Tredimensionell utskrift av patientspecifika titanplattor vid käkkirurgi: en pilotstudie (3DJP16)

Plattosteosyntes är den grundläggande filosofin för att upprätthålla skelettstabilisering vid käkkirurgi. Många märkesvaror osteosyntessystem är tillgängliga och de flesta av dem är gjorda av rent titan eller titanlegeringar med standardkonstruktionsspecifikationer. Vanligtvis bör dessa titanplattor böjas och välvda för att bättre matcha den tredimensionella konturen av förankrade käkben. Men den optimala böjningen av titanplattan är ibland svår och tidskrävande, särskilt för oerfarna kirurger och i komplicerade fall. Överdriven böjning kan också initiera kvarvarande spänning och potentiellt försämra de mekaniska egenskaperna hos titanplattor(1).

Den tredimensionella (3D) utskriften, eller additiv tillverkning, har utvecklats väl för att tillverka skräddarsydda material från datorgenererade digitala filer. Under de senaste åren har 3D-utskrift av patientspecifika medicinska implantat utvecklats med den nytillkomna tekniken för pulverbäddfusion, som möjliggjorde smältning av metaller och ytterligare formning av enheter(2). I september 2015 certifierades Kinas innovativa 3D-tryckta höftledsprotes kommersiellt av Kinas statliga livsmedels- och läkemedelsmyndighet. I februari 2016 fick världens första 3D-utskrivna patientspecifika kranial-/kraniofaciala plattimplantat av titan godkännande från U.S. Food and Drug Administration. Utöver det har ett antal andra tryckta implantat visat utmärkt prestanda i klinisk forskning. Dessa tryckta medicinska implantat är huvudsakligen av rent titan eller Ti6Al4V-legering, som uppvisar god motståndskraft mot utmattning och korrosion och anses vara den mest biokompatibla metallen(3). De tryckta implantaten är beroende av individualiserade bilddata, patientspecifika och anpassar sig till de anatomiska strukturerna exakt. Eftersom den additiva tillverkningen i slutändan skiljer sig från den konventionella flerstegsproduktionen, kan den minska kostnaderna och ledtiderna, särskilt vid utskrift av komplexa enheter för individuella fall. Medan i kliniska applikationer förväntas 3D-utskrift av skräddarsydda implantat underlätta kirurgisk operation, minska applikationstiden och förbättra exakt restaurering(4). Det förutspås att tillämpningen av 3D-utskriftsteknik inom det medicinska området kan leda till ytterligare ett stort framsteg mot personlig medicin(5). Många fler skräddarsydda medicinska implantat kommer att godkännas i framtiden över hela världen.

Med tillkomsten av metalltillsatstillverkning har de 3D-printade patientspecifika titanplattorna framgångsrikt tillverkats. År 2012 har Per Derand et al. rapporterade den första tillämpningen av 3D-tryckta titanplattor med det etablerade arbetsflödet från bildbehandling, via virtuell design, till tillverkning av skärguide och anpassade titanrekonstruktionsplattor, och dess användbarhet i den fibula-baserade underkäksrekonstruktionskirurgin. De förtryckta plattorna underlättade operationen och minskade operationslängden ungefär en halvtimme även om den postoperativa noggrannheten för det transplanterade benet var blygsam jämfört med den virtuella planeringen(6). Samtidigt har Leonardo Ciocca et al. rapporterade den datorstödda konstruktionen och tillverkningen för att styra sekundär mandibulär rekonstruktion av en diskontinuitetsdefekt som involverade användningen av den kirurgiska guiden och den tryckta titanrekonstruktionsplattan vid kirurgisk överföring av virtuell planering(7). 2013, Simona Mazzoni och Leonardo Ciocca et al. tillämpade samma kirurgiska protokoll i en studiegrupp med sju mandibulära rekonstruktionspatienter och jämförde dess fördelar med standardtekniken för förplätering på stereolitografiska modeller i en kontrollgrupp. Resultaten avslöjade att det datorstödda kirurgiska protokollet var genomförbart för att reproducera patienternas anatomiska kontur, vilket gav kirurgen bättre procedurkontroll och minskade ingreppstiden(8). 2015, Simona Mazzoni et al. vidareutvecklade den datorstödda design- och tillverkningstekniken vid tillverkning av kirurgiska skärguider och titanfixeringsplattor vid repositionskirurgi för övre överkäken utan en ocklusal wafer. Studieresultatet bekräftade den höga noggrannheten i att överföra den virtuella planeringen genom att använda kirurgiska guider och fixeringsplattor(9).

Vid granskning av litteraturen är tillämpningen av 3D-utskrift av titanfixeringsplattor vid käkkirurgi endast tillgänglig på två centra för närvarande: käkkirurgiska avdelningen vid S Orsola Malpighi sjukhus i Italien och mun- och käkkirurgiska avdelningen vid Lunds universitet i Sverige(6) ,7). Det publicerade preliminära arbetet har bevisat möjligheterna till 3D-tryckta titanplattor för att främja underkäksrekonstruktionskirurgi och övre maxilla ortognatisk kirurgi även om deras tryckta titanplattor såg ganska skrymmande ut och provstorlekarna var små och det finns fortfarande brist på kvalificerade randomiserade kontrollerade försök mellan de tryckta och konventionella titanplåtar. För att bättre dra nytta av den växande användningen av 3D-utskrift inom hälso- och sjukvården kommer vi att utveckla ett nytt design- och tillverkningsprotokoll för att skriva ut skräddarsydda fixeringsplattor, som kommer att utformas under specifika belastningsförhållanden och perfekt anpassa sig till käkens anatomiska strukturer. Det är absolut nödvändigt att genomföra en genomförbarhetsstudie för att utforska tillämpningen av 3D-utskrift av titanfixeringsplattor i käkkirurgi baserat på våra patienter.