikális és a spongiosa állomány paraméterei jelentősen eltérnek, ezért ezt nagyon nehéz pontosan meghatározni, azonban a Mimics a CT felvételeken mérhető HU értékek alapján ki tudja számítani ezeket az értékeket és hozzá tudja rendelni a csontmodell minden egyes apró eleméhez ezeket a jellemzőket. A csontcement tulajdonságai ismertek, rugalmassági modulusa és Poisson száma irodalmi adatok alapján vehető fel. Kényszerek, egyéb peremfeltételek A végeselemes modellezés során azt szeretnénk meghatározni, hogy az alakja, mérete, vastagsága megfelelő-e, azaz miután a koponyapótlás beültetésre kerül, képes-e ellenállni bizonyos terhelésnek törés nélkül. Ehhez a végeselemes modellezés során a sérült koponya és a pótlás modelljét egymásra kell helyezni, és meg kell adni, hogy azok milyen kapcsolatban vannak egymással. Ez meghatározható egy fix kapcsolatként is, amikor a két test egymáshoz képest nem tud elmozdulni, azonban valójában a csontcement csak fonállal, esetleg csavarokkal, lemezekkel lesz odarögzítve, amely nem biztosít teljesen stabil kapcsolatot. A pótlás alakja az, amely viszont a kapcsolat erősségét adja, hiszen minden esetben ék alakú, kifelé növekszik a széle, tehát alakzáró kapcsolatot biztosít a kívülről befelé ható erőkkel szemben. Ebben az esetben tehát az érintkező felületek kijelölésén túl az azok közötti súrlódási tényező az, amit meg kell adnunk, amely néhány mérésből könnyen meghatározható. A számítások végrehajtásához szükséges még valamely felület, él, vagy pont rögzítése, amely a vizsgálat során a helyén marad, itt nem keletkezik elmozdulás, deformáció. Erre jelen esetben érdemes a koponya vágási felületét választani. 19

14. ábra: A végeselemes analízishez elkészített 3D modellek. A rögzített felület vörössel jelölve. Terhelések, erők Esetünkben a koponyapótlásra érkező nagyobb erőt szeretnénk modellezni, amely támadási felülete lehet akár a pótlás teljes felülete, de akár csak egy része is megadható. Elemtípus, hálózási adatok A fenti információk megadását követően következik a 3D modellek apró elemekre bontása, a hálózás. A szabályos geometriájú elemek közül a legelterjedtebben használt a tetraéder. Az elemtípuson kívül az elemek méretét is meg kell adnunk. Ez általában egy átlagos méret megadásán túl a kritikus helyeken kisebb méretek külön megadását jelenti. 20

15. ábra: Behálózott végeselemes modell terheléssel Az eredmények megjelenítési módja A fenti adatok megadását követően elindulhat a számítási folyamat, amely végén a rendszer a megjeleníti a mechanikai feszültségeloszlást, valamint a deformációkat. Választhatunk, hogy az eredményeket a 3D modellre kivetítve, vagy akár diagram formájában szeretnénk megkapni. Végül a számítások eredményéből meg tudjuk ítélni, hol vannak feszültségcsúcsok, valamint a csont, illetve a csontpótlás anyagtulajdonságait ismerve azt, hogy az adott terhelést elviseli-e törés nélkül a koponya, illetve a csontpótlás. 10.1.2.4.3D nyomtatás Az 10.1.2.2. pontban részletezett módon előállított háromdimenziós modell még mindig csak a számítógép monitorán megfigyelhető virtuális modell, ahhoz, hogy kézzel fogható tárgyat kapjunk, szükség van egy olyan eszközre, amely segítségével a bonyolult alakú, adott esetben konkáv felületeket is tartalmazó pótlás legyártható. Erre a feladatra az egyik legcélszerűbb választás egy nagypontosságú (a DE Biomechanikai Laboratóriumában Objet Connex 260 21

