3D printing of canine hip dysplasia: anatomic models and radiographs / Impressão 3D da displasia coxofemoral canina: modelos anatômicos e radiografias

Canine Hip Dysplasia (CHD) is a highly prevalent articular pathological condition. In this sense, radiography becomes an important diagnostic method to determine the presence and severity of the disease. The objective was to create 3D models and their respective radiographs representing the CHD (3D AMCHD). The research was carried out in the Laboratory of 3D Educational Technologies of UFAC, under no. 23107.007273/2017-49 (CEUA/UFAC). A canine skeleton (hip bone, femurs and patellae) was used without anatomical deformities compatible with DCF (pelvis, femurs and patella), which were scanned in order to obtain the files of the base model. In these files the deformations representing the different degrees of CHD were performed. Subsequently, the 3D AMCHD files were printed, mounted and X-rayed. The 3D AMCHD represented the bone deformations of the different degrees of CHD. In the radiographs of the 3D AMCHD it was possible to observe and determine each of the bones that constituted the hip joints. This allowed to reproduce the correct positioning to represent the CHD diagnosis and establish the precise points to determine the Norberg angle. In this way, it was evidenced that the 3D AMCHD can be a possible tool to be used in the Teaching of Veterinary Medicine.(AU)

A displasia coxofemoral canina (DCF) é uma condição patológica articular de grande prevalência. Nesse sentido, a radiografia torna-se um método de diagnóstico importante para determinar a presença e a gravidade da doença. O objetivo do presente trabalho foi criar modelos 3D e suas respectivas radiografias representando a DCF (MADCF 3D). A pesquisa foi realizada no Laboratório de Tecnologias Educacionais 3D da UFAC, sob o nº. 23107.007273/2017-49 (Ceua/Ufac). Foram utilizados esqueletos caninos (pelve, fêmures e patelas) sem deformidades anatômicas compatíveis com a DCF, os quais foram digitalizados a fim de se obterem os arquivos do modelo base. Nesses arquivos foram realizadas as deformações que representavam os diferentes graus da DCF. Posteriormente, os arquivos dos MADCF 3D foram impressos, montados e radiografados. Os MADCF 3D representaram as deformações ósseas dos diferentes graus da DCF. Nas radiografias dos MADCF 3D, foi possível observar e determinar cada um dos ossos que constituíam as articulações coxofemorais. Isso permitiu reproduzir o posicionamento correto para representação do diagnóstico DCF e estabelecer os pontos precisos para determinar o ângulo de Norberg. Dessa forma, evidenciou-se que os MADCF 3D podem ser uma possível ferramenta a ser empregada no ensino de medicina veterinária.(AU)

3D printing as a diagnostic tool for congenital malformation in a brachycephalic dog / Impressão 3D como ferramenta de diagnóstico para malformação congênita em cão braquicefálico

ABSTRACT: Congenital anomalies are hereditary or acquired, and their location and intensity are determining factors for the survival of animals. Some cases are rare, often unidentified, poorly reported and of unknown etiology. This paper reports a congenital malformation in a French bulldog, demonstrating the importance of accurate diagnosis for surgical decisions. The use of new technologies such as computed tomography and rapid prototyping enables the analysis of morphofunctional changes, resulting in excellent results for clinical cases in which it is difficult to identify and scale the anatomical deformities. Through this feature, it is possible to accurately recreate anatomical structures of interest, enabling greater assertiveness in deciding the treatment to be established, whether surgical or not. Castration of animals that survive this condition due to hereditary etiology is recommended.

