こんにちは。
口腔顎顔面外科専門医のパク·ジョンチョルです。
3次元映像分析技術のおかげで
顔の骨の手術分野も急速に発展しています。
しかし、まだ3D両顎輪郭手術が何なのか、本当に効果があるのか
正確に知っている方は多くないように見えます。
3D両顎輪郭手術とは？
3D両顎輪郭手術は
3次元CT写真を撮って手術計画を立て、
パソコンを使って患者様にぴったりの手術道具やプロテーゼを作る過程です。
簡単に言うと
3次元映像を利用して、顔の骨の手術をより正確かつ安全にすることだと言えます。
レントゲン写真だけでは
分からない顔の骨の構造を
立体的に捉えて、
手術計画を立てて、実際の手術結果を予測するのに役立ちます。
もう少し詳しく説明すると次のようになります。
1. CT写真を利用した手術計画:
3次元CT写真を通じて顎骨の形と位置を正確に分析して手術計画を立てます。
2. 3Dデザインプログラム活用(CAD):
CT写真をもとに、3Dデザインプログラムを利用してより正確な手術計画を立てます。
3. オーダーメイド(CAM):
患者の骨の形にぴったり合う金属板やプロテーゼを製作して使用します。
このように3D技術を使う理由は
手術計画を正確に立てて
実際の手術結果と差が出ないようにするためです。
しかし、3D手術計画はあくまで理想的なモデルに過ぎません。
実際の手術中に発生する様々な状況のため
計画と結果が完全に同じではありません。
それで私は手術が計画通りにうまくいったのか
確認するために以下の方法を使用しています。
手術計画と実際の結果の違いをどうやって確認できますか？ : STLファイルの活用
STLファイルは、3Dデザインプログラムで
3Dモデルデータを保存するために使用されるファイル形式です。
3Dモデルの表面を三角形メッシュで示します。
簡単に言うと、
3Dモデルの表面を数多くの小さな三角形につなげて表現する方法です。
以下の画像はSTLファイルを利用して手術計画を立てた姿です。
そして術後CTを利用して下記のようにPost STL、つまり術後STLイメージを作ることができます。
この2つの画像を重ね合わせて、手術が計画通りに行われたかどうかを比較することができます。
(Post STLで赤い矢印は、該当部位に挿入された金属プロテーゼによって放射線が散乱した姿です)
手術計画と実際の結果の違いが生じるのはなぜでしょうか？
しかし、
STLファイルは3Dモデルの表面を近似的に表現するため、
オリジナルモデルと同じではありません。
3Dモデルの表面を三角形で表すが、（三角形メッシュ:Mesh。 三角形たちのネットワーク。 ポリゴンメッシュ(ポリゴンメッシュの一種)
実際の物は小さな三角形の彫刻で構成されていません。
https://en.wikipedia.org/wiki/Polygon_mesh
実際の手術計画のためのSTLファイルの一部です。
ご覧のように拡大してみると、実際とは違う姿です。
STLファイルは単純な構造によりファイルサイズが小さく
処理速度が速いというメリットがありますが、
このように、実際と必然的に表面が異なります。
したがって、3D両顎輪郭手術を行うとしても
手術計画と実際の結果に違いが生じることがあります。
しかし、これは非常に微細な違いです。
手術誤差多くは手術の熟練度から発生します。
つまり、3D両顎の輪郭が
実際に効果があるためには
術者自らがこのような新しいシステムに適応しようとする努力が必要であり、
手術が実際にどれだけ差があるのか
フィードバックをもらわなければならないのです。
STLファイルで手術結果を比較すると、どのようなメリットがあるのでしょうか？
このような違いを最小限に抑え、手術の精度を向上させるためには、
手術計画段階での精密な分析と手術結果に対する客観的な評価が必須です。 そのための方策として、STL(STereoLithography/Standard Tessellation Language)ファイルを活用しています。
実際の事例:STLファイルを利用した手術計画の樹立
顎先の非対称性を改善するため、顎先は本人の骨で、
エラは、プロテーゼを使って手術を行った患者様のケースをお見せします。
CT撮影とSTLファイル分析を通じて患者の顎骨の状態を正確に把握し、これを基盤に手術計画を樹立しました。 手術後、STLファイル分析を通じて手術結果を客観的に評価し、計画との違いを分析して手術技術を改善するのに活用しました。
顎先は本人の骨で、エラはプロテーゼを利用して非対称性を改善したい方でした。