típusú) 3D nyomtató alkalmazása, amelynek a rétegről rétegre történő modellépítési technológiának köszönhetően nincsenek korlátai a felületek komplexitását, alakját illetően. A Stratasys által gyártott Objet 3D nyomtatók olyan speciális folyékony műgyantával dolgoznak, amelyek nyomtatás közben keményednek meg UV fény hatására. A rendszer többféle alapanyaggal is tud dolgozni, a különféle (fekete, fehér, kék, szürke) színek mellett akár áttetsző, borostyán hatású anyag is nyomtatható. A Connex rendszerű Objet nyomtatók pedig képesek akár két különböző anyaggal egyszerre dolgozni egy rétegen belül is, sőt, bizonyos anyagok digitális keverékét (digital material) is elő tudják állítani, így például lehet befolyásolni a kész anyag színété és keménységét is. Az alapanyagok mellett ez a rendszer támaszanyagtámogatással is rendelkezik, ami azt jelenti, hogy a kinyomtatandó modelleknek azon részei alá, amelyek alatt nincs anyag, egy speciális, a nyomtatást követően könnyen eltávolítható anyagot nyomtat. Modellanyag Támaszanyag 16. ábra: Az alapanyag és a támaszanyag elhelyezkedése az Objet rendszerű nyomtatók modellalkotása során A beavatkozás sikere érdekében a pótlás mellett rendszerint a sérült csontrészlet modelljét is legyártjuk a 3D nyomtató segítségével, így a defektusba belepróbálható a pótlás még a műtét előtt, és ellenőrizhető, hogy mennyire illeszkedik megfelelően, és szükség esetén még a geometrián 3D szerkesztőprogrammal módosíthatunk. Kérésre mindezeket az operáló orvos rendelkezésére bocsájtjuk jóváhagyás vagy további módosítások pontosítása végett. A folyamat ezen fázisában a fő célunk egy olyan mesterdarab létrehozása, amely pontosan olyan alakú, mint amilyennek a pótlásnak kell lennie, ezért adott esetben a már kinyomtatott modell is szükség 22

szerint vágással, forgácsolással, csiszolással módosítható, ezt a 3D nyomtatóból kikerült modellek műgyanta alapú anyaga lehetővé is teszi. 17. ábra: A kinyomtatott koponyarészlet és a tükrözéssel megszerkesztett pótlás Az egyes esetek bonyolultságától és sürgősségétől függően a pótlás illeszkedésének megítéléséhez néha elegendő a 3D szerkesztőprogramban készített néhány kép, vagy a modell megtekintése online felületen keresztül elérhető 3D modellnéző szoftverrel, de legtöbb esetben a 3D nyomtatással előállított kézzelfogható modelleken történik az ellenőrzés, hiszen ez módszer olyan többletinformációkat biztosít, ami semmilyen más ellenőrzési mód alkalmával sem áll rendelkezésre. 18. ábra: A kinyomtatott koponyarészlet és pótlás bent maradó implantátum esetén 23

10.1.2.5.Öntészet A csontpótlási módszerünk célja, hogy egy olyan eszközt biztosítsunk a sebész részére, amely használatával a fentiek szerint kialakított pótlás-modellel geometriailag megegyező csontcement implantátumot tud készíteni. Ezt egy szilikon öntőforma segítségével valósítjuk meg, amelyhez a 3D printerből kiemelt, már véglegesített mesterdarabot, azaz a pótlás-modellt, mint öntőmintát használjuk fel. 1. Az öntéshez a pótlás egyedi méreteihez igazodva kiválasztjuk a speciálisan erre a célra készült, méretsorozatban rendelkezésre álló átlátszó öntőedények közül a megfelelőt. Az átlátszóság azért előnyös, mert így jól megfigyelhető a szilikon öntésekor az anyag szétterjedése, ellenőrizni lehet, hogy mindenhová befolyt-e, illetve az esetleges légzárványok is jól detektálhatóak. 2. Megválasztjuk a pótlás helyzetét úgy, hogy az öntés során ne maradhassanak légzárványok. Itt a legfőbb szempont, hogy a modellben lévő görbült felületek fölfelé bővüljenek, valamint, hogy a csontcement a műtét során az öntőformába könnyen bejuttatható legyen. 3. A pótlás-modell szögleteire, sarkaira vékony csapokat ragasztunk, amelyek egyrészt az alátámasztást szolgálják, másrészt a megszilárdult öntőmintán kis járatokat képezve a csontcement beöntésekor a levegő távozását fogják elősegíteni. Ezzel megelőzzük a légzárványok képződését a csontcementben. 4. Az így előkészített mintát az öntéshez előkészített öntőedénybe helyezzük és előkészítjük az öntőanyagot, a szilikont. A Debreceni Egyetem Biomechanikai Laboratóriumában RTV 240 kétkomponensű szilikon anyagot használunk, amely megszilárdulás után biológiailag inert, 200 C-ig hőálló és jól sterilizálható. Öntés előtt a két komponenst alaposan össze kell keverni, majd vákuumkamra segítségével eltávolítjuk a keverés hatására felgyülemlő légbuborékokat, amelyek a szilikon átlátszóságát erősen gátolják. Mivel a szilikon anyaga igen nagy viszkozitású, jelentős vákuum (~99,99%) szükséges a légbuborékok felszínre juttatására, eltávolítására. Ahhoz, hogy megfelelő eredményhez jussunk, a vákuumozást legalább még egyszer meg kell ismételni. 24