RESUMO: Anomalias congênitas possuem caráter hereditário ou adquirido, sendo que sua localização e intensidade são fatores determinantes para a sobrevivência do animal. Algumas são raras, muitas vezes não identificadas, pouco relatadas e com etiologia desconhecida. O presente trabalho registra um caso de malformação congênita em um bulldog francês, demonstrando a importância do diagnóstico preciso para a decisão cirúrgica. A utilização de novas tecnologias como tomografia computadorizada e prototipagem rápida possibilitam a análise de alterações morfofuncionais, tendo ótimo resultado para casos clínicos em que há dificuldade em identificar e dimensionar deformidades anatômicas. Através desse recurso é possível recriar com precisão estruturas anatômicas de interesse, possibilitando maior assertiva na decisão do tratamento a ser estabelecido, sendo ele cirúrgico ou não. É recomendada a castração dos animais que sobreviveram a essa condição, devido a etiologia hereditária.

Mechanical flexural ex vivo study of osteotomized swine femurs stabilized with two types of polyamide 12 rods / Estudo mecânico de flexão, ex-vivo, de fêmures suínos osteotomizados, estabilizados com dois tipos de haste de poliamida 12

ABSTRACT: Long bone fractures are commonly in surgery routine and several bone imobilization techniques are currently available. Technological progress has enabled to use low cost materials in surgical procedures. Thus, the aim of this study was to evaluate the applicability of polyamide 12 rods, solid and hollow in swine femurs, comparing them through flexion strength. This study had as second aim to fix the locking errors, commom place in interlocking nails, once polyamide 12 allows perforation in any direction by orthopaedic screw. Six groups were used: G1 - eight whole swine femurs; G2 - eight whole swine femurs with drilled medullary canal; G3 - two solid polyamide 12 rods; G4 - two hollow polyamide 12 rods; G5 - eight osteotomized drilled swine femurs with a solid polyamide 12 rod implanted in the medullary canal and locked by four 316L stainless steel screws; and G6 - similar to G5 but using hollow rods instead of solid ones. No significant differences were observed for the modulus of rupture between solid and hollow rods, demonstrating that both rods had similar performances. These results led to the speculation that the addition of other polymers to the hollow rods could increase their strength and thus the bone-implant system. Furthermore, the comparison between G1, G5 and G6 could be analyzed using the finite element method in future. New polymeric materials may be developed based on the data from this study, strengthening the bone-implant system and making possible screws to be placed in any direction, nullifying the detrimental forces on the fracture site.

RESUMO: Fraturas em ossos longos são comumente encontradas na rotina cirúrgica e várias técnicas de imobilização óssea estão disponíveis. Com o avanço tecnológico, tornou-se viável utilizar materiais de baixo custo nos procedimentos, portanto esse estudo objetivou avaliar a aplicabilidade de hastes de poliamida 12, sólidas e vazadas, implantadas em fêmures suínos, comparando-as segundo as forças de flexão e aos erros de bloqueio, corriqueiros nesse implante, uma vez que a poliamida 12 permite sua perfuração em qualquer direção por meio de parafusos ortopédicos. Seis grupos foram usados: G1 - oito fêmures suínos íntegros; G2 - oito fêmures suínos, fresados intramedularmente; G3 - duas hastes maciças de poliamida 12; G4 - duas hastes vazadas de poliamida 12; G5 - oito fêmures suínos osteotomizados e fresados, com haste de poliamida 12 maciça implantada no canal medular e bloqueada com quatro parafusos de aço inoxidável 316L e G6 - diferente de G5 apenas por utilizar hastes vazadas. Não foram observadas diferenças significativas no módulo de ruptura entre hastes sólidas e vazadas, demonstrando que ambas apresentaram o mesmo desempenho. Estes resultados levaram à especulação de que adicionar outros polímeros às hastes vazadas aumentaria sua força e, portanto, do sistema osso-implante. Além disso, a comparação entre G1, G5 e G6 poderia no futuro ser analisada utilizando o método dos elementos finitos. Novos polímeros podem ser desenvolvidos baseando-se nos dados deste estudo, reforçando o sistema osso-implante e também possibilitando o uso de perfurações para o bloqueio no transoperatório em qualquer direção, anulando as forças deletérias atuantes no sítio de fratura.

