Anatomically-Driven Soft-Tissue Simulation Strategy for Cranio-Maxillofacial Surgery Using Facial Muscle Template Model

We propose a computationally efficient and biomechanically relevant soft-tissue simulation method for cranio-maxillofacial (CMF) surgery. A template-based facial muscle reconstruction was introduced to minimize the efforts on preparing a patient-specific model. A transversely isotropic mass-tensor model (MTM) was adopted to realize the effect of directional property of facial muscles in reasonable computation time. Additionally, sliding contact around teeth and mucosa was considered for more realistic simulation. Retrospective validation study with postoperative scan of a real patient showed that there were considerable improvements in simulation accuracy by incorporating template-based facial muscle anatomy and sliding contact.

Soft-Tissue Simulation for Cranio-Maxillofacial Surgery: Clinical Needs and Technical Aspects

Computerized soft-tissue simulation can provide unprecedented means for predicting facial outlook pre-operatively. Surgeons can virtually perform several surgical plans to have the best surgical results for their patients while considering corresponding soft-tissue outcome. It could be used as an interactive communication tool with their patients as well. There has been comprehensive amount of works for simulating soft-tissue for cranio-maxillofacial surgery. Although some of them have been realized as commercial products, none of them has been fully integrated into clinical practice due to the lack of accuracy and excessive amount of processing time. In this chapter, state-of-the-art and general workflow in facial soft-tissue simulation will be presented, along with an example of patient-specific facial soft-tissue simulation method.

Cranio-maxillofacial injuries in victims of interpersonal violence

Recent research has indicated an increase in the severity of head injuries in Switzerland. The aim of the present study was to describe the epidemiological features of cranio-maxillofacial (CMF) injuries due to interpersonal violence in patients at the Bern University Hospital Emergency Department (ED), based on injury patterns.

Automatic extraction of the mid-facial plane for cranio-maxillofacial surgery planning

Recently developed computer applications provide tools for planning cranio-maxillofacial interventions based on 3-dimensional (3D) virtual models of the patient's skull obtained from computed-tomography (CT) scans. Precise knowledge of the location of the mid-facial plane is important for the assessment of deformities and for planning reconstructive procedures. In this work, a new method is presented to automatically compute the mid-facial plane on the basis of a surface model of the facial skeleton obtained from CT. The method matches homologous surface areas selected by the user on the left and right facial side using an iterative closest point optimization. The symmetry plane which best approximates this matching transformation is then computed. This new automatic method was evaluated in an experimental study. The study included experienced and inexperienced clinicians defining the symmetry plane by a selection of landmarks. This manual definition was systematically compared with the definition resulting from the new automatic method: Quality of the symmetry planes was evaluated by their ability to match homologous areas of the face. Results show that the new automatic method is reliable and leads to significantly higher accuracy than the manual method when performed by inexperienced clinicians. In addition, the method performs equally well in difficult trauma situations, where key landmarks are unreliable or absent.

Pediatric cranio-facial surgery. First-year's experience with a gun applying bioabsorbable tacks

AIM: In 2001 a prototype of a gun to apply bioabsorbable tacks in cranio-facial surgery has been developed. METHODS: From May 2001 to May 2002 this device has been used in the University Hospital of Innsbruck (Austria) for different cranioplasty procedures, in 34 children, showing its reliability for cranio-facial bone fixation. The children were affected by isolated craniosynostosis or by syndromical synostosis (Apert, Crouzon) and in a case of benign tumor of the parietal skull vault. The range of age, at the time of surgery, was between 3 months and 204 months of age. Bone segments were fixed using self-reinforced polylactide plates and tacks. RESULTS: Firm fixation was obtained intra-operatively and the operative time was reduced about 25-30 minutes as compared to use of plates and screws. This device has just one limitation in its own spring force: sometimes the bone thinner than 1 mm has been broken applying the tacks. CONCLUSION: After the first-year's experience it is possible to confirm that this device reduces, in selected cases, operative time, blood loss, risk of infection and, as a result, the costs.

