Fallstudie CMF - Chirurgie Eine neue Technik für die Rekonstruktion umfangreicher Defekte des Jochbeinkomplexes

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1 Fallstudie CMF - Chirurgie Eine neue Technik für die Rekonstruktion umfangreicher Defekte des Jochbeinkomplexes Selektiv lasergeschmolzene Titanimplantate

2 FHNW Die Hochschule für Life Sciences, die zur Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) gehört, bildet Fachleute für einen wachsenden Life Science Markt aus. In der Forschung adressiert die Hochschule aktuelle Life Sciences Themen und entwickelt diese zusammen mit ihren Industriepartnern zu praxisfähigen Produkten und Verfahren. MIMEDIS AG Die MIMEDIS AG ist ein Schweizer Medizintechnik-Unternehmen mit Sitz in Basel, das sich auf die Entwicklung und Fertigung von individuellen Knochenimplantaten spezialisiert hat. Mit dem Einsatz neuer und flexibler Design- und Fertigungsverfahren bietet die Firma Ärzten einen einmaligen Service an. Der erfahrene Dipl. Ing. Ralf Schumacher leitet als CEO das Unternehmen und ist eng mit MedTech- Unternehmen, Wissenschaftlern und Fachärzten im Markt verknüpft. UMF Cluj Die Universität für Medizin und Pharmazie Iuliu Hatieganu ist eine der größten Universitäten in Rumänien und genießt einen internationalen Ruf für ihre drei Fakultäten: Medizinische Fakultät, Fakultät für Zahnmedizin und Fakultät für Pharmazie. Dr. Horatiu Rotaru ist Dozent an der Fakultät für Kiefer- und Gesichtschirurgie der Universität Iuliu Hatieganu. Einwilligung Die schriftliche Einwilligung für die Veröffentlichung dieses Berichts und begleitender Bilder wurde vom Patienten eingeholt. 02

3 Zusammenfassung Die Wiederherstellung umfangreicher Defekte im Bereich des Jochbeinkomplexes stellt eine chirurgische Herausforderung dar, verbunden mit der Schwierigkeit die normale Anatomie, Symmetrie sowie die einwandfreie Gesichtsprojektion und Gesichtsbreite sorgfältig wiederherzustellen. In der vorliegenden Studie wurde ein umfangreicher posttraumatischer Jochbeindefekt mit einem individuell gefertigten Implantat nach der selektiven Laserschmelztechnik (SLM) rekonstruiert. Das am Computer gestaltete Implantat besitzt die geeignete Symmetrie und passt perfekt in den defekten Bereich, ohne dass intraoperative Anpassungen erforderlich sind. Eine Nachfolgeuntersuchung nach einem Jahr zeigt ein stabiles Ergebnis ohne Komplikationen. Hintergrund Craniofasziale Traumata, Tumorresektion und angeborene Fehlbildungen können zu Jochbeinknochenschäden führen. Die Rekonstruktion des Jochbeinknochens ist für die Wiederherstellung der Funktion und Ästhetik unerlässlich. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Reduzierung der psychosozialen Erkrankungsrate. Die sorgfältige Wiederherstellung der normalen Anatomie, Symmetrie sowie die einwandfreie Gesichtsprojektion und Gesichtsbreite sind Eckpunkte bei der orbitozygomatischen Rekonstruktion. Für die Rekonstruktion des Jochbeinkomplexes sind unterschiedliche chirurgische Ansätze beschrieben worden. Diese Ansätze beinhalten Osteotomie, autologe Knochentransplantation, Übertragung von freiem Gewebe und die Verwendung verschiedener alloplastischer Implantate. Autologische Knochentransplantationen werden weiterhin als Gold Standard zur Wiederherstellung dieser Schäden erachtet. Allerdings stellen spenderseitige Erkrankungsraten, eingeschränkte Verfügbarkeit von Knochen, unvorhergesehene Resorptionen und verbleibende Deformierungen wichtige Herausforderungen dar. Verschiedene Typen alloplastischer Implantate, wie Metalle, Silikone, Polymere und Produkte auf Hydroxylapatit-Basis, wurden verwendet um alloplastische Transplantationen zu ersetzen. Das ideale alloplastische Material wurde bisher jedoch nicht gefunden. Obwohl Standardimplantate kommerziell in verschiedenen Größen erhältlich sind, besitzen diese Implantate nur begrenzte Möglichkeiten, erworbene oder ungewöhnliche Knochenschäden zu beheben. Mit solchen Implantaten misslingt oftmals die exakte Anpassung an den schadhaften Bereich, weshalb die Ergebnisse mit hohen Revisionsraten verbunden sind. Im Gegensatz dazu stehen individuell gefertigte, patientenspezifische Implantate, die aufgrund der computergestützten Gestaltung und Herstellung (CAD/CAM) diese Mängel überwinden. Patientenspezifische Implantate verkürzen Operationszeiten, reduzieren die Notwendigkeit zur Anpassung intraoperativer Implantate und verbessern die klinischen Ergebnisse. In diesem Artikel präsentieren wir einen Fall eines posttraumatischen Jochbeindefizits, das erfolgreich durch ein individuell mit selektiver Laserschmelztechnik (SLM) gefertigtes Implantat behandelt wurde. Eine Nachfolgeuntersuchung nach einem Jahr zeigt eine gute Integration ohne Zeichen von Infektion oder Belastung. Nach bestem Wissen ist dies die erste Fallstudie, in der eine Jochbein- Rekonstruktion mit einem individuell nach SLM Technik gefertigten Implantat beschrieben wird. 03

