上海交通大学医学部付属病院の王旭東氏、「頭蓋顎顔面外科における 3D プリント技術の応用 --- 動向と考察」

2018年10月26日、上海市人民政府の指導、上海市経済情報化委員会の支援、上海付加製造協会の主催により、第3回SAMA国際フォーラムおよび2018年世界3Dプリント年次会議が上海で盛大に開幕しました。この会議には、中国、米国、英国、フランス、ドイツ、オランダ、ベルギー、ニュージーランド、カナダ、日本、韓国、スウェーデン、エジプト、トルコ、ウクライナ、スイス、イスラエルなど、世界30か国以上から約100人の世界トップクラスの専門家と約1,000人の代表者が参加しました。 10月27日には3Dプリント医療応用フォーラムも同時開催され、国内外の医療分野の専門家による素晴らしい発表が行われました。

上海交通大学医学部付属第九人民病院の王旭東教授は、「頭蓋顎顔面外科における3Dプリント技術の応用 - 動向と考え方」と題する講演を行いました。

3Dプリントされた解剖学的モデルの応用は1995年に始まりました。たとえば、これは顔に腫瘍があり、異常や目の問題を引き起こす可能性のある19歳の少女です。3Dプリントされた頭部モデルが印刷され、シミュレーション手術が行われました。反対側の組織構造にぴったり合うプロテーゼが作られ、次に膜状のプロテーゼが作られました。次に、ナビゲーション技術により、正確で安全な外科的切除が行われました。最後の写真は実際に髄膜を示しています。これは頭蓋骨と顔の複合切除です。正確な切除後、パーソナライズされたプロテーゼを使用して顎顔面骨構造を正確に配置し、修復します。これは手術前と手術後であり、外観を確保し、機能を回復することができます。 2年半後、腫瘍は再発することなく非常にきれいに除去され、軟部組織は見た目にわずかに縮小しました。解剖モデルは2回使用されました。1回目は病気の理解のため、2回目は人工器官の製造と膜技術の応用のためでした。

ガイドの印刷は一般的な慣行となり、Corey はほぼすべての骨組織手術に 3 次元設計を使用しています。私たちが治療する最も一般的な症例は、中国でよく見られる出っ歯による下顎変形症です。脱臼した骨を人工的に再骨折させて正しい位置に移動し、チタンプレートで固定する必要があります。このプロセスでは、手術中に骨をどこに配置するかを医師に指示するための根拠が必要です。

そのため、歯の噛み合わせの位置に基づいて動かす根拠があり、コンピューター上で骨を動かし、歯の関係に基づいてソフトウェアで顎のプレートを設計し、手術を行うことができます。この応用により、術前と術後の状態が改善され、機能が回復しました。昨年、私たちは 3D プリントされたガイドを使用して約 823 件の手術を実施しました。

顎が小さい人は、顎を前に動かすという非常に簡単な手術で済みます。この手術では、骨をどのように固定するか、そしてどの位置まで前に動かせばより対称的になるかをガイドするガイドがあります。これには位置決めガイドがあります。位置決めガイドを固定した後、骨プレートを挿入して固定することができます。手術後の様子です。顔全体が改善されました。もちろん、ガイドプレートにはさまざまなタイプがあります。たとえば、顎が広い場合は狭くしたり、顎が長い場合は短くしたりできます。これは狭く短くする設計です。これは、さまざまな骨のラインを変えることでさまざまなニーズを満たす前進型デザインです。患者は顎に対してさまざまな要件を持つ可能性があります。

皆さんご存知の通り、韓国人の顔は頬骨が狭くなっています。これは下顎角切除術です。下顎角が拡大した患者は、手術後、全く別人のようになります。身分証明書を変更する必要があります。これは顎が小さい患者です。手術をガイドするために3Dプリント技術をどのように使用するか？これも整形外科から学んだことです。私たちは牽引骨形成技術を使用し、骨を折ってから、骨が伸びるように装置を継続的に伸ばします。私たちはそれを顎骨に使用します。顎骨は血液供給が良く、効果が予測できるため、長骨よりも多く使用されます。そのため、整形外科よりも多く使用します。

3次元設計から、神経が損傷すると下唇が麻痺し、多くの問題を引き起こすことがわかります。私たちは、骨が延長された後の状況がどうなるかを常に設計し、シミュレーションしています。次にガイドプレートを設計し、設計されたガイドプレートは、手術を行う際にガイドになります。これが手術後の状況で、口の中に2つの小さな頭が露出しています。牽引装置を作動させ続けると、この場所に骨が形成され、骨が延長され、下顎が長くなります。歯の重なりも矯正します。前の写真の黒い部分は骨形成がないことを示し、白い部分は骨形成が進んでいることを示しています。これは除去後5か月後の写真です。5か月前と比べて劇的な変化がありました。その後も矯正を続け、18か月以内に見た目も歯も非常によく回復し、患者様も非常に満足しています。

