Formlabsの3Dプリンター活用によるイリノイ大学顔面頭蓋奇形センター顔面非対称矯正手術 成功事例

株式会社システムクリエイト（本社：大阪府東大阪市荒本新町、代表：川上正義）は、アメリカのイリノイ大学顔面頭蓋奇形センターが、顔面非対称矯正手術における正確性と効率性を大幅に向上させるため、Formlabsの3Dプリントソリューションを採用した成功事例を紹介します。患者ごとにカスタマイズされた手術用ガイドと術後評価用マスクを使用することで、治療結果が飛躍的に改善されました。なお、システムクリエイトでは医療用モデルの機器販売は行っておらず、Formlabs製品の一般的な応用例をお伝えすることを目的としています。詳細な技術情報については引用元記事をご確認ください。

引用元：https://formlabs.com/blog/case-study-craniofacial-surgical-guides/

〇課題：顔面非対称矯正における従来手法の限界

顔面非対称は遺伝や外傷、病気などさまざまな要因で発生し、患者の外見や自信に影響を与えます。特に、自己脂肪移植による矯正手術では、脂肪の注入量や注入位置の精密な計画が重要です。しかし、従来の2D写真や経験に頼る方法では、正確性に限界がありました。このため、術後の結果が期待通りでない場合があり、患者と医療チームの双方にとって課題となっていました。

〇解決策：Formlabsとデジタル技術を活用したワークフロー

イリノイ大学顎顔面センターは、Formlabsの3Dプリント技術を導入することでこれらの課題を解決しました。この技術により、デジタルと実モデルを組み合わせた正確な治療計画が可能となりました。以下に、その詳細なワークフローを説明します。

1. 画像取得とデータ解析

• 3Dスキャン

各患者ごと、iCAT スキャナーを使用してコーンビームコンピューター断層撮影を行い、高精度の3Dデータを取得します。これにより、顔面の形状と非対称部分を正確にデータ化させます。

• データ分割

取得した3DデータをMaterialise社の医療用画像処理ソフトウェアであるMimicsソフトウェアに取り込みます。これにより、顔のパーツが解剖学的構造から分割されたモデルがSTL形式で保存されます。

2. 健側モデルの反転と設計

• 健側モデルの特定

健側モデルの部位を選択

ZBrushなどのデジタル彫刻ソフトを使用し、患部側でどの領域が必要になるのかを特定し、皮膚組織の健側モデルのある部位（鼻や顎の位置など）を定義します。

• 術後評価用マスクの設計

健側のデータを患部側に反転させ対称性を確認します。その後、反転させた形状に対して1.5mmの厚さを割り当ててソリッドパーツを作成し、STL形式として保存します。

健側のデータを患部側に反転させた形状に対して1.5mmの厚さを割り当てる

後に手術の成功を評価するために使用

• 手術用ガイドの設計

手術用ガイドを作成するため、「術後評価用マスクデザインの設計」と同じ方法で、患部側のボリューム不足を特定し、健側と同様に、 1.5 mm の厚さを割り当てて押し出します。健側モデルと患部側モデルを重ね合わせ、二つの体積差を特定する手術用ガイドを作成し、STL形式として保存します。

健側モデルと患部側モデルに重ね合わせた状態

健側モデルと患部側モデルの二つの体積差を特定する手術用ガイドの作成

3. 3Dプリントと仕上げ

• Formlabsプリンターでの製造

Clear Resinで造形された術後評価用マスク

手術用ガイドにはFormlabsのSurgical Guide レジンを、術後評価用マスクにはClear レジンを使用して3Dプリントします。造形後、洗浄（Form Wash）と硬化（Form Cure）を経て仕上げます。

• 体積測定とマーク付け

手術用ガイドを水に入れ、体積を測定し、必要な脂肪量を正確に算出します。さらに、ボリューム不足の部位には直接マーカーで印をつけ、脂肪の注入位置を示す穴を開けます。

体積欠損部位を示すマーキングと穴の開いた手術用ガイド

4. 手術と術後ケア

• 手術の精密化

Formlabsの滅菌ガイドラインに従って滅菌した手術用ガイドを患者の顔面に装着し、脂肪を注入すべき位置をマーキングします。その後、計測した脂肪量を基に、正確な体積の脂肪を注入します。

自己脂肪注入の位置をガイドするために手術室で使用されている手術ガイド

• 術後確認

術後評価用マスクを使用し、脂肪注入の適切な位置を確認し、評価します。

術後評価用マスクを使用し、脂肪注入の適切な位置を検証している小児患者の術前（上）と術後（下）の写真

〇結果：治療結果の飛躍的な向上

この新たな手法では、術前の体積欠損の推定と手術室での注入量の間に80～100％の精度があることが実証されています。この研究を通して、イリノイ大学頭蓋顔面形成センターは、自己脂肪移植手術にデジタルワークフローを導入し、外科医の直感への依存を減らす利点があることを実証しました。

治療後 1 週間の小児患者の術前 (左)、術後の正面 (中央)、および術後の冠状面 (右) の画像

治療後 1 週間の成人患者の術前 (左)、術後正面 (中央)、および術後冠状面 (右) の画像

さらに詳しい記事内容及びホワイトペーパーのダウンロードについては、以下の引用元記事をご参照ください。引用元：https://formlabs.com/blog/case-study-craniofacial-surgical-guides/

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システムクリエイトでは、今後もこのような先端技術の応用事例を紹介し、多くの業界に役立つ情報を提供していきます。Formlabs製品の導入支援についてはお気軽にお問い合わせください。

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システムクリエイトについて

システムクリエイトは、ものづくり企業向けのソリューションプロバイダーとして、3Dプリンターや3Dスキャナーなどの3Dツール、工作機械の販売からCAD/CAMなどのソフトウェア、技術サポート、トレーニングまで幅広く提供しています。また、加工・造形の知識を活かして、受託造形の依頼もお受けしています。

■会社名：株式会社システムクリエイト

■代表者：代表取締役 川上 正義

■設 立：1992年6月19日

■本社所在地：大阪府東大阪市荒本新町1-20

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