Computer production of facial epitheses

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Patients with facial defects require urgent rehabilitation. In addition to the annual increase in the number of patients with cancer of the maxillofacial region, in recent years, the number of people with shrapnel and gunshot wounds to the face has increased as a result of local wars and conflicts.

Traditional methods of orthopedic rehabilitation of patients and the manufacture of facial epitheses are quite complex and lengthy. Postoperatively, the quality of life of these patients sharply decreases, basic body functions necessary for vital activity are impaired, and patients have poor social adaptation.

Direct application of facial prosthetics in the postoperative period is impossible owing to the lack of appropriate digital modeling technologies and structural materials for additive or subtractive production methods. Thus, the production of immediate facial epitheses using digital technologies is an urgent task to improve the social and functional living conditions of patients.

AIM: To develop three-dimensional (3D) modeling technology for additive manufacturing of immediate facial prostheses.

METHODS: The first task was to develop specialized 3D software for modeling defects in the facial area. The functionality of the program should allow virtual simulation of the missing parts of the face (ear, eye, nose, and orbit). Together with IT specialists, a digital platform was created using the following programming languages: C++ (for writing the software core and UI/UX interaction modules and interacting with the Windows operating system), C# (a complex assembly of the entire project), Python (for the automated assembly of virtual library modules), OpenGL HSLS (a shader language for graphical visualization of objects), and C ( creation of functions for interacting with shaders that require high speed).

RESULTS: A specialized computer program was developed for the 3D modeling of prostheses for patients with midface defects using combined facial scanning and computed tomography data (Computer program. Apresyan SV, Stepanov AG. A program for 3D modeling of facial epitheses. Registration number (certificate) 2023663490, Registration date: 07/04/2023).

Instead of obtaining analog impressions with plaster or silicone material, the developed technology uses a special 3D facial scanner, which greatly eases the suffering of patients. A virtual 3D database of ears, noses, orbits, and zygomatic bones of patients of various ages and sexes was integrated into the developed program. This allowed the specialist to select the most adaptive part of the face to make up for the defect. Built-in modeling tools allowed for the personalization of a 3D model of a part of the face based on the structural features of the maxillofacial region of a person. The finished 3D model of a part of the face can be exported in various formats.

CONCLUSION: The developed 3D program for modeling defects helps avoid invasive prosthetics approaches to coordinate the shape of future structures with the patient. The built-in library of structures with a database provides remote manufacturing of the prosthesis without the presence of the patient if replacement is needed. Among the undeniable advantages of the technology, prostheses can be made directly on the day of surgery for the removed part of the face, completely restoring lost functions and providing rapid social adaptation.

About the authors

Samvel V. Apresyan

Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba

Email: dr.apresyan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3281-707X
SPIN-code: 6317-9002

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

Alexander G. Stepanov

Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba

Author for correspondence.
Email: stepanovmd@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-6543-0998
SPIN-code: 5848-6077

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

Anastasia P. Zrazhevskaya

Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba

Email: dr.azrazhevskaya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1210-5841
SPIN-code: 2449-2914
Russian Federation, Moscow

Valeria K. Suonio

Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba

Email: valerijasuonio@ya.ru
ORCID iD: 0000-0002-4642-6758
SPIN-code: 6079-4490
Russian Federation, Moscow

References

  1. Medvedev YuA. Combined injuries of the middle zone of the facial skeleton. Statistics. Anatomical and clinical classification. Voprosy cheljustno-licevoj, plasticheskoj hirurgii, implantologii i klinicheskoj stomatologii. 2012;(6):12–19. (In Russ).
  2. Stuchilov VA, Sipkin AM, Ryabov AYu, et al. Clinic, diagnosis and treatment of patients with consequences and complications of trauma of the middle zone of the face. Almanac of Clinical Medicine. 2005;(8-5):109–118. EDN: HZBZXN
  3. Mikhalchenko DV, Zhidovinov AV. Retrospective analysis of statistical data on the incidence of malignant neoplasms of maxillofacial localization. Modern Problems of Science and Education. 2016;(6):151. EDN: XIBGRJ
  4. Federspil PA. Auricular prostheses in microtia. Facial Plast Surg Clin North Am. 2018;26(1):97–104. doi: 10.1016/j.fsc.2017.09.007
  5. Shirani G, Kalantar Motamedi MH, Ashuri A, Eshkevari PS. Prevalence and patterns of combat sport related maxillofacial injuries. J Emerg Trauma Shock. 2010;3(4):314–317. doi: 10.4103/0974-2700.70744
  6. Yamauchi M, Yotsuyanagi T, Ezoe K, et al. Reverse facial artery flap from the submental region. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 2010;63(4):583–588. doi: 10.1016/j.bjps.2009.01.035
  7. Patent RUS № 2427344/ 27.08.2011 Byul. № 24. Arutjunov SD, Lebedenko IJu, Stepanov AG, et al. Method of fabricating a disconnecting postoperative maxillary jaw prosthesis for the upper jaw. (In Russ). EDN: ZKYLJR Available from: https://elibrary.ru/item.asp?id=37754209
  8. Arutjunov SD, Polyakov DI, Stepanov AG, Muslov SA. Digital study of the quality of life of patients with temporary epithesis of the ear canal during the period of osseointegration of cranial implants. Sovremennaja stomatologija. 2020;(4):76–82. EDN: ZJTDKU
  9. Cabin JA, Bassiri-Tehrani M, Sclafani AP, Romo T 3rd. Microtia reconstruction: autologous rib and alloplast techniques. Facial Plast Surg Clin North Am. 2014;22(4):623–638. doi: 10.1016/j.fsc.2014.07.004
  10. Apresyan SV, Stepanov AG, Suonio VK, Vardanyan BA. Manufacture of facial prosthesis by three-dimensional printing. Stomatology. 2023;102(4):86–90. EDN: EKWBJN doi: 10.17116/stomat202310204186
  11. Butler DF, Gion GG, Rapini RP. Silicone auricular prosthesis. J Am Acad Dermatol. 2000;43(4):687–690. doi: 10.1067/mjd.2000.107503
  12. Ariani N, Vissink A, van Oort RP, et al. Microbial biofilms on facial prostheses. Biofouling. 2012;28(6):583–591. doi: 10.1080/08927014.2012.698614
  13. Apresyan SV, Stepanov AG, Suonio VK, et al. Development of structural material for the manufacture of facial prosthesis by 3d printing. Stomatology. 2023;102(3):23–27. EDN: QVPGVI doi: 10.17116/stomat202310203123
  14. Apresyan SV, Stepanov AG, Retinskaya MV, Suonio VK. Development of complex of digital planning of dental treatment and assessment of its clinical effectiveness. Russian Journal of Dentistry. 2020;24(3):135–140. EDN: MKEFUU doi: 10.17816/1728-2802-2020-24-3-135-140
  15. Apresyan SV, Suonio VK, Stepanov AG, Kovalskaya TV. Evaluation of functional potential of CAD-programs in integrated digital planning of dental treatment. Russian Journal of Dentistry. 2020;24(3):131–134. EDN: WABOWR doi: 10.17816/1728-2802-2020-24-3-131-134

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Conversion of computed tomography data into .stl format in the developed program.

Download (182KB)
3. Fig. 2. Virtual library of nose models of the Phoenix 3D program.

Download (408KB)
4. Fig. 3. Automatic adaptation of the virtual nose model to the tissues of the prosthetic bed in the Phoenix 3D program.

Download (203KB)
5. Fig. 4. Appearance of a patient with a nose defect of oncological origin before and after prosthetics with a temporary epithesis made by 3D printing using the proposed technology.

Download (482KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».