Tredimensjonal utskrift av pasientspesifikke titanplater i kjevekirurgi: en pilotstudie (3DJP16)

Plateosteosyntese er den grunnleggende filosofien for å opprettholde skjelettstabilisering ved kjevekirurgi. Tallrike merkede osteosyntesesystemer er tilgjengelige, og de fleste av dem er laget av rent titan eller titanlegeringer med standard konstruksjonsspesifikasjoner. Vanligvis bør disse titanplatene bøyes og bues for bedre å matche den tredimensjonale konturen til forankrede kjeveben. Imidlertid er den optimale bøyningen av titanplaten noen ganger vanskelig og tidkrevende, spesielt for uerfarne kirurger og i kompliserte tilfeller. Overdreven bøyning kan også initiere gjenværende spenning og potensielt forverre de mekaniske egenskapene til titanplater(1).

Den tredimensjonale (3D) utskriften, eller additiv produksjon, har blitt godt utviklet for å fremstille tilpassede materialer fra de datagenererte digitale filene. De siste årene har 3D-utskrift av pasientspesifikke medisinske implantater utviklet seg med den nylig fremkomne teknologien for fusjon av pulverbed, som muliggjorde smelting av metaller og ytterligere forming av enheter(2). I september 2015 ble Kinas innovative 3D-trykte hofteleddsprotese kommersielt sertifisert av Kinas statlige mat- og legemiddeladministrasjon. I februar 2016 fikk verdens første 3D-printede pasientspesifikke kraniale/kraniofaciale plateimplantat av titan godkjenning fra U.S. Food and Drug Administration. Utover det har en rekke andre trykte implantater vist utmerket ytelse i klinisk forskning. Disse trykte medisinske implantatene er hovedsakelig fra rent titan eller Ti6Al4V-legering, som viser god motstand mot tretthet og korrosjon og regnes som det mest biokompatible metallet(3). Basert på individualiserte bildedata er de trykte implantatene pasientspesifikke og tilpasser seg de anatomiske strukturene nøyaktig. Siden den additive produksjonen til syvende og sist er forskjellig fra konvensjonelle flertrinns produksjonsoperasjoner, kan det redusere kostnader og ledetider, spesielt ved utskrift av komplekse enheter for individuelle tilfeller. Mens det er i kliniske applikasjoner, forventes 3D-utskrift av tilpassede implantater å lette kirurgisk operasjon, redusere påføringsvarigheten og forbedre nøyaktig restaurering(4). Det er spådd at bruken av 3D-utskriftsteknikk på medisinsk område kan bringe et nytt stort fremskritt mot personlig tilpasset medisin(5). Mange flere tilpassede medisinske implantater vil bli godkjent i fremtiden over hele verden.

Med fremveksten av metalladditivproduksjon har de 3D-trykte pasientspesifikke titanplatene blitt fremstilt med suksess. I 2012 har Per Derand et al. rapporterte den første påføringen av 3D-printede titanplater med den etablerte arbeidsflyten fra bildebehandling, via virtuell design, til produksjon av skjæreguide og tilpassede titanrekonstruksjonsplater, og dens nytte i fibula-basert underkjevekonstruksjonskirurgi. De forhåndstrykte platene forenklet operasjonen og reduserte operasjonsvarigheten omtrent en halv time, selv om den postoperative nøyaktigheten til det podede beinet var beskjeden sammenlignet med den virtuelle planleggingen(6). Samtidig har Leonardo Ciocca et al. rapporterte datastøttet utforming og produksjon i veiledning av sekundær mandibular rekonstruksjon av en diskontinuitetsdefekt som involverer bruk av den kirurgiske guiden og den trykte titanrekonstruksjonsplaten i kirurgisk overføring av virtuell planlegging(7). I 2013, Simona Mazzoni og Leonardo Ciocca et al. brukte den samme kirurgiske protokollen i en studiegruppe på syv pasienter med rekonstruksjon av underkjeven og sammenlignet fordelene med standard pre-plating-teknikk på stereolitografiske modeller i en kontrollgruppe. Resultatene avslørte at den datastøttede kirurgiske protokollen var levedyktig i å reprodusere pasientenes anatomiske kontur, noe som ga kirurgen bedre prosedyrekontroll og reduserte prosedyretiden(8). I 2015, Simona Mazzoni et al. videreutviklet den datastøttede design- og produksjonsteknikken ved fremstilling av kirurgiske skjæreguider og titanfikseringsplater i øvre maxilla reposisjoneringskirurgi uten okklusal wafer. Studieresultatet bekreftet den høye nøyaktigheten i å overføre den virtuelle planleggingen ved å bruke kirurgiske guider og fikseringsplater(9).

Ved gjennomgang av litteraturen er bruk av 3D-utskrift av titanfikseringsplater i kjevekirurgi kun tilgjengelig ved to sentre for øyeblikket: Kjevekirurgisk avdeling ved S Orsola Malpighi sykehus i Italia og munn- og kjevekirurgisk avdeling ved Lunds universitet i Sverige (6) ,7). Det publiserte forarbeidet har bevist utsiktene til 3D-trykte titanplater for å fremme underkjevens rekonstruksjonskirurgi og øvre maxilla ortognatisk kirurgi, selv om de trykte titanplatene deres så ganske klumpete ut og prøvestørrelsene var små og det er fortsatt mangel på kvalifiserte randomiserte kontrollerte studier mellom trykte og konvensjonelle titanplater. For bedre å dra nytte av den gryende bruken av 3D-utskrift i helsevesenet, vil vi utvikle en ny design- og produksjonsprotokoll for utskrift av tilpassede fikseringsplater, som vil bli utformet under spesifikke belastningsforhold og perfekt tilpasse seg kjevens anatomiske strukturer. Det er viktig å gjennomføre en mulighetsstudie for å utforske bruken av 3D-utskrift av titanfikseringsplater i kjevekirurgi basert på våre pasienter.