Dreidimensionaler Druck patientenindividueller Titanplatten in der Kieferchirurgie: Eine Pilotstudie (3DJP16)

Die Plattenosteosynthese ist die grundlegende Philosophie zur Aufrechterhaltung der Skelettstabilisierung in der Kieferchirurgie. Es sind zahlreiche Marken-Osteosynthesesysteme erhältlich, von denen die meisten aus Reintitan oder Titanlegierungen mit Standardkonstruktionsspezifikationen hergestellt sind. Üblicherweise sollten diese Titanplatten gebogen und gewölbt werden, um sich besser an die dreidimensionale Kontur verankerter Kieferknochen anzupassen. Das optimale Biegen der Titanplatte ist jedoch manchmal schwierig und zeitaufwändig, insbesondere für den unerfahrenen Chirurgen und in komplizierten Fällen. Übermäßiges Biegen könnte auch Eigenspannungen auslösen und möglicherweise die mechanischen Eigenschaften von Titanplatten verschlechtern(1).

Der dreidimensionale (3D) Druck oder die additive Fertigung ist bei der Herstellung kundenspezifischer Materialien aus computergenerierten digitalen Dateien weit entwickelt. In den letzten Jahren hat sich der 3D-Druck von patientenspezifischen medizinischen Implantaten mit der neu entstandenen Technologie der Pulverbettfusion weiterentwickelt, die das Schmelzen von Metallen und die weitere Formgebung von Geräten ermöglichte(2). Im September 2015 wurde Chinas innovative 3D-gedruckte Hüftgelenksprothese von der chinesischen staatlichen Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde kommerziell zertifiziert. Im Februar 2016 erhielt das weltweit erste 3D-gedruckte patientenspezifische Titan-Implantat für kraniale/kraniofaziale Platten die Zulassung der U.S. Food and Drug Administration. Darüber hinaus haben sich eine Reihe anderer gedruckter Implantate in der klinischen Forschung hervorragend bewährt. Diese gedruckten medizinischen Implantate bestehen hauptsächlich aus reinem Titan oder einer Ti6Al4V-Legierung, die eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung und Korrosion aufweisen und als das biokompatibelste Metall gelten(3). Basierend auf individualisierten Bilddaten sind die gedruckten Implantate patientenindividuell und passen sich exakt den anatomischen Strukturen an. Da sich die additive Fertigung letztendlich von den herkömmlichen mehrstufigen Produktionsverfahren unterscheidet, könnten Kosten und Durchlaufzeiten reduziert werden, insbesondere beim Drucken komplexer Geräte für individuelle Fälle. In klinischen Anwendungen soll der 3D-Druck von kundenspezifischen Implantaten den chirurgischen Eingriff erleichtern, die Anwendungsdauer verkürzen und die präzise Restauration verbessern(4). Es wird vorausgesagt, dass die Anwendung der 3D-Drucktechnik im medizinischen Bereich einen weiteren großen Fortschritt in Richtung personalisierter Medizin bringen könnte(5). Viele weitere kundenspezifische medizinische Implantate werden in Zukunft weltweit zugelassen.

Mit dem Aufkommen der additiven Metallfertigung wurden die 3D-gedruckten patientenspezifischen Titanplatten erfolgreich hergestellt. 2012 haben Per Derand et al. berichteten über die erste Anwendung von 3D-gedruckten Titanplatten mit dem etablierten Arbeitsablauf von der Bildgebung über virtuelles Design bis hin zur Herstellung von Schnittführungen und kundenspezifischen Rekonstruktionsplatten aus Titan und ihre Nützlichkeit in der Fibula-basierten Unterkieferrekonstruktionschirurgie. Die vorgedruckten Platten erleichterten die Operation und verkürzten die Operationsdauer um etwa eine halbe Stunde, obwohl die postoperative Genauigkeit des transplantierten Knochens im Vergleich zur virtuellen Planung bescheiden war(6). Gleichzeitig haben Leonardo Ciocca et al. berichteten über die computergestützte Konstruktion und Herstellung bei der Führung der sekundären Unterkieferrekonstruktion eines Diskontinuitätsdefekts unter Verwendung der Bohrschablone und der gedruckten Rekonstruktionsplatte aus Titan bei der chirurgischen Übertragung der virtuellen Planung(7). 2013 haben Simona Mazzoni und Leonardo Ciocca et al. wendeten das gleiche chirurgische Protokoll in einer Studiengruppe mit sieben Unterkieferrekonstruktionspatienten an und verglichen seine Vorteile mit der Standard-Vorplattierungstechnik an stereolithographischen Modellen in einer Kontrollgruppe. Die Ergebnisse zeigten, dass das computergestützte chirurgische Protokoll die anatomischen Konturen des Patienten reproduzieren konnte, was dem Chirurgen eine bessere Kontrolle über das Verfahren gab und die Eingriffszeit verkürzte(8). Im Jahr 2015 haben Simona Mazzoni et al. entwickelte die computergestützte Konstruktions- und Herstellungstechnik zur Herstellung von chirurgischen Schnittführungen und Titanfixationsplatten in der Oberkiefer-Repositionschirurgie ohne Okklusionswafer weiter. Das Studienergebnis bestätigte die hohe Genauigkeit bei der Übertragung der virtuellen Planung durch die Verwendung der Bohrschablonen und Fixierungsplatten(9).

Bei Durchsicht der Literatur ist die Anwendung des 3D-Drucks von Titanfixationsplatten in der Kieferchirurgie derzeit nur an zwei Zentren verfügbar: der Abteilung für Kiefer- und Gesichtschirurgie des S. Orsola Malpighi-Krankenhauses in Italien und der Abteilung für Mund- und Kieferchirurgie der Universität Lund in Schweden (6 ,7). Die veröffentlichten Vorarbeiten haben die Aussichten von 3D-gedruckten Titanplatten bei der Förderung der Unterkieferrekonstruktionschirurgie und der orthognathen Chirurgie des Oberkiefers bewiesen, obwohl ihre gedruckten Titanplatten ziemlich sperrig aussahen und die Stichprobengrößen klein waren und es noch immer an qualifizierten randomisierten kontrollierten Studien fehlt bedruckt und die herkömmlichen Titanplatten. Um besser von der aufkeimenden Nutzung des 3D-Drucks im Gesundheitswesen zu profitieren, werden wir ein neues Design- und Herstellungsprotokoll für den Druck von kundenspezifischen Fixierungsplatten entwickeln, die unter bestimmten Belastungsbedingungen entworfen werden und sich perfekt an die anatomischen Strukturen des Kiefers anpassen. Es ist zwingend erforderlich, eine Machbarkeitsstudie zur Erforschung der Anwendung des 3D-Drucks von Titanfixationsplatten in der Kieferchirurgie anhand unserer Patienten durchzuführen.