Virtual planning of complex head and neck reconstruction results in satisfactory match between real outcomes and virtual models

Abstract

OBJECTIVES: The reconstruction of large facial bony defects using microvascular transplants requires extensive surgery to achieve full rehabilitation of form and function. The purpose of this study is to measure the agreement between virtual plans and the actual results of maxillofacial reconstruction.

MATERIALS AND METHODS: This retrospective cohort study included 30 subjects receiving maxillofacial reconstruction with a preoperative virtual planning. Parameters including defect size, position, angle and volume of the transplanted segments were compared between the virtual plan and the real outcome using paired t-test.

RESULTS: A total of 63 bone segments were transplanted. The mean differences between the virtual planning and the postoperative situation were for the defect sizes 1.17mm (95%-CI(-.21 to 2.56mm) p=0.094), for the resection planes 1.69mm (95%-CI(1.26-2.11) p=0.033) and 10.16° (95%-CI(8.36°- 11.96°); p<0.001) and for the planes of the donor segments 10.81° (95%-CI(9.44°- 12.17°); p<0.001) The orientation of the segments differed by 6.68° (95%-CI(5.7°- 7.66°); p<0.001) from the virtual plan, the length of the segments differed by -0.12mm (95%-CI: (0.89 - 0.65mm); n.s.) respectively, while the volume differed by 73.3% (95%-CI (69.4% – 77.6%); p<0.001). The distance between the transplanted segments and the remaining bone were 1.49mm (95%-CI(1.24-1.74) p<0.001) and between the segments 1.49mm (95%-CI(1.16-1.81) p<0.001).

CONCLUSIONS: Virtual plans for mandibular and maxillofacial reconstruction can be realized with excellent match.

CLINICAL RELEVANCE: These highly satisfactory postoperative results are the basis for an optimal functional and aesthetic reconstruction in a single surgical procedure. The technique should be further investigated in larger study populations and should be further improved.

Hintergrund Die Rekonstruktion von großen Kieferdefekten mit mikrovaskulären Transplantaten – beispielsweise nach Resektion neoplastischer Raumforderungen - erfordert einen umfangreichen chirurgischen Eingriff zur Wiederherstellung von Funktion und Ästhetik. Um die anspruchsvollen Anforderungen zu erfüllen, wird ein hohes Maß an Geschicklichkeit und Erfahrung der operierenden Chirurgen benötigt. Das Ziel dieser Studie ist es, die Übereinstimmung zwischen virtueller Planung und dem tatsächlichen Ergebnis der Mund-Kiefer-Gesichts-Rekonstruktion zu messen.

Methoden Diese retrospektive Kohortenstudie untersuchte an der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf zwischen Juni 2011 und Dezember 2012 dreißig Patienten, die eine Kieferrekonstruktion benötigten. Dabei wurden die postoperativen Behandlungsergebnisse mit den virtuellen Planungen verglichen. Zunächst wurde mittels präoperativen CT-Daten des Kopfes und der Spenderregion ein virtuelles dreidimensionales Bild erstellt, anhand dessen der operative Eingriff in einer Planungssitzung geplant wurde. Der zu resezierende Bereich wurde definiert, entfernt und virtuell rekonstruiert. Basierend auf der virtuellen Rekonstruktion wurden individuell gefertigte Führungsschienen für Spender- und Empfängergebiet angefertigt. Diese Schienen gaben den Chirurgen während der OP Informationen über Ausmaß, Positionierung und Winkel der Osteotomien. Zudem wurde ein Modell der geplanten Endsituation hergestellt und Rekonstruktionsplatten individuell vorgebogen. Danach wurden postoperative DVT-Daten herangezogen, um die virtuell geplanten mit den durchgeführten Rekonstruktionen zu vergleichen. Die Defektgrößen, Positionierungen, Winkel und Volumen der transplantierten Segmente wurden zwischen dem virtuellen Plan und dem realen Ergebnis mittels t-Test verglichen. Operations- & Ischämiezeiten wurden protokolliert.

Ergebnisse Insgesamt worden 30 Patienten mit 63 Segmenten versorgt. Die Abweichungen zwischen virtueller Planung und tatsächlichem Operationsergebnis betrugen bei den Defektgrößen 1.17mm (95%-CI(-.21 to 2.56mm) p=0.094), bei den Schnittflächen der Kieferstümpfe 1.69mm (95%-CI(1.26-2.11) p=0.033) und 10.16° (95%-CI(8.36°- 11.96°); p<0.001) sowie 10.81° (95%-CI(9.44°- 12.17°); p<0.001) bei denen der Spender-Segmenten. Die Ausrichtung der Segmente wich um 6.68° (95%-CI(5.7°- 7.66°); p<0.001), die Segmentlängen um -0.12mm (95%-CI: (0.89 - 0.65mm); n.s.) und deren Volumen um 73.3% (95%-CI (69.4% – 77.6%); p<0.001) ab. Der Abstand zwischen Segmenten und Stümpfen lag bei 1.49mm (95%-CI(1.24-1.74) p<0.001), der Abstand zwischen den Segmenten bei 1.49mm (95%-CI(1.16-1.81) p<0.001). Das follow-up betrug im Schnitt 383 Tage und die Überlebensrate der Transplantate lag bei 96,7%.

Zusammenfassung Die virtuelle Planung von komplexen Kieferrekonstruktionen mit mikrovaskulären Transplantaten lässt sich mit sehr gutem Ergebnis umsetzen.