Prediction of Cranio-Maxilofacial Surgical Planning using an Inverse Soft Tissue Modelling Approach

In cranio-maxillofacial surgery, the determination of a proper surgical plan is an important step to attain a desired aesthetic facial profile and a complete denture closure. In the present paper, we propose an efficient modeling approach to predict the surgical planning on the basis of the desired facial appearance and optimal occlusion. To evaluate the proposed planning approach, the predicted osteotomy plan of six clinical cases that underwent CMF surgery were compared to the real clinical plan. Thereafter, simulated soft-tissue outcomes were compared using the predicted and real clinical plan. This preliminary retrospective comparison of both osteotomy planning and facial outlook shows a good agreement and thereby demonstrates the potential application of the proposed approach in cranio-maxillofacial surgical planning prediction.

Traumatisme craniocérébral, services de santé mentale et suicide de l'enfance à l'âge adulte : une étude épidémiologique et qualitative de la situation québécoise (1987 à 2013)

Introduction et recension des écrits : Récemment, les suicides de vétérans et d’athlètes professionnels ont attiré l’attention sur l’association entre le TCC et le suicide. Les lignes directrices concernant la prise en charge en santé mentale dans cette population demeurent fragmentaires. Les objectifs de cette thèse sont de 1) déterminer si une association existe entre le TCC subi dans l’enfance et le suicide futur, 2) explorer si les personnes qui se sont suicidées ont consulté un psychiatre dans l’année précédant le suicide et évaluer si cela diffère selon que la personne ait eu un TCC ou non, 3) décrire et qualifier l’offre québécoise de santé mentale offerte en réadaptation aux enfants et aux adultes ayant subi un TCC. Méthodologie : Le volet épidémiologique consiste en une étude de cohorte rétrospective sur un échantillon de 135 703 enfants ayant reçu des services médicaux au Québec en 1987 et suivis jusqu’en 2008. Le volet qualitatif comprend un sondage auprès des gestionnaires des programmes de réadaptation TCC du Québec, des groupes de discussion avec des cliniciens et des entrevues avec des survivants de TCC et leurs proches. Résultats : Notre étude épidémiologique confirme une association significative entre le TCC subi dans l’enfance (HR 1,49 IC95% 1,04- 2,14), dans l’adolescence (HR 1,57, IC 95% 1,09-2,26) et à l’âge adulte (HR 2,53, IC95% 1,79-3,59) et le suicide. Malgré un risque de suicide plus élevé, les personnes avec un TCC et qui se sont suicidées n’ont pas consulté de psychiatre plus fréquemment que les personnes sans TCC (OR 1,29, IC 95% 0,75- 2,24). Par ailleurs, notre étude qualitative révèle que les forces du système actuel incluent une bonne qualité des services, mais qu’il existe des faiblesses au niveau de l’accès aux médecins spécialisés, du dépistage systématique et de l’accès aux services à long terme. Nos recommandations incluent le développement d’une approche coordonnée en santé mentale, l’implication automatique d’un gestionnaire de cas et l’amélioration des mécanismes d’accès après le congé.

Impacts fonctionnels du traumatisme craniocérébral léger sur la vision et l'équilibre postural chez l'adulte