4 Fallpräsentation Ein 43-jähriger männlicher Patient wurde unserer Abteilung in Folge eines vor 6 Jahren stattgefundenen Verkehrsunfalls mit einer schweren posttraumatischen Mittelgesichtsdeformation vorgestellt. Die klinische Prüfung des linken Mittelgesichts zeigte einen Verlust der anterior-posterior und medio-lateral (querlaufenden) Projektionen des linken Jochbeins. Ein leichter Enophthalmus war ebenso vorhanden. Das Weichgewebe in diesem Bereich zeigte sich hypotrophisch als Reaktion auf die ursprüngliche Verletzung. Die klinischen Befunde wurden durch eine Computertomographie (CT) in axialer und koronarer Ebene bestätigt (Abbildung 1, 2). Abbildung 1 Der orbitozygomatische Maxillardefekt wurde aus ästhetischen Gründen mit einem individuell gefertigten Titanimplantat rekonstruiert. Es wurde ein Feinschnitt CT-Scan des Bereichs mit 3-dimensionaler (3D) Rekonstruktion vorgenommen (Siemens Somatom Sensation, Erlangen, Deutschland). Die CT-Daten wurden in MIMICS Software (Materialise, Leuven, Belgien) importiert, um daraus ein virtuelles 3D-Modell des Implantats zu erstellen, indem die gesunde Seite mit Freeform Modeling Plus (3D Systems, Sensable, Valencia, CA, USA) Plattform Software gespiegelt wurde. Weil ein SLM Titanimplantat in voller Dichte zu schwer zu implantieren gewesen wäre, haben wir entschieden, ein Implantat in Form einer Muschel zu fertigen, das durch den verbleibenden Knochen und Fixierungsstäbe abgestützt wird (Abbildung 3, 4). Abbildung 2 Das virtuelle Modell wurde anschließend unter Verwendung von kommerziellem reinen Titan Grad 2 (SLM Solutions, Lübeck, Deutschland) und einer SLM 250 Maschine (SLM Solutions) in ein 3D-Modell von SLM gedruckt. Das physikalische Modell des Schädels wurde in weißem Acrylharz mit Multi-Jet-Printing gedruckt (Objet Eden 250, Stratasys, Eden Prairie, MN,USA). Das SLM Implantat wurde auf das Plastikmodell des Schädels gesetzt, um die richtige Passform und den richtigen Sitz sicherzustellen. Eine weitere mechanische Bearbeitung war nicht erforderlich. Schließlich wurde das erstellte Implantat zur Nachbearbeitung sandgestrahlt und die Löcher für die Schrauben wurden gebohrt. Abbildung 3 Abbildung 4 04