顔の長さを短くしながら非対称を改善することを望んでいたため、顎先はプロテーゼを入れることができませんでした。
CTを用いた術後比較
通常の術後CT分析です。
この方は過去にPEEKプロテーゼ素材を利用して
顔面非対称改善手術を受けた方です。
手術前に撮影したCT画像を見ると、PEEKを
顎骨に固定するために使用されたスクリュー（ねじ）が見えます。
エラはチタンのプロテーゼに置き換え、
顎先は、従来のプロテーゼと同じくらい顎先を前に移動させる方法で行われました。
あごの横の部分（体部）のボリュームを減らすために骨移植手術も同時に行われました。
術前水平断面画像(axial view CT)において非対称性がより明確に見えます。
CT写真を撮ると
手術前後に顎先が顔の中心線からどれだけ外れたか、
あごの骨の左右の幅がどれくらい違うか確認できます。
でもこういったCT結果が手術が計画通り進行されたという意味ではありません。
STLファイルを利用した手術結果分析
一方、STLファイルは3次元モデルを通じて手術前後の骨の変化を直観的に示しています。 手術前のSTLファイルと手術後のSTLファイルを重ねてみると、骨が計画通りに移動したのか、予期せぬ変化はないのか、正確に知ることができます。
それだけでなく、骨の移動量、回転、傾きの変化など細かい部分まで確認でき、手術結果を精密に評価するのに役立ちます。
でも、左右の画像を比較するだけでは、細かい違いを正確に確認するのは難しいです。 そこで、手術前後の画像を重ねて見せる動画を用意しました。
結論
もちろん、時間と費用の問題のため、すべての患者様にこの技術を適用することはできません。
しかし、ご希望の方はこのようにより精密な手術結果をご体験いただけます。
3D技術自体が
手術の成功を保証するものではありません。
医療スタッフの絶え間ない努力と技術改善を通じて、手術計画と実際の結果の差を減らしていくことが重要です。
そしてこの誤差を減らすために
今後もSTLファイルのような先端技術を
積極的に活用して患者たちに最上の手術結果を提供するために最善を尽くします。
さらに、「StereoLithography」という単語自体について説明します。
STereoLithography - 立体光造形Stereo:立体的な、3次元のLithography:石や金属板に絵や文字を刻んで印刷する技術
STLファイルとSLA 3DプリンターはどちらもSTereoLithography（立体光造形:ステレオリソグラフィー）という単語の略ですが、異なる意味で使用されています。
STLファイル:3Dモデルの表面情報を保存するファイル形式です。
SLA 3Dプリンター:液体状態の光硬化性樹脂をレーザーで固めて3Dモデルを作る3Dプリンティング技術及びその技術を使用するプリンターのことです。
SLA 3DプリンターはSTLファイルを読み込んで3Dモデルを出力できますが、STLファイルはSLA 3Dプリンターだけでなく、他の種類の3Dプリンターでも使用できます。
この二つを混同する理由は、両方とも「StereoLithography」という単語に基づいているからですが、実際にはそれぞれの役割が明確に区分されるという点を覚えておくと良いでしょう。
STLはStandard Tessellation LanguageとSTereoLithographyの両方と解釈できますが、少しずつ異なる意味を含んでいます。
Standard Tessellation Language:この用語は、STLファイルが3Dモデルの表面をテッセレーション(tessellation)、つまりモザイクのように小さなピースで覆う方式を使用するという点を強調します。 STLファイルでは、これらのピースが三角形の形をしているため、「三角形タイリング言語」と解釈することもできます。 この用語は、STLファイルの幾何学的表現方式に焦点を当てていると言えます。
STereoLithography:この用語は、STLファイル形式が最初に開発された背景に関連しています。 STLは3D Systemsという会社で**光造形(stereolithography)**という3Dプリント技術のために開発したファイル形式です。 光造形は液体状態の樹脂を光で固めて3Dモデルを作る技術ですが、STLファイルはこの技術に必要な3Dモデル情報を保存するのに最適化されていました。 この用語は、STLファイルの歴史的起源と主要活用分野を示しています。
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