Published February 17, 2023
| Version v1
Publication
Open
The simplified tailor-made workflows for a 3D slicer-based craniofacial implant design
Creators
- 1. Srinakharinwirot University
- 2. Chonburi Hospital
Description
Abstract A specific design of craniofacial implant model is vital and urgent for patients with traumatic head injury. The mirror technique is commonly used for modeling these implants, but it requires the presence of a healthy skull region opposite to the defect. To address this limitation, we propose three processing workflows for modeling craniofacial implants: the mirror method, the baffle planner, and the baffle-based mirror guideline. These workflows are based on extension modules on the 3D Slicer platform and were developed to simplify the modeling process for a variety of craniofacial scenarios. To evaluate the effectiveness of these proposed workflows, we investigated craniofacial CT datasets collected from four accidental cases. The designed implant models were created using the three proposed workflows and compared to reference models created by an experienced neurosurgeon. The spatial properties of the models were evaluated using performance metrics. Our results show that the mirror method is suitable for cases where a healthy skull region can be completely reflected to the defect region. The baffle planner module offers a flexible prototype model that can be fit independently to any defect location, but it requires customized refinement of contour and thickness to fill the missing region seamlessly and relies on the user's experience and expertise. The proposed baffle-based mirror guideline method strengthens the baffle planner method by tracing the mirrored surface. Overall, our study suggests that the three proposed workflows for craniofacial implant modeling simplify the process and can be practically applied to a variety of craniofacial scenarios. These findings have the potential to improve the care of patients with traumatic head injuries and could be used by neurosurgeons and other medical professionals.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص يعد التصميم المحدد لنموذج الغرسة القحفية الوجهية أمرًا حيويًا وعاجلًا للمرضى الذين يعانون من إصابات في الرأس. تُستخدم تقنية المرآة بشكل شائع لنمذجة هذه الغرسات، ولكنها تتطلب وجود منطقة جمجمة صحية مقابل العيب. لمعالجة هذا القيد، نقترح ثلاثة سير عمل معالجة لنمذجة الغرسات القحفية الوجهية: طريقة المرآة، ومخطط الحاجز، وإرشادات المرآة القائمة على الحاجز. تعتمد سير العمل هذه على وحدات التمديد على منصة التقطيع ثلاثي الأبعاد وتم تطويرها لتبسيط عملية النمذجة لمجموعة متنوعة من السيناريوهات القحفية الوجهية. لتقييم فعالية تدفقات العمل المقترحة هذه، قمنا بالتحقيق في مجموعات بيانات التصوير المقطعي المحوسب القحفي الوجهي التي تم جمعها من أربع حالات عرضية. تم إنشاء نماذج الزرع المصممة باستخدام مسارات العمل الثلاثة المقترحة ومقارنتها بالنماذج المرجعية التي أنشأها جراح أعصاب متمرس. تم تقييم الخصائص المكانية للنماذج باستخدام مقاييس الأداء. تظهر نتائجنا أن طريقة المرآة مناسبة للحالات التي يمكن أن تنعكس فيها منطقة الجمجمة السليمة تمامًا على منطقة العيب. تقدم وحدة مخطط الحواجز نموذجًا أوليًا مرنًا يمكن أن يتناسب بشكل مستقل مع أي موقع عيب، ولكنه يتطلب تحسينًا مخصصًا للمحيط والسماكة لملء المنطقة المفقودة بسلاسة ويعتمد على تجربة المستخدم وخبرته. تعمل الطريقة الإرشادية المقترحة للمرآة القائمة على الحاجز على تقوية طريقة مخطط الحاجز من خلال تتبع السطح المعكوس. بشكل عام، تشير دراستنا إلى أن مسارات العمل الثلاثة المقترحة لنمذجة الغرسة القحفية الوجهية تبسط العملية ويمكن تطبيقها عمليًا على مجموعة متنوعة من السيناريوهات القحفية الوجهية. هذه النتائج لديها القدرة على تحسين رعاية المرضى الذين يعانون من إصابات في الرأس ويمكن استخدامها من قبل جراحي الأعصاب وغيرهم من المهنيين الطبيين.Translated Description (French)
Résumé Une conception spécifique du modèle d'implant craniofacial est vitale et urgente pour les patients souffrant d'un traumatisme crânien. La technique du miroir est couramment utilisée pour modéliser ces implants, mais elle nécessite la présence d'une région saine du crâne opposée au défaut. Pour remédier à cette limitation, nous proposons trois flux de traitement pour la modélisation des implants craniofaciaux : la méthode du miroir, le planificateur de chicanes et la ligne directrice du miroir à chicanes. Ces flux de travail sont basés sur des modules d'extension sur la plate-forme 3D Slicer et ont été développés pour simplifier le processus de modélisation pour une variété de scénarios craniofaciaux. Pour évaluer l'efficacité de ces flux de travail proposés, nous avons étudié les ensembles de données de tomodensitométrie craniofaciale collectés à partir de quatre cas accidentels. Les modèles d'implants conçus ont été créés à l'aide des trois flux de travail proposés et comparés aux modèles de référence créés par un neurochirurgien expérimenté. Les propriétés spatiales des modèles ont été évaluées à