Rekonstruktion von Knochendefekten im Kiefer- und Gesichtsbereich am Patienten

Jun 04, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 7538 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Ziel dieser retrospektiven Studie ist es, die Wirksamkeit und Sicherheit patientenspezifischer Titanimplantate auf Kiefer- und Gesichtsknochen zu überprüfen und eine langfristige Nachbeobachtung durchzuführen. Insgesamt 16 Patienten mit verschiedenen maxillofazialen Defekten wurden mit patientenspezifischen Titanimplantaten rekonstruiert. Titanimplantate, die durch Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern oder Fräsen hergestellt wurden, wurden in den Oberkiefer, Unterkiefer oder Jochbein eingesetzt. Nach der Operation wurde eine Langzeitnachbeobachtung (36,7 ± 20,1 Monate) durchgeführt. Knochenfusion des Titanimplantatkörpers, postoperative Infektion, Fehlheilung des Implantats, funktionelle Ergebnisse, Patientenzufriedenheit, Senkung, Osteolyse um die Implantate und Komplikationen wurden bei der letzten Nachuntersuchung erfasst und analysiert. Von den 28 Implantaten gelang es nur einem nicht, sich mit dem Knochen zu verbinden. Daher wurde eine Revisionsoperation durchgeführt. Es wurden keine Osteolyse oder Senkung um die Titanimplantate herum und auch keine unerwünschten Ereignisse beobachtet; Der mittlere VAS-Score für die Zufriedenheit betrug 9. Alle an dieser Studie teilnehmenden Patienten waren ästhetisch und funktionell mit ihren chirurgischen Ergebnissen zufrieden, und Fixationsversagen und ästhetische Unzufriedenheitskomplikationen wurden gut behoben. Patientenspezifisches Titan zeigte bei der Behandlung verschiedener Mund- und Kieferdefekte zufriedenstellende Ergebnisse. Ein 3D-gedrucktes Titanimplantat kann effektiv zur Rekonstruktion des Jochbeins und des Unterkiefers anstelle von autogenem Knochen verwendet werden, ohne dass es zu einer Morbidität an der Entnahmestelle kommt.

Zu den verschiedenen Knochen, aus denen der Schädel besteht, gehören der Oberkiefer, der Unterkiefer und der Jochbeinkomplex sowie Skelettteile, die den Umriss des Gesichtsausdrucks bestimmen und das Kauen ermöglichen1. Wenn angeborene kraniofaziale Deformitäten im Gesichtsskelett auftreten, wie zum Beispiel das Crouzon- oder Treacher-Collins-Syndrom, hemifaziale Mikrosomie oder erworbene Defekte aufgrund von Traumata oder Tumoren, können ästhetische und funktionelle Probleme wie Gesichtsdisharmonie, Gesichtsasymmetrie und Kauprobleme auftreten2 .

Autogene Knochentransplantation oder Implantatinsertion ist die primäre Methode zur Behandlung solcher Defekte. Autologe Knochentransplantate sind weitgehend biokompatibel; Es kann jedoch zu Problemen wie Morbidität an der Entnahmestelle, chirurgischem Versagen und Schwierigkeiten bei der erneuten Operation kommen3. Bei der Implantatinsertion gibt es keine Morbidität an der Entnahmestelle; Allerdings kann es je nach Material zu Problemen in Bezug auf die Biokompatibilität und zu einem mit den Materialkosten einhergehenden Anstieg der chirurgischen Kosten kommen4. Darüber hinaus sind beide Methoden im Rahmen herkömmlicher chirurgischer Methoden nicht defektorientiert; Daher kann eine verbleibende Gesichtsdisharmonie nach der Operation nicht vermieden werden.

Rasante Fortschritte in der digitalen Technologie haben zu einem Paradigmenwechsel auf dem Gebiet der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie geführt. Beispielsweise haben die Verbreitung und Entwicklung der Kegelstrahl-Computertomographie (CBCT), des computergestützten Designs (CAD), der computergestützten Fertigung und der dreidimensionalen (3D-)Drucker eine präzise und schnelle Chirurgie ermöglicht5. Im Fall von 3D-Druckern ist es heute im Gegensatz zu Harzmaterialien, die früher verfügbar waren, möglich, Titanmaterialien zu drucken, deren Biokompatibilität bereits als Zahnimplantate überprüft wurde6,7.

