Planification 3D en chirurgie maxillo-faciale

R. Hoarau D. Zweifel

E. Lanthemann H. Zrounba M. Broome

introduction

La complexité de l’anatomie cranio-maxillo-faciale, ainsi que ses variations peuvent rendre l’explication, la planification et l’exé cution d’une chirurgie de reconstruction de la face diffi- ciles.¹ Le besoin d’images claires de la morphologie faciale a joué un rôle dans le développement de l’imagerie tridimen- sionnelle (3D) et plus récemment dans la modélisation physi- que.² Les améliorations des systèmes informatiques ont non seulement rendu les images 3D plus réalistes mais ont égale- ment permis des analyses et mesures de surface et de volu- me.^3,4 Avec l’utilisation de la modélisation 3D, il était devenu possible d’obtenir des copies exactes des structures faciales du patient, permettant par exemple la création d’implants pour combler des pertes de substances.⁵ Le développement récent des programmes informatiques permet actuellement aussi de simuler et de reproduire la localisa- tion exacte d’une ostéotomie, et de déplacer des segments osseux de manière virtuelle.

Nous proposons, à travers ce travail, une description des étapes de la planifi- cation tridimensionnelle, complétées par des exemples d’utilisation et nos cons- ta tations préliminaires.

définition

La planification 3D consiste à simuler une intervention chirurgicale sur des mo- dèles tridimensionnels physiques ou virtuels, créés à partir de l’imagerie du patient.

Elle permet également la fabrication, par procédé d’imprimerie tridimensionnelle ou d’usinage, d’outils physiques facilitant la chirurgie.

L’impression tridimensionnelle est un procédé de fabrication additive consis- tant en la mise en forme d’un objet par ajout de matière, en empilant des cou- ches successives, comme par exemple la stéréolithographie. Elle est en opposi- tion à l’usinage procédant à la mise en forme d’un objet par suppression de matière comme par exemple, la découpe d’une plaque d’ostéosynthèse dans un bloc de titane. L’impression 3D permet toutefois la réalisation de formes plus complexes que l’usinage.

3D planning in maxillofacial surgery The development of new technologies such as three-dimensional (3D) planning has chan- ged the everyday practice in maxillofacial sur- gery. Rapid prototyping associated with the 3D planning has also enabled the creation of patient specific surgical tools, such as cutting guides. As with all new technologies, uses, practicalities, cost effectiveness and especially benefits for the patients have to be carefully evaluated. In this paper, several examples of 3D planning that have been used in our ins- titution are presented. The advantages such as the accuracy of the reconstructive surgery and decreased operating time, as well as the difficulties have also been addressed.

Rev Med Suisse 2014 ; 10 : 1829-33

Le développement de nouvelles technologies comme la plani­

fication tridimensionnelle (3D) a changé la pratique quotidien­

ne en chirurgie maxillo­faciale. Le prototypage rapide associé à la planification 3D permet la création d’outils chirurgicaux sur mesure, tels des guides de coupe. Comme pour toute nou­

velle technologie, les indications, les techniques, les coûts et surtout les bénéfices pour le patient doivent être bien étudiés.

A travers cet article, différents exemples de planification uti­

lisés dans notre institution sont présentés. Les avantages de cette technologie, comme la précision de la reconstruction fa­

ciale ainsi que la diminution du temps opératoire, de même que les désavantages, ont été évalués.

Planification 3D en chirurgie

maxillo-faciale

le point sur…

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Eugenie Lanthemann, Hugues Zrounba et Martin Broome

Division de chirurgie maxillo-faciale CHUV, 1011 Lausanne

remy.hoarau@chuv.ch

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Ces procédés sont utilisés dans l’industrie dans le cadre du prototypage rapide, afin d’obtenir des modèles de l’objet final rapidement et à moindre coût.

principe

La planification commence par la réalisation d’un scanner millimétrique facial.

L’imagerie est ensuite étudiée à l’aide d’un logiciel de modélisation 3D capable de simuler les coupes osseuses, les mouvements osseux, et les résultats obtenus une fois les différentes étapes réalisées.

Cette étape peut être déléguée à un laboratoire spécia- lisé dans la modélisation bien qu’elle puisse être entière- ment réalisée par l’équipe chirurgicale. Dans tous les cas, la présence du chirurgien est indispensable pour valider cha- cune des décisions virtuelles, que ce soit pour l’emplace- ment et le plan d’inclinaison d’une ostéotomie ou encore la quantité d’avancement dans une distraction.

Le logiciel de modélisation doit être capable d’afficher toutes les structures anatomiques à considérer pendant le geste chirurgical : les dents, l’emplacement des nerfs, ou encore le pédicule d’un lambeau libre (figure 1).