Novo método para posicionamento de mini-implantes por meio de planejamento computadorizado utilizando guias cirúrgicos prototipados (TAD. GUIDE / A new method for placing mini implants using computadorized tomography combined with digital models for implant planing and prototyped surgical guides

Resumo / Apesar da facilidade na técnica cirúrgica para instalação mini-implantes ortodônticos, o correto posicionamento desses dispositivos é fundamental para a estabilidade e sucesso do tratamento. Erros de posicionamento podem causar a perda prematura, reabsorções radiculares ou inviabilizar a criação dos vetores de força desejados. Guias prototipados podem transferir para a clínica o planejamento virtual realizado a partir de tomografias computadorizadas. Apresentamos um novo método que combina os modelos digitais com as tomografias computadorizadas para geração dos guias prototipados, com maior precisão e comodidade para o clínico. O uso desse tipo de guia pode aumentar ainda mais a previsibilidade e a taxa de sucesso dos mini-implantes ortodônticos.

Uso da prototipagem no planejamento pré-operatório de pacientes com tumores de cabeça e pescoço / [Use of prototyping in the preoperative planning of patients with head and neck tumors]

Introdução: Prototipagem é definida como a fabricação de modelos físicos da anatomia humana, dimensionalmente precisos, através de dados das imagens médicas obtidas por tomografia computadorizada, utilizando tecnologias de prototipagem rápida. Consiste em se obter um modelo tridimensional dos objetos de interesse. Os modelos sólidos são construídos pela deposição de camadas sucessivas de materiais. Objetivo: Demonstrar resultados de um ensaio clínico piloto, prospectivo, randomizado, duplo cego, com objetivo de avaliar a eficácia do uso da prototipagem no planejamento pré e trans-operatório dos tumores da cabeça e pescoço. Materiais e Métodos: São apresentados os 37 casos do estudo. O primeiro grupo (grupo A) randomizado submetido à mandibulectomia com reconstrução microcirúrgica tendo a prototipagem como auxílio, e o segundo grupo (grupo B) com o mesmo tipo de tumor, submetido à mesma técnica cirúrgica, porém, sem prototipagem. São avaliados: redução no tempo de aposição de placa e de parafusos, redução no tamanho do retalho utilizado, melhor escolha de parafusos, melhor conhecimento tridimensional do tumor, redução de custos cirúrgicos e anestésicos assim como avaliação da estética. Os protótipos foram confeccionados no CenPRA (Centro de Pesquisa Renato Archer – Ministério de Ciência e Tecnologia – Campinas/ SP). Resultados: O grupo A apresentou tempo médio reduzido, com retirada da mandíbula e retirada do retalho em menor tempo (43.7 minutos vs. 127.7 minutos, respectivamente; p = 0.001), sem excessos de osso desperdiçado (2.1 cm vs. 8.7 cm, respectivamente) e moldagem de placas com colocação de parafusos em menor tempo (30.4 minutos vs. 86.6 minutos, respectivamente; p = 0.001) quando comparado com grupo B. Com esta diminuição no tempo cirúrgico, houve redução na utilização de anestésicos e de custos envolvidos e melhores resultados estéticos foram alcançados no grupo da prototipagem...