Dieser Artikel berichtet über die langfristigen klinischen Ergebnisse der Anwendung patientenspezifischer Titanimplantate bei Oberkiefer-, Unterkiefer- und Jochbeindefekten aufgrund verschiedener angeborener und erworbener Ursachen. Die primäre Ergebnisvariable war die Knochenfusion zwischen Implantat und Knochen. Sekundäre Ergebnisse, Suche nach postoperativer Infektion, Zufriedenheitsbewertung, Osteolyse, Absinken des Titanimplantats und Sicherheit, wurden bewertet.

Insgesamt wurden 16 Patienten (7 Frauen und 9 Männer) mit einem Durchschnittsalter von 32,3 ± 14,9 Jahren (Bereich 9–78 Jahre) eingeschlossen. Die Patienten wurden über einen durchschnittlichen Zeitraum von 36,7 ± 20,1 Monaten postoperativ nachbeobachtet (Bereich: 8–79 Monate). Bei einem von fünf Patienten, die sich in einem durchschnittlichen Beobachtungszeitraum von 48 Monaten einer Kieferknochenrekonstruktion unterzogen, wurde ein Schraubenbruch festgestellt. Zwei der fünf Patienten, die sich einer Wangenknochenrekonstruktion unterzogen hatten, wurden aufgrund ästhetischer Unzufriedenheit während eines durchschnittlichen Beobachtungszeitraums von 28 Monaten einer Revisionsoperation unterzogen. Bei sechs Patienten, bei denen übermäßige Knochendefekte, die durch vorangegangene plastische Operationen entstanden waren, mit Implantaten rekonstruiert wurden, traten 20 Monate lang keine Nebenwirkungen auf.

Insgesamt wurden 28 Defektbereiche operiert, darunter fünf Unterkiefersegmente, neun Jochbeine, zehn Unterkieferkörper, Winkel oder Kinn und vier Oberkieferbereiche. Hinsichtlich des chirurgischen Ansatzes wurde bei 11 Patienten eine intraorale Rekonstruktion durchgeführt, bei fünf Patienten eine submandibuläre Rekonstruktion. Die durchschnittliche Operationszeit betrug 82 (Bereich: 30–240) Minuten. Die DVT-Analyse zeigte, dass die Knochenfusion sechs Monate nach der Operation bei 96,5 % lag (27/29). Vierzehn Patienten wurden mit 3D-gedruckten Implantaten operiert, und zwei Patienten wurden operiert, indem Implantate mithilfe von Fräsverfahren hergestellt wurden. Im Bereich der 3D-gedruckten Titanimplantate oder Fräsimplantate wurde keine Osteolyse beobachtet.

Das Design der Knochen-Implantat-Schnittstelle war entweder ein Netz oder ein Feststoff, je nachdem, ob Stabilität erforderlich war. Da die raue Oberfläche des netzartigen Titanimplantats eine bessere Osseointegration in den Knochen des Empfängers ermöglichte, bevorzugten wir den netzartigen Typ am tragenden Unterkiefer. Die Elektronenstrahlschmelzimplantate (EBM) sind teurer als die selektiven Laserschmelzimplantate (SLM). Es gab jedoch keinen Unterschied in den klinischen Ergebnissen je nach Art des Implantatschnittstellendesigns und der 3D-Druckmethode. Vor der Operation wurden handelsübliche Zahnimplantate auf 3D-gedruckten Titanimplantaten installiert. Die Gingivaformer wurden 6 Wochen postoperativ ohne Komplikationen eingesetzt. Es wurden individuelle Abutments angefertigt und die endgültigen Zirkonimplantate wurden hergestellt und funktionierten gut. Die nach der Operation gemessene objektive Kaueffizienz erhöhte sich im Vergleich zu der vor der Operation gemessenen um mehr als das Dreifache.

