Trójwymiarowe drukowanie płytek tytanowych dostosowanych do potrzeb pacjenta w chirurgii szczękowej: badanie pilotażowe (3DJP16)

Osteosynteza płytkowa to podstawowa filozofia utrzymania stabilizacji szkieletu w chirurgii szczękowej. Dostępnych jest wiele markowych systemów do osteosyntezy, a większość z nich jest wykonana z czystego tytanu lub stopów tytanu o standardowych specyfikacjach konstrukcyjnych. Zwykle te tytanowe płytki powinny być wygięte i wygięte w łuk, aby lepiej pasowały do ​​​​trójwymiarowego konturu zakotwiczonych kości szczęki. Jednak optymalne wygięcie płytki tytanowej jest czasami trudne i czasochłonne, zwłaszcza dla niedoświadczonych chirurgów iw skomplikowanych przypadkach. Nadmierne zginanie może również zapoczątkować naprężenia szczątkowe i potencjalnie pogorszyć właściwości mechaniczne płytek tytanowych(1).

Druk trójwymiarowy (3D) lub produkcja addytywna jest dobrze rozwinięta w wytwarzaniu niestandardowych materiałów z plików cyfrowych generowanych komputerowo. W ostatnich latach drukowanie 3D implantów medycznych dostosowanych do pacjenta ewoluowało wraz z nowo pojawiającą się technologią stapiania łoża proszkowego, która umożliwiła topienie metali i dalsze kształtowanie urządzeń(2). We wrześniu 2015 r. chińska innowacyjna proteza stawu biodrowego wydrukowana w 3D uzyskała certyfikat handlowy wydany przez chińską Państwową Agencję ds. Żywności i Leków. W lutym 2016 r. pierwszy na świecie drukowany w 3D tytanowy implant czaszkowo-twarzowy został zatwierdzony przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków. Poza tym wiele innych drukowanych implantów wykazało doskonałe wyniki w badaniach klinicznych. Te drukowane implanty medyczne wykonane są głównie z czystego tytanu lub stopu Ti6Al4V, które wykazują dobrą odporność na zmęczenie i korozję i są uważane za najbardziej biokompatybilny metal(3). Opierając się na zindywidualizowanych danych obrazowych, drukowane implanty są specyficzne dla pacjenta i precyzyjnie dopasowują się do struktur anatomicznych. Ponieważ produkcja addytywna ostatecznie różni się od konwencjonalnych wieloetapowych operacji produkcyjnych, może obniżyć koszty i skrócić czas realizacji, zwłaszcza w przypadku drukowania złożonych urządzeń do indywidualnych przypadków. Oczekuje się, że w zastosowaniach klinicznych drukowanie 3D niestandardowych implantów ułatwi operację chirurgiczną, skróci czas aplikacji i poprawi precyzyjną odbudowę(4). Przewiduje się, że zastosowanie techniki druku 3D w medycynie może przynieść kolejny znaczący postęp w kierunku medycyny spersonalizowanej(5). W przyszłości na całym świecie zostanie zatwierdzonych o wiele więcej niestandardowych implantów medycznych.

Wraz z pojawieniem się wytwarzania dodatków do metalu, z powodzeniem wyprodukowano tytanowe płytki drukowane w 3D, dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjenta. W 2012 roku Per Derand i in. zgłosili pierwsze zastosowanie drukowanych w 3D tytanowych płytek z ustalonym przepływem pracy od obrazowania, poprzez wirtualny projekt, do produkcji prowadnicy cięcia i niestandardowych tytanowych płytek rekonstrukcyjnych, a także ich przydatność w chirurgii rekonstrukcji żuchwy opartej na kości strzałkowej. Wstępnie wydrukowane płytki ułatwiły operację i skróciły czas operacji o około pół godziny, chociaż dokładność pooperacyjna przeszczepionej kości była niewielka w porównaniu z planowaniem wirtualnym(6). Jednocześnie Leonardo Ciocca i in. opisali komputerowo wspomagane projektowanie i wytwarzanie w prowadzeniu wtórnej rekonstrukcji żuchwy ubytku nieciągłości polegające na zastosowaniu szablonu chirurgicznego i drukowanej tytanowej płytki rekonstrukcyjnej w chirurgicznym przenoszeniu planowania wirtualnego(7). W 2013 roku Simona Mazzoni i Leonardo Ciocca et al. zastosowali ten sam protokół chirurgiczny w badanej grupie siedmiu pacjentów po rekonstrukcji żuchwy i porównali jego zalety ze standardową techniką wstępnego powlekania na modelach stereolitograficznych w grupie kontrolnej. Wyniki wykazały, że wspomagany komputerowo protokół chirurgiczny był skuteczny w odtwarzaniu anatomicznych konturów pacjentów, dając chirurgowi lepszą kontrolę nad procedurą i skracając czas zabiegu(8). W 2015 roku Simona Mazzoni i in. dalej rozwijał wspomaganą komputerowo technikę projektowania i wytwarzania w wytwarzaniu chirurgicznych prowadnic tnących i tytanowych płytek mocujących w chirurgii repozycjonowania górnej szczęki bez płytki okluzyjnej. Wynik badania potwierdził wysoką dokładność w przekazywaniu wirtualnego planowania za pomocą szablonów chirurgicznych i płytek mocujących(9).

Przeglądając literaturę, zastosowanie drukowania 3D tytanowych płytek mocujących w chirurgii szczękowej jest obecnie dostępne tylko w dwóch ośrodkach: Klinice Chirurgii Szczękowo-Twarzowej Szpitala S Orsola Malpighi we Włoszech oraz Klinice Chirurgii Jamy Ustnej i Szczękowo-Twarzowej Uniwersytetu w Lund w Szwecji(6 ,7). Opublikowane wstępne prace dowiodły, że tytanowe płytki drukowane w 3D mogą być przydatne w promowaniu chirurgii rekonstrukcji żuchwy i chirurgii ortognatycznej górnej szczęki, chociaż ich wydrukowane płytki tytanowe wyglądały na raczej nieporęczne, a rozmiary próbek były małe i nadal brakuje kwalifikowanych randomizowanych kontrolowanych badań między drukowane i konwencjonalne płytki tytanowe. Aby lepiej wykorzystać rosnące wykorzystanie druku 3D w służbie zdrowia, opracujemy nowy protokół projektowania i wytwarzania w zakresie drukowania niestandardowych płytek mocujących, które będą projektowane w określonych warunkach obciążenia i doskonale dopasowują się do struktur anatomicznych szczęki. Konieczne jest przeprowadzenie studium wykonalności w celu zbadania zastosowania drukowania 3D tytanowych płytek mocujących w chirurgii szczękowej na podstawie naszych pacjentów.