Comparison of the accuracy of different slot properties of 3D-printed cutting guides for raising free fibular flaps using saw or piezoelectric instruments : an in vitro study

Lohn, Britta; Lichte, Philipp; Modabber, Ali

doi:45050

Comparison of the accuracy of different slot properties of 3D-printed cutting guides for raising free fibular flaps using saw or piezoelectric instruments : an in vitro study

Lohn, Britta^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Britta Maria Lohn

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025, Kumulative Dissertation

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Modabber, Ali (Thesis advisor)^RWTH* ; Lichte, Philipp (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-12-19

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-00502
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1025055/files/1025055.pdf

Einrichtungen

Klinik und Lehrstuhl für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (938010)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Das mikrovaskuläre Fibulatransplantat wird standardmäßig zur Rekonstruktion von Unterkieferkontinuitätsresektionen, die infolge maligner Erkrankungen, Osteonekrosen oder Traumata entstehen, genutzt. Die Freihandosteotomie im Rahmen der Fibulatransplantation ist ein komplexes Verfahren, das ein hohes Maß an chirurgischer Expertise voraussetzt. Der Einsatz digitaler Schablonen und computerassistierter Chirurgie ermöglicht eine signifikante Steigerung der Präzision sowie eine Reduktion der Operationszeit und Kosten. Die Genauigkeit der Übertragung der präoperativen Planung ist wesentlich von zwei Schlüsselfaktoren abhängig: Erstens erfordert die Osteotomie des einzelnen Fibulasegments eine hohe Präzision hinsichtlich sowohl der Segmentlänge als auch der Schnittwinkel. Zweitens ist die exakte globale Zusammenführung der Segmente essenziell, um eine korrekte U-förmige Kontur des Unterkiefers zu gewährleisten. Ziel der vorliegenden Studie war es, den Einfluss unterschiedlicher Guidedesigns, Guidehöhen sowie des Einsatzes verschiedener Osteotomie-Instrumente auf die Genauigkeit der mandibulären Rekonstruktion zu analysieren. Grundlage bildeten Datensätze aus der Computertomographie (CT) einer standardisierten Synbone-Fibula sowie eines Schädels mit einem LCL-Defekt (lateral-central-lateral) gemäß der Klassifikation nach Jewer et al. Basierend darauf wurde eine 3-Segment-Rekonstruktion des Unterkiefers mittels der speziell entwickelten Inhouse-Planungssoftware AC-Plan durchgeführt. Es wurden drei Guidedesigns konzipiert: Standard Slots, Flanges und Anatomical Slots. Zudem erfolgte eine differenzierte Untersuchung unterschiedlicher Slothöhen (1 mm, 2 mm und 3 mm). Insgesamt wurden 90 Modelloperationen entsprechend der digitalen Planung durchgeführt und anschließend die Resultate mittels CT digitalisiert. Die Analyse der Präzision erfolgte durch den Vergleich linearer und angularer Abweichungen der einzelnen Segmente sowie der U-Distanz der gesamten Rekonstruktion im Vergleich zur präoperativen Planung. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die Designs mit Anatomical Slots und Flanges hinsichtlich der vestibulären und lingualen Segmentlängen die höchste Genauigkeit aufwiesen. Dabei wies der Flange eine Tendenz zur leichten Unterkonturierung auf der vestibulären Seite auf, wohingegen der Standard Slot sowohl vestibulär als auch lingual zu einer signifikanten Überkonturierung führte (p < 0.001). Der Vergleich der Osteotomie-Instrumente hingegen ergab lediglich marginale Unterschiede zugunsten der Säge bei der lingualen (p = 0.005) und vestibulären (p < 0.001) Segmentlänge sowie beim proximalen Winkel (p = 0.014). Die U-Distanz nach globaler Rekonstruktion mittels Flange erzielte eine mediane Abweichung von 0.0468 mm (IQR 8.15), dieser Unterschied erreichte jedoch keine statistische Signifikanz (p = 0.067). Ableitend für den klinischen Alltag zeigen sich folgende Erkenntnisse: Eine Erhöhung der Slotwände bietet keinen relevanten Vorteil hinsichtlich der Tiefenkontrolle bei der Durchführung der Osteotomie. Daraus lässt sich ableiten, dass der Führungseffekt maßgeblich durch eine Kombination aus visueller und haptischer Führung bedingt ist. Bei nur marginalem Unterschied zwischen Piezoinstrument und Säge erfolgt die Wahl des Osteotomie-Instruments folglich primär nach individuellen Präferenzen sowie unter Berücksichtigung praktischer Aspekte, wobei der potenzielle Vorteil des Piezo-Instruments hinsichtlich des Schutzes des Gefäßstils gegen dessen höhere Kosten und längere Operationsdauer abzuwägen ist. Basierend auf den vorliegenden Ergebnissen sind insbesondere die Anatomical Slots und Flanges aufgrund ihrer überlegenen Genauigkeit in Bezug auf Segmentlänge und -ausrichtung zu empfehlen.

Purpose The free fibular fap (FFF) is a standard procedure for the oral rehabilitation of segmental bone defects in the mandible caused by diseases such as malignant processes, osteonecrosis, or trauma. Digital guides and computer-assisted surgery (CAS) can improve precision and reduce the time and cost of surgery. This study evaluates how different designs of slot cutting guides, guiding heights, and cutting instruments affect surgical accuracy during mandibular reconstruction. Methods Ninety model operations in a three-part fibular transplant for mandibular reconstruction were conducted according to digital planning with three guide designs (standard, flange, and anatomical slots), three guide heights (1 mm, 2 mm, 3 mm), and two osteotomy instruments (piezoelectric instrument and saw). The cut segments were digitized using computed tomography and digitally evaluated to assess surgical accuracy. Results For vestibular and lingual segment length, the anatomical slot and the flange appear to be the most accurate, with the flange slightly under-contoured vestibularly and the standard slot over-contoured lingually and vestibularly (p < 0.001). There were only minor differences between the use of saw and piezoelectric instrument for lingual (p = 0.005) and vestibular (p < 0.001) length and proximal angle (p = 0.014). The U-distance after global reconstruction for flanges resulted in a median deviation of 0.0468 mm (IQR 8.15), but was not significant (p = 0.067). Conclusion Anatomical slots and flanges are recommended for osteotomy, with guiding effects relying on both haptic and visual control. Unilateral guided flanges also work accurately at high guidance heights. The results of piezoelectric instrument (PI) and saw showed comparable results in the assessment of individual segments and U-reconstruction in this in vitro study without soft tissue, so that the final decision is left to the expertise of the surgeons.

OpenAccess:
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