Die Komplikationen einer 3D-gedruckten oder gefrästen Titanrekonstruktion, wie Schraubenfraktur, Fixierungsversagen und postoperative Unzufriedenheit, traten bei drei von 16 Patienten auf. Der Patient (Nr. 4), dessen linker Unterkiefer rekonstruiert wurde, erlitt einen Bruch der Schraube, mit der das Unterkieferimplantat und die Kondylenseite befestigt waren. Es gab jedoch keine Probleme, da Implantat und Knochen bereits gut miteinander verbunden waren. Bei dem anderen Patienten (Nr. 9) musste das Implantat aufgrund einer Fehlverbindung zwischen dem Jochbogen und dem Titanimplantat entfernt werden. Bei der zweiten Operation wurden das Bogensegment und das Implantat zur Fixierung mit einem Draht festgezogen. Ein anderer Patient (Nr. 10) beklagte, dass die rechte Seite des Jochbeins postoperativ zu stark hervorstand. In der zweiten Operation wurden die vorhandenen Jochbeinimplantate entfernt, gut geerdet und wieder fixiert. Die Patienten waren mit ihrem Gesichtsausdruck zufrieden. Das Gesichtsaussehen und die Kaufunktion verbesserten sich deutlich, und die postoperative Genesung war bei allen Patienten nach durchschnittlich 27 Monaten zufriedenstellend. Die Einzelheiten der chirurgischen Ergebnisse und Komplikationen sind in Tabelle 1 dargestellt.

Diese Studie ergab, dass patientenspezifische Titanimplantate erfolgreich zur Rekonstruktion von kraniomaxillofazialen Defekten eingesetzt wurden, die durch angeborene oder erworbene dentofaziale Anomalien während der Langzeitnachbeobachtung verursacht wurden. Die Patientenergebnisse waren in Bezug auf Kauverhalten und Ästhetik nachhaltig.

In dieser Studie unternahmen die Autoren den ersten Versuch, die funktionelle Belastung durch die Platzierung eines Implantats in einem maßgeschneiderten Titankörper zu reduzieren. Dem individuellen Titankörper wurden zwei Implantatformen gegeben und nach der Operation wurden provisorische Kronen eingesetzt, um die Okklusion der gegenüberliegenden Zähne zu ermöglichen. Nach fünfjähriger Nachbeobachtungszeit traten keine funktionellen Defizite oder Komplikationen auf. In ähnlicher Weise wurden in anderen Studien Implantatformen im Unterkiefer-Molarenbereich hinzugefügt, und es wurde gezeigt, dass Zirkonoxidimplantate ein Jahr nach der Restaurierung problemlos funktionierten8. Wir haben auch versucht, im Handel erhältliche Zahnimplantate auf patientenspezifischen Titanimplantaten zu installieren, ohne dass es zu Unstimmigkeiten zwischen den Zahnimplantaten und den patientenspezifischen 3D-gedruckten Implantaten kam. Die endgültigen Implantate funktionierten mindestens 30 Monate lang optimal.

Die meisten früheren Studien konzentrierten sich auf die Schädeldecke9,10, den Augenhöhlenboden11,12,13, den Oberkiefer14,15 und den Alveolarknochen16, wo die Funktionsbelastung minimal war. Es gibt nur wenige Berichte über maßgeschneiderte Titanimplantate für Bereiche mit erhöhter funktioneller Belastung, wie z. B. Jochbein und Unterkiefer; Diese Studie hat jedoch gezeigt, dass patientenspezifische Titanimplantate im Jochbein und im Unterkiefer erfolgreich funktionieren können. Es ist vorteilhaft bei der Rekonstruktion des Unterkiefers etc., der einer hohen funktionellen Belastung ausgesetzt ist. Wie in unserer vorherigen Studie angedeutet, reichte die Festigkeit des patientenspezifischen Titanimplantats aus, um wiederholten starken Belastungen über den Kaudruck hinaus standzuhalten17. Dies wird durch die Tatsache gestützt, dass im Einzelzyklus-Biegetest mit einer Kraft von 4490 ± 198 N und im Ermüdungstest über 1.000.000 Zyklen mit einer Kraft von 359 bis 1122 N im Vergleich zum okklusalen Druck (127 bis 721 N) kein mechanischer Bruch auftrat ) eines normalen gesunden Menschen.

