Betegspecifikus titánlemezek háromdimenziós nyomtatása az állkapocs-sebészetben: kísérleti tanulmány (3DJP16)

A lemezes oszteoszintézis az alapfilozófia a csontváz stabilizálásának fenntartásában az állkapocsműtéteknél. Számos márkás oszteoszintézis rendszer áll rendelkezésre, és legtöbbjük tiszta titánból vagy titánötvözetekből készül, szabványos felépítési előírásokkal. Általában ezeket a titánlemezeket meg kell hajlítani és ívelni kell, hogy jobban illeszkedjenek a lehorgonyzott állcsontok háromdimenziós kontúrjához. A titánlemez optimális hajlítása azonban néha nehéz és időigényes, különösen a tapasztalatlan sebészek és bonyolult esetekben. A túlzott hajlítás szintén maradék feszültséget idézhet elő, és potenciálisan ronthatja a titánlemezek mechanikai tulajdonságait (1).

A háromdimenziós (3D) nyomtatás vagy additív gyártás jól fejlett a számítógéppel generált digitális fájlokból személyre szabott anyagok előállításában. Az elmúlt években a páciens-specifikus orvosi implantátumok 3D nyomtatása fejlődött az újonnan megjelent porágyas fúziós technológiával, amely lehetővé tette a fémek olvasztását és az eszközök további formázását (2). 2015 szeptemberében Kína innovatív 3D nyomtatott csípőízületi protézise kereskedelmi tanúsítványt kapott a Kínai Állami Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóságtól. 2016 februárjában a világ első 3D nyomtatott, betegspecifikus titán koponya/koponya-arclemez implantátuma megkapta az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatalának jóváhagyását. Ezen túlmenően számos más nyomtatott implantátum kiváló teljesítményt nyújtott a klinikai kutatásokban. Ezek a nyomtatott orvosi implantátumok nagyrészt tiszta titánból vagy Ti6Al4V ötvözetből készülnek, amelyek jól ellenállnak a fáradtságnak és a korróziónak, és a leginkább biokompatibilis fémnek számítanak (3). Az egyénre szabott képalkotó adatokra támaszkodva a nyomtatott implantátumok páciens-specifikusak és pontosan alkalmazkodnak az anatómiai struktúrákhoz. Mivel az additív gyártás végső soron eltér a hagyományos többlépcsős gyártási műveletektől, csökkentheti a költségeket és az átfutási időt, különösen az összetett eszközök egyedi esetekre történő nyomtatásánál. Míg a klinikai alkalmazásokban a testre szabott implantátumok 3D nyomtatása várhatóan megkönnyíti a sebészeti beavatkozást, csökkenti az alkalmazás időtartamát és javítja a precíz helyreállítást (4). Az előrejelzések szerint a 3D nyomtatási technika alkalmazása az orvostudományban újabb jelentős előrelépést hozhat a személyre szabott orvoslás felé (5). A jövőben még sok testreszabott orvosi implantátumot hagynak jóvá világszerte.

A fémadalékos gyártás megjelenésével sikeresen legyártották a 3D-nyomtatott, betegspecifikus titánlemezeket. 2012-ben Per Derand et al. beszámolt a 3D-nyomtatott titánlemezek első alkalmazásáról a kialakult munkafolyamattal a képalkotástól a virtuális tervezésen keresztül a vágásvezetők és a testre szabott titán rekonstrukciós lemezek gyártásáig, valamint a fibula alapú mandibula-rekonstrukciós sebészetben való felhasználását. Az előre nyomtatott lemezek megkönnyítették a műtétet, és körülbelül fél órával csökkentették a műtét időtartamát, bár a beültetett csont posztoperatív pontossága szerény volt a virtuális tervezéshez képest (6). Ezzel egyidejűleg Leonardo Ciocca et al. beszámolt a számítógéppel segített tervezésről és gyártásról egy diszkontinuitási hiba másodlagos mandibula rekonstrukciójának irányítására, amely magában foglalja a sebészeti útmutató és a nyomtatott titán rekonstrukciós lemez alkalmazását a virtuális tervezés műtéti átvitelében (7). 2013-ban Simona Mazzoni és Leonardo Ciocca et al. ugyanazt a műtéti protokollt alkalmazta hét mandibula rekonstrukciós betegből álló vizsgálati csoportban, és összehasonlította előnyeit a standard preplating technikával a sztereolitográfiai modelleken egy kontrollcsoportban. Az eredmények azt mutatták, hogy a számítógéppel segített sebészeti protokoll életképes volt a betegek anatómiai kontúrjának reprodukálásában, így a sebész jobban ellenőrizheti az eljárást, és csökkenti az eljárás idejét (8). 2015-ben Simona Mazzoni et al. továbbfejlesztette a számítógéppel segített tervezési és gyártási technikát a sebészeti vágóvezetők és titán rögzítőlemezek gyártásában a felső állcsont-repozíciós műtéteknél okkluzális ostya nélkül. A vizsgálat eredménye megerősítette a virtuális tervezés átvitelének nagy pontosságát a sebészeti vezetők és rögzítőlemezek használatával (9).

A szakirodalmat áttekintve megállapítható, hogy a titán rögzítőlemezek 3D nyomtatásának alkalmazása az állkapocs sebészetben jelenleg csak két központban érhető el: az olaszországi S Orsola Malpighi Kórház Állcsont-arc- és Állcsont-Sebészeti Osztályán és a svédországi Lund Egyetem Száj- és Állcsont-állcsont-sebészeti osztályán (6) ,7). A publikált előmunkák bebizonyították, hogy a 3D-nyomtatott titánlemezek a mandibula-rekonstrukciós műtét és a felső állcsont ortognatikus sebészet előmozdításában rejlenek, bár a nyomtatott titánlemezeik meglehetősen terjedelmesnek tűntek, a minta mérete kicsi volt, és még mindig hiányoznak a minősített randomizált, kontrollált vizsgálatok nyomtatott és a hagyományos titán lemezek. Annak érdekében, hogy még jobban kihasználjuk a 3D nyomtatás egyre terjedő egészségügyi alkalmazását, új tervezési és gyártási protokollt dolgozunk ki a személyre szabott rögzítőlemezek nyomtatásában, amelyet speciális terhelési körülmények között tervezünk és tökéletesen alkalmazkodunk az állkapocs anatómiai szerkezetéhez. Feltétlenül szükséges egy megvalósíthatósági tanulmány elkészítése a titán rögzítőlemezek 3D nyomtatásának állkapocssebészetben történő alkalmazásának feltárására pácienseink alapján.