PDF-Datei: ( 6250kb) - Ruhr

Die Verfahrenskette zur Herstellung
individueller Implantate
Tomography
Imageprocessing
Surgery
CAMProduction
CADDesign
Abb. 1
Wie kommen die Daten des
Patienten in den Computer?
Um die genauen Ausmaße eines Schädeldefektes erfassen zu können, werden von dem
Kopf des Patienten Röntgenschichtaufnahmen,
eine so genannte Computertomographie (CT),
angefertigt. Dabei fährt die Röntgenröhre im
Kreis um den auf einem beweglichen Tisch
liegenden Patienten herum, während der Tisch
langsam vorgeschoben wird. Die Röntgenröhre
beschreibt somit in Relation zum Patienten
eine spiralförmige Bewegung. Diese spezielle
Art der Datenaufnahme wird daher auch SpiralComputertomographie oder kurz Spiral-CT genannt. Die so gewonnenen Daten werden über
eine Computer-Schnittstelle an das Planungssystem übermittelt.
Nach welchen Kriterien wird
der Knochenersatz geplant?
Im Computer Aided Design (CAD)-System wird
aus den Daten ein dreidimensionales Modell
erstellt. Die Kontur des Knochenersatzes wird
aus den Randbereichen des Defektes abgeleitet und bei Bedarf durch Spiegelung der Ge-
genseite rekonstruiert. Dabei muß eine ausreichende Abstützung des Implantats im Randbereich gewährleistet und die natürliche Kontur
des Kopfes wiederhergestellt sein.
Im Randbereich des Implantats werden zur Befestigung mittels kleinen Schrauben Löcher
vorgesehen.
Abb. 2a
b
c
d
Die Abbildung 2 zeigt ein
konstruiertes Implantat im
CAD-System aus verschiedenen Perspektiven.
Welche Körperteile können auf
diese Weise ersetzt werden?
Grundsätzlich ist technisch der Ersatz nahezu
aller knöcherner Strukturen des Körpers denkbar. In der Realität sind dem Knochenersatz in
Abhängigkeit von dem verwendeten Material
durch den Organismus Grenzen gesetzt.
Bisher wurde das Verfahren vor allem zur Versorgung ausgedehnter Schädeldefekte mit
großem Erfolg (Abb. 3a – Stirngegend) angewendet.
Auch im Bereich des Unterkiefers konnte der
Knochen operativ erfolgreich mit Implantaten
aus Titan ersetzt werden (Abb. 3b – Implantat
und Sägeschablone). Wegen fehlender Bedeckung mit Gewebe gingen diese Implantate
aber vorzeitig verloren.
Abb. 3a
Wie kann der Knochen ggf. an
das vorgefertigte Implantat
angepasst werden?
Die Implantate werden mit höchster Präzision
gefertigt, so dass eine Anpassung während der
Operation bei bereits vorhandenem Defekt
nicht erforderlich ist.
Es gibt jedoch spezielle Fälle, wo in einem einzigen operativen Eingriff der knöcherne Defekt
geschaffen und zeitgleich mit einem vor der
Operation hergestellten Implantat versorgt werden muss. Dies ist z. B. bei Tumoren der Hirnhäute mit Beteiligung des Knochens der Fall.
Vor der Operation erfolgen dann Planung und
Fertigung eines Implantats sowie der dazu passenden Schablone zur Führung einer Knochensäge (Abb.4a). Entlang dieser Schablone aus
Aluminium, deren innerer Durchmesser dem
äußeren Durchmesser des Implantats bei
gleicher Neigung des Rands entspricht, wird
der Knochen entfernt (Abb. 4b).
b
Wie kann der Knochenersatz
entsprechend der Planung
hergestellt werden?
Abb. 4a
Die Daten des CAD-Systems werden an eine
computergesteuerte Fräsmaschine übermittelt,
die das Implantat aus einem massiven Block
Titan fräst.
b
Alternativ kann mit den Patientendaten ähnlich
wie zur Steuerung der Fräsmaschine auch ein
Roboter angesteuert werden und die Knochenentfernung präzise durchführen (Abb. 5).
Alternativ kann auch eine Hohlform aus Metall
oder Kunststoff gefertigt werden, um ein
Implantat zu gießen oder zu pressen.
Den Vorgang der computergestützten Herstellung bezeichnet man als Computer Aided
Manufacturing oder kurz CAM.
Abb. 5
Welche Materialien können
verarbeitet werden?
Nach dem beschriebenen Verfahren sind europaweit bereits über 190 Patienten an 37 Kliniken erfolgreich mit Implantaten aus TITAN versorgt worden.
Ein Vertreter dieser Gruppe ist das POLYLACTID (PLA). Durch ein spezielles Begasungsverfahren mit Kohlendioxid (CO2) bei hohem
Druck kann PLA bei Raumtemperatur in einer
Form aus Teflon (Abb. 7) verarbeitet werden.
TITAN zeichnet sich durch seine sehr gute Verträglichkeit bei hoher Stabilität und geringem
spezifischen Gewicht aus. Auch sehr komplexe
Defekte sind bereits auf diese Weise mit
hohem Gewinn für die betroffenen Patienten
verschlossen worden.
Abb. 7
Abb. 8a
Abb. 8b
Die Abbildung 8 zeigt ein auf diese Weise hergestelltes auflösbares Implantat aus PLA.
Abb. 6
Die Abbildung 6 zeigt das Röntgenbild eines
Patienten, der nach einem Motorradunfall mit
zwei TITAN-Implantaten versorgt ist.
Die Verfahrenskette erlaubt jedoch grundsätzlich auch die Verarbeitung anderer Materialien
durch Fräsen oder in einer Hohlform (Gießen
oder Pressen).
Da die hohen Anforderungen an einen idealen
Implantatwerkstoff in Bezug auf die Stabilität,
die Auflösbarkeit, die Verträglichkeit und die
Potenz der Knochenbildung von einem einzelnen bekannten Werkstoff allein nicht erbracht
werden können, ist die Entwicklung eines Gradientenwerkstoffes, bestehend aus mehreren
Substanzen Gegenstand aktueller Forschung.
Dieser Werkstoff wir dann vor der Anwendung
im Tierversuch und später am Menschen zunächst im Labor mit knochenbildenden Zellen
(Abb. 9 – Lichtmikroskopie) besiedelt, um die
Verträglichkeit der Materialien nachzuweisen.
Interessant sind hier vor allem auflösbare
Materialien, die gleichzeitig die Möglichkeit
bieten, dass sich Knochen neu bilden kann.
Hier sind vor allem Kunststoffe, so genannte
Polymere, zu nennen.
Abb. 9