Eine exakte Wiederherstellung des bestehenden Erscheinungsbildes des Patienten ist möglich. Die Rekonstruktion mit autologem Gewebe bestimmt das Ergebnis der funktionellen und ästhetischen Rekonstruktion entsprechend den Fähigkeiten des Chirurgen während der Operation. Allerdings können patientenindividuelle Titanimplantate mithilfe der digitalen 3D-Technologie vorab in einer virtuellen Umgebung genau simuliert werden, sodass Fehler während der tatsächlichen Operation minimiert werden und das Erscheinungsbild des Defekts genau reproduziert werden kann. Frühere Studien zu patientenspezifischen Kinnimplantaten ergaben eine Genauigkeit von 0,69 mm bei der mediolateralen Translation und 2,01° bei der Gierausrichtung18. Eine andere Studie zeigte, dass die Positionsdiskrepanz der Marilla in der patientenspezifischen Implantatgruppe 1,41 ± 0,58 mm betrug, während sie in der konventionellen Gruppe für Doppelkieferchirurgie 2,20 ± 0,94 mm betrug. Es ermöglichte außerdem eine bessere Anpassung an die Stelle und eine kürzere Operationszeit im Vergleich zu vorgeformten oder vorgebogenen Implantaten5,19.

Bei autologen Knochentransplantationen wie Becken-, Schienbein- und Wadenbeinknochen liegt die Morbidität an der Entnahmestelle Berichten zufolge zwischen 2,5 und 39 %20,21,22,23. Im Falle einer autologen Gewebetransplantation besteht das Risiko von Nebenwirkungen wie einer Infektion der Entnahmestelle, einer verzögerten Heilung, verminderten sensorischen und motorischen Funktionen und einem Versagen bei der Transplantation des transplantierten Gewebes21. Bei patientenindividuellen Titanimplantaten kann es jedoch überhaupt nicht zu einer Entnahmemorbidität kommen. Es wird auch durch frühere Literatur gestützt, dass Komplikationen im Zusammenhang mit anderen Materialien, Infektionen und Verschiebungen bei patientenspezifischen Implantaten selten sind24.

Es wurden verschiedene unerwünschte Ereignisse berichtet, darunter Schraubenfrakturen, Fixationsversagen und postoperative Unzufriedenheit. Alle Komplikationen konnten durch Entfernung des Fixationsgeräts oder erneute Operation behoben werden. Die Autoren erklärten den Patienten Folgendes, als sie vor der Operation ihre Einwilligung nach Aufklärung einholten: (1) Ein Implantatversagen kann zu einer Infektion führen. (2) Wir werden versuchen, das Implantat mithilfe einer Schablone so präzise wie möglich zu fixieren; Es darf jedoch nicht dort platziert werden, wo es geplant war. Daher kann eine erneute Operation erforderlich sein. (3) Bei einer Läsion rund um das Implantat können die Computertomographie (CT) und die Magnetresonanztomographie eine Herausforderung darstellen (Artefakte). Wenn daher eine bildgebende Diagnostik erforderlich ist, muss zunächst das Implantat entfernt werden. (4) Andernfalls kann es zu keiner Osseointegration kommen. (5) Es kann zu ästhetischer Unzufriedenheit kommen. (6) Es kann auch eine Gesichtsasymmetrie auftreten. Wie bereits im Vorfeld erklärt wurde, zeigten sich die Patienten kooperativ.

Titan, dessen Elastizitätsmodul dem des menschlichen Knochens ähnelt und eine deutlich hohe Zug- und Druckfestigkeit aufweist, ist für seinen hohen klinischen Wert als Material bei der Knochenrekonstruktion bekannt25. Es wird angenommen, dass die poröse Struktur von Titan das Missverhältnis zwischen dem Elastizitätsmodul und dem menschlichen Knochen wirksam auflöst26. Darüber hinaus bot die Netzstruktur Raum für die Bildung und das Einwachsen von Knochen27. Berichten zufolge liegt die Porosität eines idealen Gerüsts für die Knochenregeneration bei über 66 %28. Darüber hinaus beeinflusst die Porenform von Gerüsten die Osteogenese über die Zellproliferation. Bidan et al. zeigten, dass die Optimierung der Porenform die Wachstumsrate von Knochengewebe in einem porösen Gerüst verbessert und die Zellen innerhalb der quadratischen Poren schneller wachsen29.