Le traumatisme craniocérébral léger (TCCL) a des effets complexes sur plusieurs fonctions cérébrales, dont l’évaluation et le suivi peuvent être difficiles. Les problèmes visuels et les troubles de l’équilibre font partie des plaintes fréquemment rencontrées après un TCCL. En outre, ces problèmes peuvent continuer à affecter les personnes ayant eu un TCCL longtemps après la phase aiguë du traumatisme. Cependant, les évaluations cliniques conventionnelles de la vision et de l’équilibre ne permettent pas, la plupart du temps, d’objectiver ces symptômes, surtout lorsqu’ils s’installent durablement. De plus, il n’existe pas, à notre connaissance, d’étude longitudinale ayant étudié les déficits visuels perceptifs, en tant que tels, ni les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL, chez l’adulte. L’objectif de ce projet était donc de déterminer la nature et la durée des effets d’un tel traumatisme sur la perception visuelle et sur la stabilité posturale, en évaluant des adultes TCCL et contrôles sur une période d’un an. Les mêmes sujets, exactement, ont participé aux deux expériences, qui ont été menées les mêmes jours pour chacun des sujets. L’impact du TCCL sur la perception visuelle de réseaux sinusoïdaux définis par des attributs de premier et de second ordre a d’abord été étudié. Quinze adultes diagnostiqués TCCL ont été évalués 15 jours, 3 mois et 12 mois après leur traumatisme. Quinze adultes contrôles appariés ont été évalués à des périodes identiques. Des temps de réaction (TR) de détection de clignotement et de discrimination de direction de mouvement ont été mesurés. Les niveaux de contraste des stimuli de premier et de second ordre ont été ajustés pour qu’ils aient une visibilité comparable, et les moyennes, médianes, écarts-types (ET) et écarts interquartiles (EIQ) des TR correspondant aux bonnes réponses ont été calculés. Le niveau de symptômes a également été évalué pour le comparer aux données de TR. De façon générale, les TR des TCCL étaient plus longs et plus variables (plus grands ET et EIQ) que ceux des contrôles. De plus, les TR des TCCL étaient plus courts pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, et plus variables pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, dans la condition de discrimination de mouvement. Ces observations se sont répétées au cours des trois sessions. Le niveau de symptômes des TCCL était supérieur à celui des participants contrôles, et malgré une amélioration, cet écart est resté significatif sur la période d’un an qui a suivi le traumatisme. La seconde expérience, elle, était destinée à évaluer l’impact du TCCL sur le contrôle postural. Pour cela, nous avons mesuré l’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur et l’instabilité posturale (au moyen de la vitesse quadratique moyenne (VQM) des oscillations posturales) en position debout, les pieds joints, sur une surface ferme, dans cinq conditions différentes : les yeux fermés, et dans un tunnel virtuel tridimensionnel soit statique, soit oscillant de façon sinusoïdale dans la direction antéropostérieure à trois vitesses différentes. Des mesures d’équilibre dérivées de tests cliniques, le Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency 2nd edition (BOT-2) et le Balance Error Scoring System (BESS) ont également été utilisées. Les participants diagnostiqués TCCL présentaient une plus grande instabilité posturale (une plus grande VQM des oscillations posturales) que les participants contrôles 2 semaines et 3 mois après le traumatisme, toutes conditions confondues. Ces troubles de l’équilibre secondaires au TCCL n’étaient plus présents un an après le traumatisme. Ces résultats suggèrent également que les déficits affectant les processus d’intégration visuelle mis en évidence dans la première expérience ont pu contribuer aux troubles de l’équilibre secondaires au TCCL. L’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur de même que les mesures dérivées des tests cliniques d’évaluation de l’équilibre (BOT-2 et BESS) ne se sont pas révélées être des mesures sensibles pour quantifier le déficit postural chez les sujets TCCL. L’association des mesures de TR à la perception des propriétés spécifiques des stimuli s’est révélée être à la fois une méthode de mesure particulièrement sensible aux anomalies visuomotrices secondaires à un TCCL, et un outil précis d’investigation des mécanismes sous-jacents à ces anomalies qui surviennent lorsque le cerveau est exposé à un traumatisme léger. De la même façon, les mesures d’instabilité posturale se sont révélées suffisamment sensibles pour permettre de mesurer les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL. Ainsi, le développement de tests de dépistage basés sur ces résultats et destinés à l’évaluation du TCCL dès ses premières étapes apparaît particulièrement intéressant. Il semble également primordial d’examiner les relations entre de tels déficits et la réalisation d’activités de la vie quotidienne, telles que les activités scolaires, professionnelles ou sportives, pour déterminer les impacts fonctionnels que peuvent avoir ces troubles des fonctions visuomotrice et du contrôle de l’équilibre.

Quaestio medico-chirurgica, quodlibertariis disputationibus manè discutienda ... M. Francisco Bidault ... praeside ... An fracto cranio semper admovenda terebra?

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