l'aide de mesures de performance. Nos résultats montrent que la méthode du miroir convient aux cas où une région du crâne saine peut être complètement réfléchie vers la région défectueuse. Le module de planification des chicanes offre un modèle de prototype flexible qui peut s'adapter indépendamment à n'importe quel emplacement de défaut, mais il nécessite un raffinement personnalisé du contour et de l'épaisseur pour remplir la région manquante de manière transparente et s'appuie sur l'expérience et l'expertise de l'utilisateur. La méthode de guidage des miroirs à base de chicanes proposée renforce la méthode du planificateur de chicanes en traçant la surface réfléchissante. Dans l'ensemble, notre étude suggère que les trois flux de travail proposés pour la modélisation des implants craniofaciaux simplifient le processus et peuvent être appliqués pratiquement à une variété de scénarios craniofaciaux. Ces résultats ont le potentiel d'améliorer les soins aux patients souffrant de traumatismes crâniens et pourraient être utilisés par les neurochirurgiens et d'autres professionnels de la santé.Translated Description (Spanish)
Resumen Un diseño específico del modelo de implante craneofacial es vital y urgente para los pacientes con traumatismo craneoencefálico. La técnica del espejo se utiliza comúnmente para modelar estos implantes, pero requiere la presencia de una región craneal sana opuesta al defecto. Para abordar esta limitación, proponemos tres flujos de trabajo de procesamiento para modelar implantes craneofaciales: el método de espejo, el planificador de deflectores y la guía de espejos basada en deflectores. Estos flujos de trabajo se basan en módulos de extensión en la plataforma 3D Slicer y se desarrollaron para simplificar el proceso de modelado para una variedad de escenarios craneofaciales. Para evaluar la efectividad de estos flujos de trabajo propuestos, investigamos los conjuntos de datos de TC craneofacial recopilados de cuatro casos accidentales. Los modelos de implantes diseñados se crearon utilizando los tres flujos de trabajo propuestos y se compararon con los modelos de referencia creados por un neurocirujano experimentado. Las propiedades espaciales de los modelos se evaluaron utilizando métricas de rendimiento. Nuestros resultados muestran que el método del espejo es adecuado para casos en los que una región sana del cráneo puede reflejarse completamente en la región del defecto. El módulo de planificador de deflectores ofrece un modelo de prototipo flexible que se puede ajustar de forma independiente a cualquier ubicación de defecto, pero requiere un refinamiento personalizado del contorno y el grosor para llenar la región faltante sin problemas y se basa en la experiencia y los conocimientos del usuario. El método de guía de espejos basado en deflectores propuesto fortalece el método del planificador de deflectores al trazar la superficie espejada. En general, nuestro estudio sugiere que los tres flujos de trabajo propuestos para el modelado de implantes craneofaciales simplifican el proceso y se pueden aplicar prácticamente a una variedad de escenarios craneofaciales. Estos hallazgos tienen el potencial de mejorar la atención de los pacientes con traumatismos craneoencefálicos y podrían ser utilizados por los neurocirujanos y otros profesionales médicos.Files
s41598-023-30117-w.pdf.pdf
Files
(3.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:8f8bd33c14e6149e615494600a5d0118
|
3.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- سير العمل المبسط المصمم خصيصًا لتصميم غرسة قحفية وجهية ثلاثية الأبعاد
- Translated title (French)
- Les flux de travail simplifiés sur mesure pour une conception d'implant craniofacial basée sur une trancheuse 3D
- Translated title (Spanish)
- Los flujos de trabajo simplificados a medida para un diseño de implante craneofacial basado en cortadora 3D
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4321217761
- DOI
- 10.1038/s41598-023-30117-w
References
- https://openalex.org/W103120304
- https://openalex.org/W1517349648
- https://openalex.org/W1958503956
- https://openalex.org/W1985182529
- https://openalex.org/W2009243992
- https://openalex.org/W2022160247
- https://openalex.org/W2026616100
- https://openalex.org/W2040741898
- https://openalex.org/W2101877234
- https://openalex.org/W2295796556
- https://openalex.org/W2475127679
- https://openalex.org/W2594693186
- https://openalex.org/W2706698011
- https://openalex.org/W2725938836
- https://openalex.org/W2898755085
- https://openalex.org/W2902629438
- https://openalex.org/W2911341893
- https://openalex.org/W3012208715
- https://openalex.org/W3120718637
- https://openalex.org/W3129792413
- https://openalex.org/W3135075326
- https://openalex.org/W318091530
- https://openalex.org/W3208467914
- https://openalex.org/W4232993498
- https://openalex.org/W4310057531