Wenn das gesamte Titanimplantat porös gestaltet ist, kommt es unserer Erfahrung nach beim Einsetzen des Implantats zu Reibung mit dem Weichgewebe, die zu einer Schädigung des Weichgewebes und zu erheblichen Einführwiderständen führen kann. Daher ist es wichtig, dass die Oberfläche, die mit dem Weichgewebe in Kontakt kommt, fest und gut poliert ist. Die Oberfläche, an der das Titanimplantat mit dem vorhandenen Knochen in Kontakt steht, kann fest oder porös sein und jede hat ihre eigenen Vor- und Schwächen.

Unter Berücksichtigung der Osseointegration oder der Stressabschirmung wird eine poröse Struktur empfohlen. Wenn diese jedoch aus Unzufriedenheit des Patienten oder aus verschiedenen Gründen entfernt wird, ist es besser, eine solide Struktur herzustellen. Im Falle einer Unterkieferrekonstruktion mit Kontinuitätsverlust war die knochenkontaktierende Oberfläche des patientenspezifischen Implantats porös. In letzter Zeit wird aus ästhetischen Gründen eine feste Struktur verwendet, beispielsweise für die Rekonstruktion des Jochbeinknochens.

In dieser Studie wurde ein Titankörper mittels SLM und EBM hergestellt. SLM ermöglicht die additive Fertigung mit Metallen wie Titan bei hoher Sintertemperatur; Aufgrund der begrenzten Maßgenauigkeit und der geringen Oberflächenrauheit werden jedoch Prozessverbesserungen vorgenommen, um seine Eigenschaften zu verbessern30,31. Beim EBM wird anstelle eines Laserstrahls ein Elektronenstrahl zum Sintern oder Verschmelzen der Materialien verwendet. Im Gegensatz zu SLM32 kann EBM zur Herstellung komplexer Geometrien verwendet werden, indem jede Querschnittsschicht selektiv gescannt wird. In dieser Studie verursachte das Titanimplantat keine Probleme bei der Befestigung der Schraubenlöcher und der Passform. Es gab keinen Unterschied in den klinischen Ergebnissen gemäß der 3D-Druckmethode.

Die Einschränkungen dieser Studie bestanden darin, dass für Kiefergelenkimplantate nur vorgefertigte Metalle zulässig waren und Fossa- und patientenspezifische Teile in Ländern wie Korea nicht zulässig waren. Obwohl es möglich war, patientenspezifische Titanimplantate mit einem vorgefertigten Produkt zu verbinden und anzuwenden, müssen die gesetzlichen Vorschriften verbessert werden, um eine sicherere und genauere Anwendung patientenspezifischer Titanimplantate zu ermöglichen. Darüber hinaus müssen noch die hohen Design- und Produktionskosten gelöst werden33. Trotz dieser Einschränkungen hatte unsere Studie mehrere Vorteile. Dies ist der erste Bericht, der belastbare 3D-gedruckte Titanimplantate zusammenfasst. Zweitens wurden in dieser Studie kommerziell erhältliche Zahnimplantate auf patientenspezifisches 3D-gedrucktes Titan mit einem Gewindehohlraum angewendet. Wie aus anderen Studien hervorgeht, besteht noch Verbesserungsbedarf bei der volumetrischen Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit des Schraubengewindes; Daher ist es möglicherweise nicht für die Verwendung mit vorhandenen, im Handel erhältlichen Implantaten geeignet7. Die eingeschränkte biologische Breite/Barriere der Schleimhautunterstützung in kontaminierten Mundumgebungen birgt ein hohes Infektionsrisiko. Darüber hinaus ist die Wiederherstellung bei Infektionen oder Implantatbrüchen nicht möglich34. In unserer Studie konnten diese Volumenmängel jedoch behoben werden und die Schraube des kommerziellen Implantats konnte genau reproduziert und befestigt werden. Die Patienten verwendeten Implantate ohne nennenswerte funktionelle Probleme. Unsere Studie zeigte bei keinem Patienten unerwünschte Ereignisse. Diese retrospektive Studie zeigte, dass eine hervorragende Osseointegration eines Implantats eine effektive Fusion fördert.