A buborékmentes szilikont ezek után az öntőedénybe töltjük, ügyelve arra, hogy a mesterdarabot mindenütt megfelelő vastagságban körbevegye és arra, hogy ne maradjanak légzárványok a még folyékony szilikonban. Az anyag edényideje 60 perc, ami azt jelenti, hogy a két komponens összekeverését követően ennyi idő áll rendelkezésre, amíg a szilikon elkezd megkötni és a viszkozitása rohamosan elkezd növekedni és kezelhetetlenül sűrűvé válik. Az anyagot az öntést követően hőkamrában 50 C-on tároljuk. Az általunk használt szilikon teljes megszilárdulásához 50 C-on 12 óra szükséges, míg szobahőmérsékleten 24 óra alatt fejeződik be a folyamat. 5. Megszilárdulás után a szilikonból el kell távolítani az öntőmintát és a levegő eltávozását segítő nyílásokat kialakító csapokat. Először az öntőedényből kiemeljük a szilikon tömböt, aztán a csapokat kihúzzuk, a mesterdarab, azaz az öntőminta pedig a szilikon forma szétfeszítésével távolítható el. A széthajtáshoz szükséges hasítást úgy végezzük el, hogy egy kisebb vágást ejtünk az öntőforma szélén a megfelelő helyen, majd a szilikon folyamatos szétfeszítése mellett mesterdarab irányába folytatjuk a vágást. A mesterdarabról a szilikon leválik, itt nem szükséges további beavatkozás. Az öntőformát a lehető legkisebb mértékben hasítjuk szét, hogy magára hagyva a két fél minél nagyobb biztonsággal pontosan összezáródjon. 6. Az öntőminta eltávolítását követően a szilikon tömbben egy, a beültetendő pótlással geometriailag pontosan egyező üreg alakult ki. A folyamat végére megkapjuk tehát a műtét során használandó öntőformát. 25

19. ábra: Az öntőminta a csapokkal, valamint a kész szilikon öntőforma 10.1.2.6.Műtét Az előzőleg sterilizált szilikon öntőformát a műtét ideje alatt a korábban az öntőminta eltávolításakor ejtett vágás mentén szétfeszítik, és abba az ún. working phase állapotában lévő csontcementet öntenek, majd ügyelve a pontos illeszkedésre, összezárják. A csontcement felvéve az üreg alakját a ténylegesen beültetendő pótlássá formálódik, majd néhány perc alatt megköt. A csontcement polimerizációja során felszabaduló hő a kézi formázással ellentétben a szilikont melegíti, ezzel teljesen megszünteti az érintett régió környékén a túlzott hőfejlődés káros hatásainak kockázatát. Nagyon ritka ugyanis az olyan eset, és az olyan műtéti terület, ahol a hőfejlődés kívánatos lenne. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy már ma is elérhetőek azok a csontcement típusok, amelyek polimerizációja során jóval kevesebb hő keletkezik, azonban ezek a csontcementek a hagyományos anyagokhoz képest sokkal drágábbak. A csontcementnek a szilikon öntőformába való bejuttatásának egy alternatív módja lehet az, amikor a szilikon forma tetején a levegőkieresztő csatornákhoz hasonló módon kialakítunk egy nagyméretű fecskendő csőrének megfelelő méretű kúpos öntőnyílást, és a csontcementet ezen keresztül juttatjuk a szilikon üregébe. Ilyenkor fokozott jelentőséggel bír az, hogy a fecskendőbe a csontcement a lehető legfolyékonyabb (a lehető legkisebb viszkozitású) formájában kerüljön, illetve maga a csontcement is olyan legyen, amely alkalmas fecskendővel történő használatra is. Ez a megoldás további eszközigényt is jelent, mert a megnövekedett nyomás miatt biztosítani 26