Background: Prototyping is defined as the fabrication of physical models of human anatomy, obtained from medical data (computadorized tomography). Reconstruction is obtained in order to achieve a tridimensional model of the desired objects. Solid models are built through the sedimentation of successive layers of the utilized material. Objective: To demonstrate the results of a prospective, randomized, doble-blinded study seeking the evaluation of the efficacy of prototyping in medical planning, before and after operative techniques are applied, in head and neck tumor disorders. Material and methods: 37 cases compose this study. The first randomized group (A group) was submitted to microsurgical reconstruction with prototyping after mandibulectomy had been performed. The second randomized group (B group), presenting the same tumor features, was submitted to the same kind of surgery in function of the tumor presentation, in exception to the use of the prototyping. A few variables were evaluated: time of the plate and screws exposure, flap size, screw choice, knowledge of tumor tridimensionally and reduction of costs and anesthetics as well as the final aesthetic result. Prototypes were manufactured at CenPRA (Centro de Pesquisa Renato Archer – Ministério de Ciência e Tecnologia – Campinas/ SP). Results: The A Group presented reduced surgical median time, taking into consideration mandibulectomy and bone flap harvesting (43.7 minutes vs. 127.7 minutes, respectively; p = 0.001), smaller flap size (2.1 cm vs. 8.7 cm, respectively) and diminished time with plate modeling and screw adjustments (30.4 minutes vs. 86.6 minutes, respectively; p = 0.001), taking account the B group. With surgical time reduction, we had a reduction of anesthetics and costs. The aesthetic results were better in the prototyped group...

Avaliação da fidelidade de biomodelos de prototipagem rápida: estudo experimental in vivo / Accuracy of rapid biomodel prototyping: an experimental in vivo study

Nos últimos anos, os biomodelos de prototipagem rápida vêm ganhando mais espaço na Odontologia, sobretudo, nas especialidades de Cirurgia e Traumatologia Bucomaxilofacial e Implantodontia. Suas vantagens incluem planejamento mais preciso, diminuição do tempo cirúrgico, consequentemente, também do tempo de anestesia e melhores resultados funcionais e estéticos. Este estudo teve como objetivo comparar medidas lineares obtidas de imagens tridimensionais virtuais (construídas no programa 3D Doctor, a partir de exames de tomografia computadorizada de pacientes portadores de neoplasias odontogênicas nos maxilares) e de seus respectivos biomodelos, obtidos pela técnica de impressão tridimensional. As medidas virtuais foram feitas com a ferramenta régua disponível no próprio programa e as medidas nos biomodelos foram feitas com um paquímetro eletrônico digital, por dois avaliadores e repetidas após uma semana. As médias entre as medidas obtidas foram testadas quanto à distribuição normal pelo teste de Kolmogorov e Smirnov e, posteriormente, foi aplicado o teste t Student para amostras pareadas, com uma probabilidade de erro de 5%. A variabilidade interexaminador foi avaliada pelo coeficiente de Lin. Os resultados demonstraram que não houve diferença estatística (p > 0,05) entre as medidas das imagens virtuais e dos seus respectivos biomodelos, além de uma forte correlação entre os avaliadores tanto para as medidas virtuais (0,9975), quanto para as medidas nos biomodelos (0,9972).

In recent years, rapid biomodel prototyping has been gaining more evidence in Dentistry, particularly on surgical and implantodontic areas. Its advantages include more accuracy on treatment planning, decreased surgical and anesthesia times with better functional and aesthetic results. This study aimed to compare linear measurements (obtained from three-dimensional virtual images, built into the 3-D Doctor software, from computed tomography scans of four patients referred for surgery) and their respective biomodels, obtained by three-dimensional printing technique. The virtual measurements were made with a rule available in the program itself and the measures in the mandible models were made with a digital caliper by two examiners and repeated one week later. Measurement values were tested for normal distribution by Kolmogorov-Smirnov test. The Student´s t-test for paired samples (5% level of significance) was used for comparisons. The inter-examiner variability was assessed by the coefficient of Lin. The results showed no statistical difference (p > 0.05) between measures of virtual images and their respective biomodels, with a strong correlation between examiners for both virtual (0.9975) and biomodels (0.9972) measurements.