これはもう少し複雑かもしれません。これは下顎の腫瘍によって引き起こされた欠陥です。こんなに美しい女の子は、手術前に顎顔面腫瘍を患っていました。どうすれば腫瘍をきれいに除去し、その後腫瘍ができる前の美しさを取り戻すことができるでしょうか。私たちの設計では、下顎を再建するためにコンピューター上で腓骨を作成するガイドがあります。見た目は保証できます。もう一つの重要な点は、歯も設置する必要があるため、顎の再建も考慮する必要があるということです。顎の再建における一つの違いは、咀嚼機能を回復し、歯を設置する必要があることです。さらに、顎の周りの軟組織は非常に薄いです。多くの筋肉で包まれている股関節と比較すると、皮膚や筋肉を含む口腔粘膜は非常に薄いです。3Dプリント金属補綴物を作るには、より長く、より徹底した研究が必要です。今のところ、私たちは修復に自家組織皮弁を使用し、彼女の基本的な顔の形を復元しました。

顎に欠陥がある場合、3D プリントインプラントの使用には多くの潜在的なリスクがあるかもしれませんが、この問題をどのように解決するかは、臨床上のニーズに基づいています。顎の変形を矯正するには、手術が必要であり、人工骨折を新しい位置に移動し、骨プレートを新しい位置に固定する必要があります。このプロセスでは、顎の位置を制御する方法が非常に重要です。顎の位置が異なれば、顔の形も異なります。

専門家は、誤差は 1.2 mm だと言いましたが、これは私たちにとっては精度が足りません。そこで、金属 3D プリント技術を使ってこのようなシステムを再設計しました。この技術がどのように実現されているかご存知ですか?この症例を見てみましょう。これはオーバーバイトの症例です。上顎を前方に、下顎を後方に移動させる必要があり、下顎は 5 つの部分に分割されて再統合されます。これは上顎が前方に移動しているところです。これは骨表面を基準としてチタン合金で印刷された骨ガイドです。骨ガイドには事前に設定された釘穴があり、骨ガイドが顎の表面にフィットできるようにします。また、骨をどのように固定するか、方向が何であるかをガイドする溝もあります。骨固定時に高い安全性を効果的に提供します。上顎が前方と下方に移動します。前にも見たように、歯の関係を基準にするため、上下の歯を結び付けてからチタンプレートを曲げる必要があります。経験豊富な医師と下手な医師では骨プレートの曲げ具合が異なります。チタンプレートは弾力性があるため、位置の精度が低下する可能性があります。前面にあらかじめ釘穴があいているため、上顎の位置を変えて固定することができ、プレートを再度曲げるという外科医に大きく依存する工程を省くことができます。また、IKEAの家具を購入して自宅に設置するのと同じように、手術を非常に簡単に行うことができます。

下顎も同様に治療します。この技術が最も発揮される手術は、下顎の前部の手術です。下顎は5色で5つの部分に分けられます。前部は3つに、他の2つは2つに分け、下側の部分は前方に移動させる必要があります。通常の骨プレートを使用する場合、医師には非常に高いスキルが求められます。現在、私たちは釘穴があらかじめ設定された 3D プリントプレートを持っています。ガイド骨切り線に沿って切断し、プレートの位置を変えて、ネジを差し込みます。骨は設定した位置にあり、達成される精度は非常に正確で、誤差は 1 mm 未満です。

当社は独自の印刷技術を持っていますが、その経験についてお話しします。デザイン、プリンター、印刷材料が異なれば、印刷されたガイドプレートの変形率もすべて異なることがわかりました。企業として病院や医師に直接サービスを提供する場合、これは問題になる可能性があります。黄所長は、企業と病院のどちらに責任があるかについてこのように述べました。

たとえば、これらの2つの側面には、彼のために必要な患者もあります。通常のX線は、この場所にエンゲージメントがあることを示しています。したがって、この問題は、技術者も、キーの立場が間違った位置にあることを発見したことを発見しました。

別の症例では、腫瘍の切除により歯の半分が失われました。時間が経つにつれて、関節が前方に移動しました。まず、関節の位置を調整し、次にミラーリングによって顎の形を復元しました。計画は非常に良好で、さまざまなガイドと一連のガイドがすべて非常にうまく行われました。これが手術後に見たものです。後でどのような問題が発見されましたか?同じ問題です。関節があるべき位置ではなく、前に動いています。誰がこれを起こしたのでしょうか？それは医師です。ですから、たとえ良い設計があっても、正しく実行されなければ、正しい結果は得られません。これは医師の視点からの私の反省です。

また、症例の選択、医師やエンジニアの資格に関して、私が皆さんに思い出していただきたい非常に重要な点が1つあります。それは、いわゆるガイドやプラントの3Dプリントを実際に臨床に応用するには、エンジニアリングと技術者に医療設計の方法を教えなければならないということです。エンジニアリング担当者を手術室に連れて行き、手術を見てもらい、手術を理解できるようにする必要があります。同時に、手術を行う医師に、手術ガイドに従って手術を完了する方法を教える必要があります。この2つは不可欠です。どちらかが欠けていると、希望する正しい効果が得られない可能性があり、当社の3Dプリント技術の利点を十分に反映することができません。

したがって、3D プリントは未来であると私は考えていますが、その応用に伴うリスクは依然として客観的に存在し、明白かつ予見可能なので、医療と工学の相互作用と協力を行うことは非常に重要です。

出典: SAMA 国際フォーラム

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