5 Diskussion Das Implantat wurde in die vorgesehene Position eingefügt, indem eine Kombination aus Einschnitten im mittig-tarsalen unteren Augenlid, hemi-koronal und intraoral, erfolgten Korrekter Sitz am infraorbitalen Rand, Jochbeinkörper und zygomatisch-alveolarer Stütze wurden bestätigt. Die Befestigung erfolgte mit drei 2,0 mm Titanschrauben (Stryker, Michigan, MI, USA) durch das Rückstandsschrauben-Prinzip (Abbildung 5). Der Raum zwischen dem muschelförmigen Implantat und dem verbleibenden Jochbeinknochen wurde mit einem kortiko-porösen Darmbeinkamm- Knochentransplantat ausgefüllt. Das Weichgewebe des Gesichts wurde resuspendiert und die linke temporale Aushöhlung mit einem Titannetz korrigiert. Die Wunden wurden in Schichten vernäht und entsprechend bearbeitet. Der Patient erhielt 1 g Ceftriaxon, 80 mg Gentamycin, 0,5 g Metronidazol und 100 mg Ketoprofen zweimal täglich für 7 Tage. Der postoperative Verlauf war unauffällig und der Patient wurde 8 Tage nach der Operation entlassen. Die Nachfolgeuntersuchungen nach einem Monat, sechs Monaten und einem Jahr verliefen ohne Komplikationen. Nach einem Jahr ergab die klinische Untersuchung die Persistenz einer leichten Asymmetrie in den zygomatischen Bereichen (Abbildung 6). Ein CT-Scan bestätigte die gute Projektion der rekonstruierten Seite und die Symmetrie zwischen beiden Jochbeinen (Abbildung 7, 8). Wir glauben, dass die verbleibende Asymmetrie eine Folge der Atrophie des Weichgewebes ist. Der CT-Scan zeigt auch die gute Integration des Implantats mit Ossifizierung der kortiko-porösen Chips, die zwischen das Implantat und den verbliebenen Knochen eingesetzt wurde und keine Resorption des restlichen Jochbogens. Die dreidimensionale Rekonstruktion des orbitozygomatischen Maxillarkomplexes ist eine der größten Herausforderungen in der Gesichts- und Schädelchirurgie. Die normale anatomische Kontur und die Position des Jochbogenknochens sind entscheidend für das Aussehen des Gesichts. Hier haben wir die erfolgreiche Verwendung eines individuell erstellten SLM Titanimplantats zur Rekonstruktion eines posttraumatischen Jochbogenknochenschadens beschrieben. Auch wenn die knöcherne Symmetrie nach einer einjährigen Nachuntersuchung erhalten ist (Abbildung 7, 8), zeigt sich beim Patient weiterhin eine Asymmetrie im Weichgewebe. Diese Asymmetrie war vermutlich das Ergebnis einer buccalen und zygomatischen Fettpolster-Atrophie als Reaktion auf das anfängliche Trauma und sekundär eine Atrophie der Gesichtsausdrucksmuskeln nach einer Gesichtslähmung. Weil der verbleibende Jochbeinknochen in Umfang und Form verringert war, hätte eine Osteotomie alleine die Projektionen nicht ausreichend korrigieren können. Der Patient hat sich gegen die Übertragung von freiem Gewebe entschieden. Aus diesem Grund bestand die einzige Möglichkeit in der alloplastischen Implantation. Im Falle posttraumatischer Jochbeinschäden können verschiedene Materialien eingesetzt werden. Die Vor- und Nachteile jedes einzelnen Materials sind in der Literatur hinreichend beschrieben. Die Entwicklung der CAD-/CAM-Technologie hat in der Produktion alloplastischer Implantate neue Perspektiven eröffnet. Nach der dreidimensionalen Rekonstruktion des geschädigten Schädels, kann das zukünftige Implantat erstellt werden, indem die gesunde Seite gespiegelt wird. Daher können Projektion und Symmetrie des Jochbein-Kinn-Komplexes wiederhergestellt werden. 05