Projeto, fabricação e avaliação de implantes craniofaciais personalizados: proposta de utilização de materiais combinados / Design, production and evaluation of customized craniofacial implants: an approach on the use of different materials

Um material adequado para a reconstrução óssea craniofacial deve ser simples de implantar, possuir forma adequada, resistência à fratura e à deformação similares ao osso original, ser eventualmente substituído por osso natural, ser largamente disponível e não possuir um custo muito elevado. Baseado no fato de que um material com todas estas características ainda não está disponível atualmente, torna-se importante buscar novos materiais, novas composições e novas conformações. Diferentes biomateriais são utilizados atualmente para cirurgias de reconstrução craniofacial, cada um apresentando suas vantagens e limitações. Entre eles destacam-se o titânio, o polimetilmetacrilato e os cimentos de fosfato de cálcio. O titânio apresenta difícil conformação; o polimetilmetacrilato polimeriza-se por meio de uma reação exotérmica, podendo causar necrose de tecidos adjacentes ao implante; o cimento de fosfato de cálcio, por sua vez apresenta certa fragilidade, característica de alguns materiais cerâmicos. Neste sentido, este estudo examinou diferentes materiais utilizados para reconstrução craniofacial e suas propriedades mecânicas quando submetidos a ensaios de flexão, como o polimetilmetacrilato, o cimento de fosfato de cálcio e o cimento de fosfato de cálcio reforçado com titânio. Foi verificada a melhoria de propriedades mecânicas do cimento de fosfato de cálcio quando reforçado com malha de titânio. Além disso, este estudo apresenta uma técnica para o projeto e fabricação de implantes craniofaciais personalizados utilizando cimento de fosfato de cálcio reforçado com titânio, validada através de quatro casos de indicação cirúrgica de reconstrução craniofacial.

A material suitable for craniofacial reconstruction must be easy to implant, have the appropriate shape, have the strength and deformation similar to the original bone, be eventually substituted for natural bone, be widely available and present affordable costs. As such as material, with all theses characteristics is still not available, it is important to search for new materials, new compositions and new design. Different biomaterials are used nowadays for craniofacial reconstruction surgeries, each one presenting its advantages and limitations. Among these materials are the titanium, the poli(methilmetacrilate) and the calcium phosphate cements. Titanium presents hard conformation; poli(methilmetacrilate)’s polymerization reaction is exothermic, which may cause necrosis of the adjacent tissues; calcium phosphate cement is brittle, an usual characteristic of ceramic materials. In this way, this study evaluated different materials used for craniofacial reconstruction and its mechanical properties when submitted to bending test, such as poli(methilmetacrilate), calcium phosphate cement and calcium phosphate cement reinforced with titanium. It was verified the improvement in the mechanical properties of the calcium phosphate cement when reinforced with titanium mesh. In addition, this study presents a method for design and manufacturing of customized craniofacial implants using calcium phosphate cement reinforced with titanium mesh, validated through four cases of craniofacial reconstruction surgery indication.

Utilização de guia gengival prototipado com carga imediata: acompanhamento de 36 meses de caso clínico / The use of stereolithographic gengival guide with immediated load: restropective study with 3-year follow-up

A Implantodontia atual sofreu mais do que uma evolução, está passando por uma revolução, principalmente tecnológica, onde conta-se com softwares de manipulação de imagens, modelos e guias prototipados. A carga imediata foi um marco na Implantodontia e as cirurgias guiadas marcam uma outra etapa. A partir de uma tomografia computadorizada obtêm-se dados que são inseridos em um software específico no qual é possível planejar os implantes e, a partir desse ponto, produzir por prototipagem um guia o qual orientará a confecção da prótese definitiva e do ato cirúrgico. O presente artigo descreve um caso clínico utilizando essa tecnologia e o seu controle por um período de três anos.

Contemporary dental Implantology has suffered a considerable evolution, with, immediate loaded, computer-assisted surgery being an important landmark in its history. The use of computer software to visualize potential implant sites has revolutionized the manner in which imaging data are assimilated. CT scans can provide information to construct accurate surgical guides. A further advance in imaging modalities involves the use of stereolithographic models. These are created from CT scan data sets through rapid prototyping technology and serve multiple purposes in dentistry. This article describes a retrospective case report on the use of this technology over a three-year follow-up.

