Jeroen Liebregts

Talloze technologische ontwikkelingen hebben de afgelopen decennia de moderne geneeskunde beïnvloed. Een van de belangrijkste ontwikkelingen binnen de orthognatische chirurgie is de mogelijkheid om het gehele hoofd, in verschillende lagen, in 3D te visualiseren. Deze technologie brengt een aantal voordelen met zich mee, waarvan 3D preoperatieve planning en 3D postoperatieve evaluatie de meest relevante zijn. Het hoofddoel van deze thesis is om te onderzoeken hoe 3D planningen binnen orthognatische chirurgie de voorspelbaarheid en chirurgische resultaten hiervan kunnen verbeteren.

In hoofdstuk 1 worden in een algemene introductie de klinische en technologische aspecten binnen de huidige 3D orthognatische planning besproken. Om een virtueel 3D hoofd te creëren moeten benige structuren, weke delen en dentitie gevisualiseerd worden. Hiervoor worden verschillende 3D beeldvormingstechnieken gebruikt. De verkregen informatie wordt gecombineerd met image fusion techniques in orthognate softwareprogramma’s. De basis van het virtuele model wordt gelegd met cone-beam computed tomography (CBCT), deze techniek geeft informatie over de benige structuren en de dikte van de weke delen. Wanneer CBCT gecombineerd wordt met stereophotogrammetry - een 3D kleurenfoto van de weke delen - en een eventuele intra-orale scan van de tanden, kan een virtueel 3D hoofd gecreëerd worden. Op dit virtuele hoofd kunnen virtuele osteotomieën (Le Fort 1, bilaterale sagittale splijtings-osteotomie (BSSO), genioplastiek) uitgevoerd worden waarin alle segmenten van de kaken in elke richting verplaatst kunnen worden. Met het gebruik van verschillende biomechanische modellen kunnen deze virtuele osteotomieen en de gevolgen ervan op de weke delen real-time gesimuleerd worden.

In hoofdstuk 2 wordt de nauwkeurigheid van het Mass Tensor Model (MTM) algoritme, dat gebruikt wordt in Maxilim® software (Medicim NV, Mechelen, België) onderzocht. Van 100 patiënten die behandeld zijn met een BSSO zijn pre- en postoperatieve CBCT-scans verzameld. 3D distance-maps en 3D cephalometrische analyses zijn gebruikt om verschillen tussen de simulatie en de werkelijk behaalde postoperatieve uitkomsten van de weke delen te berekenen. Voor het volledige gezicht werd een gemiddeld absolute fout van 0.9±0.3 mm gevonden, het gemiddelde absolute 90e percentiel was 1.9 mm. Het meest voorspelbare deel van het gezicht was de kin met een gemiddelde absolute fout van 0.8±0.5 mm. De onderlip is het minst voorspelbare gebied van het gezicht, met een gemiddelde absolute fout van 1.2±0.5 mm. Zoals ook blijkt uit eerdere studies zijn de lippen het gebied dat het moeilijkst te voorspellen is.

De aan- of afwezigheid van orthodontische apparatuur en de moeilijkheid om bij de pre- en postoperatieve CBCT’s dezelfde hoeveelheid lipspanning te krijgen bij patiënten, kunnen een verklaring zijn voor de pre- en postoperatieve verschillen.

In hoofdstuk 3 wordt een vergelijkbare studie beschreven. Bij 60 patiënten die een bimaxillaire osteotomie ondergingen werd de nauwkeurigheid van het voorspellen van de weke delen verplaatsing met het MTM-algoritme ten opzichte van de postoperatieve resultaten onderzocht. De methodologie van hoofdstuk 2 volgend, werd voor het volledige gezicht een gemiddelde absolute fout van 0.81±0.22 mm gevonden. De simulatie van de weke delen bleek het meest nauwkeurig in de regio van de bovenlip (1.2±0.6 mm) en het minst nauwkeurig in de regio van de onderlip (1.4±0.5 mm). Een belangrijke conclusie van de studie was dat bij een grotere verplaatsing de uitkomsten minder voorspelbaar zijn.

In hoofdstuk 4 wordt een ander centraal esthetisch deel van het gezicht, de alar basis, beoordeeld in hetzelfde studie cohort. Ondanks het gebruik van verschillende sluitingstechnieken - de VY closure and alar cinch technique - werd bij alle patiënten de alar basis breder, met een absoluut gemiddelde van 1.6±1.1 mm. De gemiddelde absolute fout van de 3D cephalometrische simulatie ten opzichte van de postoperatieve resultaten bedroeg 1.0±0.9 mm. Dit lijkt erop te wijzen dat het in deze studie toegepaste MTM algoritme niet in staat is om de relatie te leggen tussen de postoperatieve verandering van de alar basis en de maxillaire verplaatsing. Het is daarmee ongeschikt om de verandering van de weke delen in het gebied van de neus te voorspellen.