kell, hogy a szilikon forma ne deformálódjon, azaz egy merev keretben kell elhelyezni, ami nem engedi, hogy a nagy nyomással bejuttatott csontcement szétnyomja a formát. A polimerizáció befejezését követően a megszilárdult csontcement pótlás a szilikonon már megtalálható vágáson keresztül távolítható el. A nyers darabról a levegő távozását biztosító üregek és az esetleges öntőnyílás után maradt csapok könnyen letörhetőek. A végleges forma kialakításához esetleg még különösen a levegőnyílásokból visszamaradt csapok tövénél, illetve a szilikon hasításánál keletkező esetleges perem eltávolítására kisebb csiszolásokat végez a sebész, vagy az öntést végző asszisztens, majd azt a defektusba illesztik. Végül a környező csonthoz mini csontlemezekkel, vagy a pótlás és a csont peremébe fúrt apró furatokon keresztül varrattal rögzítik. Az eddigi eseteink tapasztalatai azt mutatják, hogy a pótlás alakja szinte kivétel nélkül olyan, hogy kívülről befelé szűkül, azaz az ilyen irányú erőhatásokkal szemben alakkal záró kapcsolattal áll ellen, ráadásul például a frontális régióban történő pótlás esetén már az operáció végén visszavarrt galea és fejbőr is jelentős stabilitást biztosít. Így a rögzítéskor sok esetben csak az oldalirányú hatások ellen kell megvédeni a pótlást. 20. ábra: A kész csontcement pótlás 27

10.1.3. Összegzés A Debreceni Egyetem Klinikai Központ Ortopédiai Klinika Biomechanika Laboratóriumában egy olyan 3D nyomatásos technikát dolgoztunk ki, melynek során a rendelkezésünkre bocsájtott finom felbontású CT felvételek alapján a DICOM fájlok segítségével először rekonstruáljuk, és szükség esetén kinyomtatjuk a defektus környezetét, majd az operáló orvos esetleges különleges óhajait figyelembe véve szimmetrikus rész sérülésekor az ellenoldali csontrészlet tükrözésével, egyéb esetben szabadkézi tervezéssel elkészítjük a pótlás mesterdarabját. Ez lehetőséget ad az operáló orvosnak, hogy azt belepróbálja az ugyancsak kinyomtatott, defektust tartalmazó környezetbe, és esetleg további speciális igényekkel lépjen fel. Miután mind sebészi, mind mérnöki szempontból kész a pótlás mintája, sterilizálható kemény szilikonból öntőminta készül róla. Ez az öntőminta nem igényel semmilyen steril előállítási környezetet, egyedül a szilikon szennyeződésmentes kezelésére kell nagy gondot fordítani. Sterilizálás nélkül szállítható vagy postázható, és a műtét idejére kell, hogy sterilen rendelkezésre álljon. Amíg az operatőr feltárja a pótlást igénylő környezetet, egy asszisztens kényelmesen el tudja készíteni az öntvényt. Ha bármilyen technikai probléma adódik, nyugodtan megismételhető az újraöntés mintegy 10 perces folyamata. Ezt a folyamatot összevetve egy fémforgácsolási technikával (pl. titán pótlások), vagy egy eleve beültetésre kész implantátum egyedi elkészítésével, könnyen belátható, hogy számos tekintetben előnyt jelent az általunk alkalmazott eljárás. Amennyiben nagyon kényes, számos finom részletet tartalmazó pótlásról van szó, illetve a learning curve elején tartó sebészek esetén nyugodtan végezhető próbaöntés akár az öntőminta elkészülte után laboratóriumi körülmények között, akár a műtét elején. A módszer megszabadít a minőségbiztosítás igen nehézkes, sok apró részletre kiterjedő és nagyon komoly dokumentációt igénylő folyamatától, ugyanakkor felsorolt előnyeit a hagyományos előregyártott technológia nem is biztosítja. Az általánosan alkalmazott kézi formázáson alapuló eljárással összehasonlítva az általunk alkalmazott módszer további előnyei: - a beültetett csontpótlásnak sokkal nagyobb az alakpontossága; - feltűnően jobb a kozmetikai eredmény; - a pótlás tetszőleges bonyolultságú lehet; 28