Confiabilidade, precisão e limitações das cirurgias guiadas por imagem na Implantodontia / Reliability, accuracy and limitations of image-guided, dental implant surgeries

As evoluções técnico-científicas incorporaram à Implantodontia atual novos procedimentos, visando um aperfeiçoamento das manobras cirúrgicas e protéticas. Dentre essas evoluções destacam-se as cirurgias guiadas que, a partir dos dados obtidos pelas tomografias computadorizadas e com o auxílio de um programa de manipulação de imagens, podem realizar o planejamento virtual dos implantes a serem instalados. A partir desse planejamento virtual, confecciona-se um guia por prototipagem, que irá transferir o planejamento virtual para a realidade cirúrgica. No entanto, pouco se tem avaliado sobre a precisão dessas transferências. O presente artigo alerta para as limitações e confiabilidade desta tecnologia nas transferências do planejamento virtual para a realidade cirúrgica, para a sua aplicação na Implantodontia.

Developments in science and technology give rise to new procedures aiming to improve surgical and prosthetic procedures on Implantology. Among them, guided surgeries based on computerized tomographic images make virtual planning of selected dental implants. In this way, a guide for prototype fabrication is generated, transferring the virtual planning to surgical reality; however, precision of this procedure hasn’t been evaluated too much. This article discusses the limitations and reliability of this technology on the transferring of virtual surgery for applications on implant placement.

Uso da prototipagem e do guia cirúrgico justaósseo em carga imediata de maxila edêntula / The use of prototyping and osseous surgical guide for immediate loading of implants in the edentulous maxilla

A técnica da carga imediata trouxe novas perspectivas de reabilitação para os pacientes edêntulos totais maxilares. A prototipagem e o guia cirúrgico justaósseo podem ser utilizados como importantes ferramentas no planejamento e execução destes tratamentos. O objetivo deste trabalho foi demonstrar, por meio de um relato de caso clínico, a técnica da carga imediata para reabilitação de maxila edêntula com implantes osseointegráveis e prótese total fixa implantossuportada, com o uso da prototipagem e do guia cirúrgico justaósseo, esclarecendo os benefícios de seus empregos nesta técnica.

Immediate loading technique has brought new perspectives on rehabilitation of the completely edentulous maxilla. Prototyping techniques and bone surgical guide can be used as resources for treatment planning and execution. The aim of this report is to describe a case of immediate rehabilitation of the edentulous maxilla with osseointegrated implants and full fixed prosthesis, using prototyping and osseous surgical guide, showing the combined advantages in the above-described technique.

Acquisition and manipulation of computed tomography images of the maxillofacial region for biomedical prototyping / Aquisição e manipulação de imagens por tomografia computadorizada da região maxilofacial visando à obtenção de protótipos biomédicos

O processo de construção de protótipos biomédicos surgiu da união das tecnologias de prototipagem rápida e do diagnóstico por imagens. No entanto, este processo é complexo, em função da necessária interação entre as ciências biomédicas e a engenharia. Para que bons resultados sejam obtidos, especial atenção deve ser dispensada à aquisição das imagens por tomografia computadorizada e à manipulação dessas imagens em softwares específicos. Este artigo apresenta a experiência multidisciplinar de um grupo de pesquisadores com a aquisição e a manipulação de imagens por tomografia computadorizada do complexo maxilofacial, visando à construção de protótipos biomédicos com finalidade cirúrgica.

Biomedical prototyping has resulted from a merger of rapid prototyping and imaging diagnosis technologies. However, this process is complex, considering the necessity of interaction between biomedical sciences and engineering. Good results are highly dependent on the acquisition of computed tomography images and their subsequent manipulation by means of specific softwares. The present study describes the experience of a multidisciplinary group of researchers in the acquisition and manipulation of computed tomography images of the maxillofacial region aiming at biomedical prototyping for surgical purposes.