In 2014 werd op de afdeling Mond-, Kaak- en Aangezichtschirurgie van het Radboudumc een nieuwe methode ontwikkeld voor het kwantificeren van variaties in het weke delen profiel van het gezicht op basis van 3D-fotografie. In deze methode wordt principal component analysis (PCA) gebruikt om complexe data te reduceren naar versimpelde gestructureerde patronen, dit wordt veelvuldig toegepast in moderne data-analyse. PCA is gebaseerd op statistische simulatie, in plaats van op biomechanische modellen, zoals bijvoorbeeld het eerder gebruikte MTM. In hoofdstuk 5 wordt dit model gepresenteerd. Het effect van BSSO-chirurgie op het profiel van het gezicht in klasse II patiënten wordt vergeleken met een controlegroep van klasse I proefpersonen middels PCA. 3D foto’s van 25 vrouwelijke patiënten die een BSSO hadden ondergaan en van 70 vrouwelijke controles zijn gemaakt. Het effect van BSSO-chirurgie op het gezichtsprofiel werd geëvalueerd en gekwantificeerd met behulp van PCA. De methode was in staat de behandelde patiënten te onderscheiden van de controlegroep. Op basis van deze toegepaste PCA-methode werd zichtbaar dat patiënten die een BSSO hadden ondergaan in de meeste gevallen slechts een suboptimale verbetering van het gezichtsprofiel hadden gekregen.

Cephalometrische oriëntatiepunten zijn voorheen het meetinstrument geweest waarmee de geplande benige verplaatsing postoperatief kon worden geëvalueerd ten opzichte van het werkelijk behaalde resultaat. Deze methode is gebaseerd op het meerdere keren identificeren van hetzelfde oriëntatiepunt, waarna het oriëntatiepunt wordt bepaald op basis van het gemiddelde hiervan, wat ruimte laat voor onnauwkeurigheid binnen de methode zelf. Het hindert de correcte analyse van het daadwerkelijke verschil tussen preoperatieve (3D) planning en postoperatieve uitkomsten. In hoofdstuk 6 wordt de OrthoGnathic Analyser (OGA) gepresenteerd; een nieuwe tool om de verplaatsing van benige structuren in orthognatische chirurgie te kwantificeren. Van tien patiënten welke een bimaxillaire osteotomie ondergingen, werden pre- en postoperatieve CBCT-scans vergaard. De kaken werden gesegmenteerd en gesuperponeerd op postoperatieve maxillaire en mandibulaire segmenten, gebruik makend van voxel-based registration, om de benige verschillen tussen 3D planning en werkelijke chirurgische uitkomst te berekenen. Deze innovatieve methode van het kwantificeren van chirurgische verplaatsingen in six degrees of freedom (sagitaal, verticaal en transversale translaties, en pitch, roll en jaw) heeft een hoge intraclass-correlation coefficient van >0.97. De hoge reproduceerbaarheid van OGA maakt het een betrouwbare manier om benige verschillen tussen 3D planning en chirurgische uitkomsten te objectiveren en maakt hiermee het gebruik van cephalometrische oriëntatiepunt identificatie overbodig.

Door gebruik van deze nieuwe methode kon het effect van volgorde van kaakverplaatsing (maxilla eerst versus mandibula eerst) in bimaxillaire chirurgie objectief onderzocht worden. Een cohort van 116 patiënten (58 maxilla-eerst, 58 mandibula-eerst geopereerd) dat bimaxillaire chirurgie onderging wordt onderzocht met OGA in hoofdstuk 7. De haalbaarheid van de anterieure verplaatsing van de maxilla bleek significant hoger te zijn in de maxilla-eerst groep ten opzichte van de mandibula-eerst groep, 0.45±2.52 mm versus 1.97±1.86 mm (p<0.01). In hoofdstuk 8 wordt hetzelfde cohort één jaar postoperatief met OGA geanalyseerd om de verschillen in benige stabiliteit te onderzoeken. Er werden geen significante verschillen gevonden in stabiliteit tussen de mandibula-eerst en de maxilla-eerst groep. De studie liet een gemiddelde sagittale, verticale en transversale terugval zien van minder dan 1.8 mm, wat een vergelijkbare uitkomst is met eerdere studies. Hoofdstuk 9 beschrijft de effecten van volgorde van kaakverplaatsing in bimaxillaire osteotomieën van de gebruikte data in hoofdstukken 7 en 8, samengevoegd met vergelijkbare data van de afdeling Mond-, Kaak- en Aangezichtschirurgie van de Odense Universiteit in Denemarken. Een belangrijke conclusie van het artikel is dat het postoperatieve resultaat van maxilla-eerst verplaatsen over het algemeen dichter bij de geplande repositie lag dan wanneer mandibula-eerst werd geopereerd. De mandibula-eerst benadering is echter significant beter in anterieure en posterieur positie van de maxilla wanneer impactie van de maxilla gepland werd. Wanneer een mandibula-eerst of maxilla-eerst benadering gekozen moet worden, moet dit altijd besloten worden op basis van de geplande verplaatsing. In deze thesis is de toegevoegde waarde van 3D preoperatieve planning en postoperatieve 3D evaluatie op basis van uitkomsten van uitgevoerde ingrepen onderzocht. Met de komst van 3D simulatie is orthognatische chirurgie nauwkeuriger en voorspelbaarder geworden en dit biedt de patiënt betere functionele en esthetische chirurgische uitkomsten. Gedurende de totstandkoming van deze thesis werd steeds duidelijker dat 3D simulatie onmisbaar zal worden in orthognatische chirurgie en ondertussen eigenlijk al geldt als de gouden standaard.