- a csontcement polimerizációjával járó káros szöveti hőhatást teljesen kiküszöböli; - a defektust tartalmazó, 3D nyomtatással előállított modell segíti a sebész munkáját mind a műtét előtt az operáció megtervezésében, mind esetleg a műtét ideje alatt is a tájékozódásban; - intraoperatív problémák esetén megismételhető az öntés. Az eljárás teljes átfutási ideje 3-14 nap, attól függően, hogy mennyire bonyolult a tervezési folyamat, illetve szükség van-e a pótlás illeszkedésének a sebész általi személyes ellenőrzésére. Tapasztalataink alapján kijelenthetjük, hogy a 3D szerkesztés, nyomtatás, öntés költsége nem növeli jelentősen a műtét összköltségét (különösen, ha figyelembe vesszük más egyedi csontpótlások árát), így anyagi szempontból sem aggályos a módszer alkalmazása. A technika nem igényel semmilyen extra felszerelést a műtétet végző intézet részéről, a csontcement öntés folyamata nem követel különösebb szakértelmet, akár a műtői szakszemélyzet által is könnyen elsajátítható. A teljes folyamat elvégzésének, vagyis a szilikon öntőforma előállításának vannak jelentősebb személyi, tárgyi és szoftveres feltételei, de napjaink informatikai infrastruktúrája mellett gyakorlatilag a világ bármely részéről viszonylag könnyen hozzáférhető szolgáltatásról, illetve műtéti technikáról beszélhetünk. A jövőbe tekintve a következő fejlődési lépcsőnek az azonos technikával önthető, biológiailag beépülő öntvények készítésére szolgáló alapanyagok megjelenése tűnik. 29

10.2. Digitális technológiák arc-állcsont és szájsebészeti alkalmazása. 10.2.1. Bevezetés A maxillofacialis régió bonyolult anatómiai, funkcionális és esztétikai rendszere nagyon nehéz feladatok elé állíthatja a sebészt ha ebben a régióban kell beavatkoznia. A klinikai vizsgálat mellett alapvető ezeknek az állapotoknak a képalkotó eljárásokkal történő rögzítése. A hagyományos kétdimenziós technikáknak nagyon komoly korlátai vannak a részletek rögzítésében különös tekintettel a csontos struktúrákat fedő lágy szövetekre. A fogászat, arc állcsontsebészet területén az elmúlt évtizedben a digitális technológiák jelentős fejődésen mentek át. A digitális módszerek sokat javítottak az adatbázisok fejlesztése, követhetősége, reprodukálhatósága területén. A digitalizálás háromdimenziós képalkotó eljárások kifejlesztését tették lehetővé ezáltal megkönnyítették az adatok elemzését, kialakultak a telemedicina és konzultációk feltételei. Hatalmas segítséget nyújtott a digitális technológia a műtéti és a rekonstrukciós tervezés rohamos fejlődésében. Rekonstrukciók tervezése válhat szükségessé veleszületett, onkológiai, dentoalveolaris és traumatológia okok miatt és izgalmas feladat az arc esztétikai korrekcióinak tervezése a csontszerkezet átalakításával összefüggésben. A digitális képalkotás kombinálva CAD/CAM (computer aided design/computer assisted manufacturing) technológiák alkalmazásával jelentősen felgyorsitja a pótlások, implantátumok tervezési és előkészítési fázisát valamint hosszú távra csökkentik a költségeket. A digitális technológiák valós idejű műtét közben használható navigációs - tájékozódási és ellenőrzési - lehetőségeket teremtettek meg. 10.2.2. Képalkotók A hagyományos rtg felvételek detektálását digitális szenzorokkal és képfeldolgozó szoftverekkel kiegészítve a képek jelentős javítása, részletgazdagabb elemzése vált lehetővé. A digitális radiográfia általában lehetővé teszi a sugárdózis csökkentését is. A csökkenés általában 0% - 50% mértékű a képalkotási paraméterektől függően. Összehasonlítva a digitális illetve hagyományos panoráma röntgen sugárterhelését a dózis 5-14 microsv és 16-21 microsv. Digitális képalkotás, egyszerűbbé és gyorsabban felállítható diagnózist tesz lehetővé. A 30