L’étape suivante porte sur la confection des outils né- cessaires à la chirurgie, que ce soit par procédé d’imprimerie ou par usinage. Plusieurs éléments peuvent être confection- nés selon leurs utilités. Les plus fréquemment réalisés sont le crâne physique du patient, les guides de coupes et le matériel d’ostéosynthèse.

Les guides de coupes permettent de reproduire le site d’ostéosynthèse prédéterminé virtuellement. Il convient de prévoir la fixation de ces guides sur l’os ostéotomisé. Dans le cas d’une ostéosynthèse, l’emplacement des vis peut être inséré dans le guide de coupe.

Une fois la simulation virtuelle réalisée et les outils né- cessaires à la chirurgie confectionnés, la planification tridi- mensionnelle est terminée.

exemplesd

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Chirurgie carcinologique

Une patiente de 62 ans nous a été adressée pour la prise en charge d’un carcinome épidermoïde du plancher buccal latéral droit, avec envahissement de la mandibule. Elle ne présentait pas de comorbidités particulières, hormis une consommation tabagique de 40 unités paquets/année (UPA), en cours de sevrage depuis trois mois.

La décision était alors de réaliser une pelviglossectomie partielle, associée à une mandibulectomie interruptrice, un évidement cervical fonctionnel homolatéral et une recons- truction par lambeau libre micro-anastomosé de fibula.

Un angio-scanner des membres inférieurs a été réalisé puis transmis avec le scanner facial au laboratoire Matéria- lise qui a réalisé la planification 3D (figure 2). Les guides de coupes ont été fabriqués par imprimerie 3D.

L’intervention a eu lieu deux semaines plus tard en dou- ble équipe. Une partie de la conformation a été réalisée avant le sevrage du lambeau, notamment les ostéotomies.

Le temps mis pour le sevrage du lambeau, sa conformation et son ostéosynthèse au niveau de la perte de substance a été de 45 minutes. Les anastomoses ont duré approxima- tivement 50 minutes. Le temps opératoire complet a été de six heures. Les suites opératoires ont été simples et le scan- ner postopératoire était superposable à la planification avec une relation maxillo-mandibulaire conservée (figure 3). L’uti- lisation de plaques d’ostéosynthèse usinées est un outil nouveau dans la reconstruction mandibulaire. L’emplace- ment des vis est prédéterminé pour éviter une interférence

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Figure 1. Exemple de planification d’une distraction mandibulaire

Visualisation du nerf alvéolo-dentaire inférieur et des organes dentaires pour le positionnement du trait d’ostéotomie.

Figure 2. Planification de la résection (A) et recons- truction mandibulaire (B)

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avec l’ostéotomie ou les organes dentaires. De même, la direction des vis et leurs longueurs sont établies pendant la planification. La plaque en titane pur fait 2 mm d’épais- seur et est préconformée pour diminuer le risque de frac- ture ou de fragilisation du matériel.

Chirurgie malformative

Un patient nous a été adressé pour rétro et hypoplasie mandibulaire dans le cadre d’un syndrome de Treacher Collins. Il présentait toutes les caractéristiques morpholo- giques de ce syndrome : une face courte avec un profil con- vexe, une hypoplasie zygomatique bilatérale, une obliquité antimongoloïde des fentes palpébrales et un colobome in- complet des paupières inférieures. Au niveau otologique, on retrouvait une microtie associée à une atrésie complète des conduits auditifs externes, responsable d’une surdité de transmission bilatérale. Aucune malformation extrafaciale n’était retrouvée.

Lors de la prise en charge, le patient était âgé de six ans, un comblement zygomatique adipocitaire bilatéral avait déjà été réalisé.

Nous avons alors décidé une distraction mandibulaire multivectorielle pour combler le manque de hauteur de la branche montante et la rétromandibulie. Le distracteur uti- lisé était un distracteur extra-oral Synthes.

La planification 3D a été réalisée à partir d’un scanner récent et en coupes fines du patient. Elle devait simuler les ostéotomies mandibulaires bilatérales puis le mouvement mandibulaire pour permettre d’éliminer la béance dentaire antérieure et avancer la mandibule jusqu’à obtenir un bout à bout incisif. Chacune de ces étapes était simulée tout en prenant en compte le canal du nerf alvéolo-dentaire infé- rieur, et les germes dentaires (figure 1).

Des guides de coupes ont été confectionnés par procédé d’imprimerie 3D.

Un modèle physique du crâne de l’enfant a été confec- tionné dans un but pédagogique. Ces modèles ont été sté- rilisés pour être utilisés pendant l’intervention.

