Driedimensionaal printen van patiëntspecifieke titaniumplaten bij kaakchirurgie: een pilotstudie (3DJP16)

Plaatosteosynthese is de basisfilosofie bij het handhaven van skeletstabilisatie bij kaakchirurgie. Er zijn talloze osteosynthesesystemen van het merk verkrijgbaar en de meeste zijn gemaakt van puur titanium of titaniumlegeringen met standaard constructiespecificaties. Gewoonlijk moeten deze titaniumplaten worden gebogen en gebogen om beter te passen bij de driedimensionale contouren van verankerde kaakbotten. Het optimaal buigen van de titanium plaat is echter soms moeilijk en tijdrovend, vooral voor onervaren chirurgen en in gecompliceerde gevallen. Overmatige buiging kan ook leiden tot restspanning en mogelijk de mechanische eigenschappen van titaniumplaten verslechteren(1).

Het driedimensionale (3D) printen, of additive manufacturing, is goed ontwikkeld in het fabriceren van op maat gemaakte materialen uit de door de computer gegenereerde digitale bestanden. In de afgelopen jaren is het 3D-printen van patiëntspecifieke medische implantaten geëvolueerd met de nieuw opgekomen technologie van poederbedfusie, die het smelten van metalen en het verder vormgeven van apparaten mogelijk maakte(2). In september 2015 werd China's innovatieve 3D-geprinte heupgewrichtprothese commercieel gecertificeerd door de Chinese State Food and Drug Administration. In februari 2016 kreeg 's werelds eerste 3D-geprinte patiëntspecifieke titanium craniale/craniofaciale plaatimplantaat de goedkeuring van de Amerikaanse Food and Drug Administration. Daarnaast hebben een aantal andere bedrukte implantaten uitstekende prestaties geleverd in klinisch onderzoek. Deze bedrukte medische implantaten zijn grotendeels gemaakt van puur titanium of een Ti6Al4V-legering, die goed bestand zijn tegen vermoeidheid en corrosie en worden beschouwd als het meest biocompatibele metaal(3). Op basis van geïndividualiseerde beeldgegevens zijn de geprinte implantaten patiëntspecifiek en passen ze zich nauwkeurig aan de anatomische structuren aan. Aangezien additieve fabricage uiteindelijk anders is dan de conventionele meerstaps productieprocessen, kan dit de kosten en doorlooptijden verlagen, vooral bij het printen van complexe apparaten voor individuele gevallen. In klinische toepassingen wordt verwacht dat 3D-printen van op maat gemaakte implantaten chirurgische ingrepen zal vergemakkelijken, de duur van het aanbrengen zal verkorten en precieze restauraties zal verbeteren(4). Er wordt voorspeld dat de toepassing van de 3D-printtechniek op medisch gebied een nieuwe grote vooruitgang kan betekenen in de richting van gepersonaliseerde geneeskunde(5). In de toekomst zullen wereldwijd nog veel meer op maat gemaakte medische implantaten worden goedgekeurd.

Met de komst van additieve productie van metaal zijn de 3D-geprinte patiëntspecifieke titaniumplaten met succes gefabriceerd. In 2012 hebben Per Derand et al. rapporteerde de eerste toepassing van 3D-geprinte titaniumplaten met de gevestigde workflow van beeldvorming, via virtueel ontwerp, tot productie van snijgeleider en aangepaste titaniumreconstructieplaten, en het nut ervan in de fibula-gebaseerde mandibulaire reconstructiechirurgie. De voorbedrukte platen vergemakkelijkten de operatie en verminderden de operatieduur met ongeveer een half uur, hoewel de postoperatieve nauwkeurigheid van het getransplanteerde bot bescheiden was in vergelijking met de virtuele planning(6). Tegelijkertijd hebben Leonardo Ciocca et al. rapporteerde het computerondersteunde ontwerp en de fabricage bij het begeleiden van secundaire mandibulaire reconstructie van een discontinuïteitsdefect waarbij de chirurgische gids en gedrukte titanium reconstructieplaat werden gebruikt bij chirurgische overdracht van virtuele planning(7). In 2013 hebben Simona Mazzoni en Leonardo Ciocca et al. paste hetzelfde chirurgische protocol toe in een onderzoeksgroep van zeven mandibulaire reconstructiepatiënten en vergeleek de voordelen ervan met de standaard pre-platingtechniek op stereolithografische modellen in een controlegroep. De resultaten toonden aan dat het computerondersteunde chirurgische protocol levensvatbaar was in het reproduceren van de anatomische contouren van de patiënt, waardoor de chirurg betere controle over de procedure had en de proceduretijd werd verkort(8). In 2015 hebben Simona Mazzoni et al. de computerondersteunde ontwerp- en fabricagetechniek verder ontwikkeld bij het fabriceren van chirurgische snijgeleiders en titanium fixatieplaten bij herpositioneringschirurgie van de bovenkaak zonder occlusale wafel. Het onderzoeksresultaat bevestigde de hoge nauwkeurigheid bij het overbrengen van de virtuele planning door gebruik te maken van de chirurgische geleiders en fixatieplaten(9).

Bij het bestuderen van de literatuur is de toepassing van 3D-printen van titanium fixatieplaten bij kaakchirurgie momenteel alleen beschikbaar in twee centra: de afdeling Kaakchirurgie van het S Orsola Malpighi-ziekenhuis in Italië en de afdeling Mond- en Kaakchirurgie van de Universiteit van Lund in Zweden(6 ,7). Het gepubliceerde voorbereidende werk heeft het vooruitzicht bewezen van 3D-geprinte titaniumplaten bij het promoten van mandibulaire reconstructiechirurgie en orthognatische chirurgie van de bovenkaak, hoewel hun bedrukte titaniumplaten er nogal omvangrijk uitzagen en de steekproefomvang klein was en er nog steeds een gebrek is aan gekwalificeerde gerandomiseerde gecontroleerde onderzoeken tussen de gedrukt en de conventionele titanium platen. Om beter te profiteren van het snelgroeiende gebruik van 3D-printen in de gezondheidszorg, zullen we een nieuw ontwerp- en fabricageprotocol ontwikkelen voor het printen van op maat gemaakte fixatieplaten, die zullen worden ontworpen in specifieke belastingsomstandigheden en zich perfect zullen aanpassen aan de anatomische structuren van de kaak. Het is absoluut noodzakelijk om op basis van onze patiënten een haalbaarheidsstudie uit te voeren naar de toepassing van 3D-printen van titanium fixatieplaten bij kaakchirurgie.