hagyományos rtg felvételek előhívási és archiválási technológiái rendkívül nehézkesek. A digitális felvételkészítés, tárolás, képátvitel hatékonyabb kommunikációt tesz lehetővé a beteg az orvos és a konzultáns között. A szoftverek jelentésen javítják a felvételek közbeni hibákat és segítenek az értelmezésben. Lehetővé válik a manipuláció fényerővel és sűrűséggel, a nagyítással, az élességgel és lehetővé vált a hibák - zajok szűrése. A hagyományos rtg felvételek után hatalmas fejlődést jelentett a komputer tomográfiás (CT) vizsgálat megjelenése a gyakorlatban, mert a képek számítógépes feldolgozása során lehetővé vált a nyert adatok új aspektusokból történő feldolgozása. A különböző síkokban készített képek, 3D rekonstrukció jelentősen javították a diagnózisok felállításának lehetőségeit és javították a beavatkozások tervezése során a kockázatbecslést. A következő technológiai lépés a digitális képalkotó eljárások között a Cone Beam CT ki (CBCT) fejlesztése mely az egyik legértékesebb eszközzé vált a fogászatban és a maxillofacialis sebészetben. CBCT számos paraméterében különbözik a hagyományos CT-vizsgálattól. A legfontosabb, hogy a beteget, lényegesen kevesebb sugárzásnak teszi ki. A CBCT kúp alakú sugárnyalábot használ és egyetlen fordulatot tesz a beteg feje körül. Különféle szkennerek állnak rendelkezésre és így kis, közepes és nagyobb látómezőt tudnak alkalmazni. CBCT arany standardá vált a fej nyak tájék keményszöveteinek háromdimenziós képalkotásában. Kevesebb zavaró sugárszórás figyelhető meg melyeket a fogászati implantátumok és egyéb fém anyagok okozhatnak, igy jobb minőségű képet és vizsgálati információt nyerhetünk. A lágyrészek vizsgálatához azonban a hagyományos CT és az MRI jelenleg, lényegesen több információt ad. A nagyítás és a torzítás mely a hagyományos panoráma felvételeken elkerülhetetlen volt megszűnt. A CBCT képalkotásával jobban megérthetők a régió anatómiai struktúrái, biztonságosabb a tájékozódás. A CBCT adatai nem csak a maxillofacialis hanem a dentoalveolaris beavatkozásokhoz is lényeges információkat tartalmaz. Értékelhető a csont minősége és mennyisége, lehetséges a mérés a szomszédos létfontosságú struktúrák között. Pontosan megítélhető a csontkínálat a fogmedernyúlványokon, az arcüreg és a kanalis mandibulae helyzete. Jól megítélhető az impaktált, retineált fogak és a környező struktúrák közötti kapcsolat. Ezek mellett az implantátumok elhelyezésének tervezésében, implantációs sablonok készítésében is elvitathatatlan a jelentősége. 31

21. ábra: CBCT készülék 10.2.3. Anatómiai sajátságok a maxillofacialis regióban 10.2.3.1.Arcközép Az arcközép alkotásában több csont vesz részt és államányában kiterjedt légtartó üregek találhatók. A szájüreg irányában elhelyezkedő, patkó alakú erőteljes csontlécben a fogmedernyúlványban találhatók a fogak, melyek eltérő okozatú elvesztését követően a fiziológiás ingerét elvesztett szövetek gyors és jellegzetes lefutású felszívódási tendenciát 32