L’intervention a été réalisée deux semaines après la pla- nification. L’utilisation de la planification nous a permis de poser les distracteurs en réalisant une approche endobuc- cale unique, de diminuer le risque de dommages sur le nerf alvéolo-dentaire inférieur, et enfin de diminuer le temps opératoire.

D’autres applications en chirurgie malformative peuvent bénéficier de la planification 3D. Notamment, les craniosy-

nostoses, pour lesquelles la planification permet de simu- ler l’ostéotomie, l’avancée osseuse et dans certains cas la confection du matériel de comblement comme le PEEK (PolyEtherEtherKetone).⁵

Chirurgie traumatologique

Un patient de 24 ans était adressé pour prise en charge d’une fracture du plancher de l’orbite. Cliniquement, le pa- tient présentait une diplopie sur limitation de l’élévation de l’œil, une énophtalmie et une hypoesthésie du nerf V2. Un modèle 3D de ses orbites a été réalisé et une grille adap- tée sur la perte de substance (figure 4). Cette grille a en- suite été stérilisée et posée par voie transconjonctivale durant l’intervention.

Une cohorte de patients est actuellement en cours d’étu- de afin de déterminer dans quelle mesure la planification 3D peut être utile dans le cadre d’autres indications de traumatologie primaire ou secondaire.

discussion

La planification 3D présente plusieurs avantages, le pre- mier étant la diminution du temps opératoire.^6,7 Dans le cas par exemple de la reconstruction mandibulaire par lambeau libre de fibula, la conformation du greffon est gui- dée afin qu’il reproduise exactement la structure à recons- truire dans les dimensions exactes. Cette conformation peut avoir lieu avant le sevrage du lambeau, diminuant ainsi le temps d’ischémie.⁸ De même pour l’ostéosynthèse, les pla- ques usinées sont prégalbées et l’emplacement des vis prédéterminé dans le guide de coupe. Un temps opéra- toire ainsi réduit permet de diminuer le taux d’infections et de pertes sanguines.⁹

La précision de la reconstruction est également augmen- tée, et ce d’autant plus pour le chirurgien peu expérimen- té.¹⁰ La planification 3D, par un effet de miroir, reproduit le site reconstruit de façon quasi identique à l’original. Il en résulte un bénéfice fonctionnel concernant notamment la mobilité mandibulaire et l’occlusion.¹¹ La prise en compte des structures nobles comme les structures nerveuses ou

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Figure 3. Imagerie de contrôle après reconstruction mandibulaire par lambeau de péroné

Figure 4. Grille de reconstruction du plancher orbi- taire adaptée sur le modèle 3D du patient

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encore les organes dentaires est également réfléchie dès la planification. En suivant les guides, le chirurgien diminue le risque de léser ces structures.

De cette précision découlent les résultats esthétiques de la reconstruction. En effet, les reliefs osseux sont respec- tés comme par exemple la convexité des pommettes, la pro- jec tion du front, du menton ou des angles mandibulaires.

Cependant, la planification 3D pose également certaines difficultés. Pour la chirurgie carcinologique, le chirurgien reste soumis aux constatations peropératoires, notamment les marges chirurgicales qui doivent être, dans certains cas, élargies suite à la progression de la maladie. Dans ce cas, la planification et le matériel qui en découle deviennent ob- solètes.

De même, la planification ne concerne pas la reconstruc- tion ou la gestion des tissus mous. Par exemple, le chirurgien devra prendre en compte la position de la palette cutanée concernant un lambeau libre composite en fonction de la perte de substance non osseuse.

Par conséquent, plus la planification est complète, moins elle est réversible.

Enfin, le coût de la planification reste non négligeable.¹² En effet, celui-ci peut varier de CHF 1000.– à 5000.– selon le type.

La démocratisation des techniques de prototypages ra- pides permettra une baisse des prix. Le Centre hospitalier universitaire vaudois s’est équipé d’une imprimante 3D en ce sens. Une évaluation du bénéfice de la planification 3D pour le patient en termes de durées opératoire et d’hospi- talisation est encore à réaliser.

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Les auteurs n’ont déclaré aucun conflit d’intérêts en relation avec cet article.

Implications pratiques

La planification tridimensionnelle est un nouvel outil au ser- vice de la chirurgie faciale dans un cadre étiologique varié. Elle permet de faciliter la chirurgie avec des résultats fonctionnels et esthétiques excellents

Toutefois, la planification est difficilement réversible et ne concerne aujourd’hui que les tissus osseux. Une évaluation sérieuse de son bénéfice pour le patient doit encore être menée afin de justifier son prix

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* à lire

** à lire absolument

Bibliographie

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