6 SLM ist eine der CAD-/CAM-Techniken, mit der die Erstellung poröser Titanteile zum Nachbau von Knochenstrukturen möglich ist. Titan ist das am häufigsten verwendete Material bei medizinischen Implantaten, weil es hochgradig biokompatibel ist und sich sehr gut im Gewebe integriert. Die mechanischen Eigenschaften von SLM Titanprodukten liegen im Bereich der Eigenschaften von Knochen. Diese Ähnlichkeiten sind besonders wichtig, weil Implantatmaterialien, die sehr viel steifer als Knochen sind, Stress Shielding erzeugen können, wodurch möglicherweise Knochenresorption entstehen oder Knochenregeneration verhindert werden kann. Es wird angenommen, dass eine durch Stress Shielding verursachte Knochenresorption zur aseptischen Lockerung von Implantaten führt. Im Gegensatz dazu haben die porösen Oberflächen von SLM Titanteilen gezeigt, dass sie sich günstig in Bezug auf Zelladhäsion, Migration und Einwachsen verhalten und diese Eigenschaften zu einem starken Knochenimplantat-Kontakt führen. Wenn ein Implantat mit osteogenen Zellen bevölkert wird, wandern diese Zellen nicht nur auf der Oberfläche des Implantats, sondern auch in die Poren des Implantats. Aufgrund der Vorteile der mit SLM hergestellten Titanstrukturen haben wir durch Anwendung dieser Technik ein patientenspezifisches Implantat zur Umformung des Jochbeins entworfen und produziert (Abbildung 3, 4). Abbildung 5 Abbildung 6 Das Implantat passt perfekt in den geschädigten Bereich und zum Zeitpunkt der Operation waren keine Korrekturen erforderlich (Abbildung 5). Ähnliche Ergebnisse sind in der Literatur zu finden. Das Implantat wurde in Form einer Muschel gefertigt und mit kortiko-porösen Chips aus dem vorderen Darmbeinkamm gefüllt, um seine Integration zu fördern. Das Implantat hat sich wie in der Literatur beschrieben verhalten und es sind weder Komplikationen noch Nebenwirkungen aufgetreten. Abbildung 7 Der Enophthalmos des linken Auges wurde nicht korrigiert, weil eine Repositionierung des Globus zu einer verstärkten Freilegung der Hornhaut, aufgrund des Vorhandenseins eines Lagophthalmos, geführt hätte. Die Einschränkung des vorgestellten rekonstruktiven Verfahrens ist darin zu sehen, dass es sich nur auf Knochenschäden bezieht, so dass Atrophien im Weichgewebe später zu behandeln sind. Diese Atrophie konnte mit einer strukturellen Fetttransplantation korrigiert werden. Abbildung 8 06

7 Die SLM Technik ist ein kostenintensives Verfahren. Jedoch hat sich die Investition in Zeit und Technologie vor der Operation im Hinblick auf die passende Geometrie des Implantats, die verkürzte Operationszeit und das Ausbleiben spenderseitiger Erkrankungen ausgezahlt. Diese Merkmale stimmen mit den in der Literatur berichteten Ergebnissen überein. Der Nachteil dieser Studie liegt im Fallbericht eines Einzelpatienten ohne ausreichende weitere Ergebnisse. Um eindeutige Schlussfolgerungen zu ziehen, müssen umfassende klinische Studien durchgeführt werden. Schlussfolgerung Abschließend ist festzuhalten, dass sich individuell gefertigte alloplastische Implantate besonders für die Neuformung des Jochbeins eignen und dadurch einen erheblichen Beitrag zu den abschließenden kosmetischen und funktionalen Ergebnissen leisten. SLM Titanimplantate können dank ihrer geometrischen, biologischen und mechanischen Eigenschaften ein vielversprechender Ansatz bei der alloplastischen Rekonstruktion im Schädel-Kieferknochenbereich sein. 07

8 Über SLM Solutions Die SLM Solutions Group AG ist ein führender Anbieter metallbasierter additiver Fertigungstechnologie. Das Unternehmen konzentriert sich dabei auf die Entwicklung, die Montage und den Vertrieb von Maschinen und integrierten Systemlösungen im Bereich des Selektiven Laserschmelzens (SLM). Die SLM Technologie bietet vielfältige Möglichkeiten in der metallbasierten generativen Herstellung von Bauteilen, wie beispielsweise eine neue Designund Geometriefreiheit, Konstruktionen in Leichtbauweise durch die Reduzierung des Bauteilgewichts, Erzielung enormer Geschwindigkeitsvorteile im Fertigungsablauf sowie die Herstellung intern hinterschnittener Bauteile in Kleinstmengen. Unsere Produkte werden weltweit von Kunden in den unterschiedlichsten Branchen, unter anderem der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Werkzeugbau, der Energieindustrie, dem Gesundheitswesen sowie in der Lehre und Forschung, eingesetzt. Diese schätzen besonders die folgenden Vorteile unserer Technologie- Partnerschaft: Höchste Produktivität durch patentierte Multilasertechnologie Höchste Materialdichte und Bauteilqualität durch innovatives Gasstrommanagement Vollständig geschlossenes Pulvermanagement unter Schutzgasatmosphäre Modernste Prozessüberwachung durch verschiedene Qualitätsmodule Multilinguale kundenadaptierbare, offene Softwarearchitektur Ultrakompakte, modulare Bauweise Langfristige und vertrauensvolle Kundenbeziehungen Technologieführer und -pionier mit jahrzehntelanger Markterfahrung in der metallbasierten additiven Fertigung LÜBECK DETROIT SINGAPUR SHANGHAI MOSKAU BANGALORE SLM Solutions Group AG Roggenhorster Straße 9c Lübeck Germany Fon Fax SLM und SLM Solutions sind eingetragene Marken der SLM Solutions Group AG. SLM Solutions Group AG 418DE CMF