mutatnak. A CBCT segítségével lényegesen több információ szerezhető az arcüregről mint a hagyományos panoráma felvételekkel hiszen több dimenzióban lényegesen részletgazdagabb elemzések végezhetők. 10.2.3.2.Állkapocs Az állkapocs a tér több irányában görbült csont mely, viszonylag vékony, lapos, állományában fut a n. mandibularist is tartalmazó idegcsatorna. Az állkapocs hordozza a táplálkozás szempontjából rendkívül fontos fogazatot is. Az idegcsatorna helyzetét számos az állkapcson végzett beavatkozás során figyelembe kell venni mert az ideg sérülése esetén élet hosszan visszamaradó hypaesthesia lehet a műtét következménye. A CT vizsgálattal sokkal részletesebb információk szerezhetők a temporomandibularis ízületről is. A hagyományos panoráma rtg felvétel csak tájékozódásra elegendő azonban nem, hordoznak információt a finomabb elváltozásokról mint a csont sclerosisa, osteophyta, degeneratív ciszta. A lágyrészek vizsgálatában rendkívüli segítséget nyújt az MRI. A discus perforáció diagnózisából kiszorította az artrográfiát és segítséget nyújt a gyulladás és a folyadékgyülemmel járó folyamatok valamint a lágyrész terimék felismerésében is. Az izotópos vizsgálattal megállapítható az anyagcsere folyamatok változása, pl: fejecs hyperplasia. 10.2.4. Klinikai alkalmazás 10.2.4.1.Dentoalveolaris sebészet 10.2.4.1.1. Fogak megtartó sebészete A káriesz következményes betegségei nagyon gyakran periapikális elváltozásokat eredményeznek. Bár a korszerű endodonciai kezelésekkel ezek jelentős részét uralni lehet, néhány esetben a gyulladásos léziók radiológiai felismerése is lehetetlen a hagyományos rtg technikákkal. A kis volumenű CBCT vizsgálattal azonban nagy részletességgel vizsgálható a csontszerkezet, szükség esetén akár egy fog szerkezete, gyökértömése, így biztonsággal tudunk pontos kezelési, műtéti tervet készíteni. 33

10.2.4.1.2. Retineált, impaktált fogak sebészete A nervus alveolaris inferior és a harmadik moláris közelsége miatt könnyen bekövetkezhet idegsérülés és egyébb komplikáció a bölcsességfog eltávolítása közben. A számfeletti fogak esetében, a háromdimenziós képalkotás CBCT-vel jobban értékelhetővé teszi a szomszédos struktúrákhoz való viszonyt, mint a hagyományos rtg film. Ezért biztonságosabb lehet a műtéti tervezésünk. 22. ábra: Impaktált bölcsességfog és a kanalis mandibulae viszonya 10.2.4.1.3. Fogászati implantológia Az elmúlt harminc év hatalmas forradalma volt a fogászatban a dentális implantológia fejlődése. A betegek szájüregi életminőségét, a dentális implantátumok segítségével, nagyságrendekkel 34

sikerült javítani a korábbi fogpótlási eljárásokhoz képest. A fogászati implantátumok behelyezésének alapvető feltétele a megfelelő minőségű, pozíciójú és mennyiségű csont. Az implantátumok behelyezéséhez természetesen számos egyéb feltétel mellett figyelembe kell vennünk lényeges anatómiai képleteket, mint az arcüreg és a mandibulában a canalis mandibulae. Ezeknek a paramétereknek a felméréséhez a hagyományos panoráma rtg felvételek elégtelenek mert csak két dimenzióban szolgáltatnak adatot. A hagyományos CT az elvárható részletgazdaságot csak viszonylag nagy sugárterheléssel biztosítja. A CBCT segítségével viszont pontosan tudjuk meghatározni az arcüreg bázisán a csont vastagságát illetve az állkapocsban a csatorna távolságát az állcsontgerinctől, hogy ezeknek a képleteknek a sérülését és a következményeket elkerüljük. A CBCT segítségével pontosan megtervezhető az implantátumok helye, CAD/CAM technológiával implantációs sablon készíthető és később a fogpótlás is elkészíthető a szájüregben elhelyezkedő implantátumok pozíciójának scannelésével majd a felépítmény is elkészíthető CAD/CAM technológiával. 23. ábra: Számítógéppel tervezet implantációs sablon a szájban 35