Abschließend wurden anhand der oben genannten Fälle Leitlinien für den Einsatz eines patientenspezifischen Titanimplantats auf Titanbasis vorgestellt.

Ein Kontinuitätsdefekt des Gesichtsknochens, der auf hartes Gewebe beschränkt ist, für das bereits eine Rekonstruktion durchgeführt wurde und für den es keine geeignete Rekonstruktionsmöglichkeit gibt.

Wenn bei einem Patienten mit Gesichtsosteoplastik ein leichter oder mittelschwerer Knochendefekt aufgrund einer vorherigen übermäßigen Knochenpräparation vorliegt.

Bei hohen ästhetischen Anforderungen wie Korrektur feiner Skelettasymmetrien.

Bereiche, die eine funktionelle Belastung erfordern, wie zum Beispiel der Unterkiefer.

Wenn eine gleichzeitige Rekonstruktion mit Zahnimplantaten erforderlich ist.

Fälle, die eine komplexe Geweberekonstruktion von Hart- und Weichgewebe erfordern.

Patienten mit Überempfindlichkeit gegen Titanmaterial.

Patienten, die eine kontinuierliche Nachsorge mittels Röntgenbildgebung wie CT oder MRT benötigen (Artefakte können auftreten).

Diese Langzeit-Follow-up-Studie ergab, dass patientenspezifische Titanimplantate bei verschiedenen Defekten im Mund- und Kieferbereich zufriedenstellende Ergebnisse erzielen. Ein 3D-gedrucktes Titanimplantat kann effektiv zur Rekonstruktion des Jochbeins und des Unterkiefers anstelle von autogenem Knochen verwendet werden, ohne dass es zu einer Morbidität an der Entnahmestelle kommt.

Diese retrospektive Studie wurde vom Institutional Review Board des Chung-Ang University Hospital überprüft und genehmigt (IRB-Nr. 2103-007-19,358). Diese Fallstudie wurde anhand der CARE-Checklisten-Richtlinien durchgeführt. Alle in dieser Studie verwendeten Methoden wurden in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Die Autoren bestätigten, dass von allen Probanden und/oder ihren Erziehungsberechtigten eine schriftliche Einverständniserklärung zur Veröffentlichung von Informationen/Bildern eingeholt wurde, und dass die Patienten zustimmten, ihre Gesichtsfotos für akademische Zwecke offenzulegen. In diese Studie wurden 16 Patienten (sieben Männer und neun Frauen) aufgenommen, die sich einer maxillofazialen Rekonstruktion mit 28 patientenspezifischen Titanimplantaten unterzogen. Tabelle 2 fasst die demografischen Merkmale, Defektursachen, Implantatdesign, kombinierte Operationen, 3D-Druckmethoden und Nachbeobachtungszeiträume zusammen. Die CBCT wurde unmittelbar und 6 Monate nach der Operation durchgeführt. Die Fusion zwischen Implantat und Knochen wurde 6 Monate nach der Operation mittels DVT beurteilt. Auch die Immobilisierung des Implantats, die Osteolyse, das Absinken des Titanimplantats und die Sicherheit wurden 6 Monate nach der Operation beurteilt. Eine CT Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM)-Datei, die 6 Monate nach der Operation erstellt wurde, wurde in die In Vivo 5-Software (Anatomage, San Jose, CA, USA) geladen. Zur Beurteilung der Knochenfusion wurde eine multiplanare Bewertung an der Implantat-Knochen-Grenzfläche durchgeführt. „Fusion“ ist definiert als der Fall, dass in > 50 % der gesamten Grenzflächenfläche, an der das Implantat auf den Knochen trifft, ein vollständiger Knochenkontakt ohne Osteolyse auftritt. Die Osteolyse um die Implantate herum und das Absinken des umgebenden Knochens wurden anhand axialer, sagittaler und koronaler Schnitte gemessen. Bei der Rekonstruktion unter Verwendung eines Unterkieferkörpers aus Titan, einschließlich eines Zahnimplantats, wurde der Grad der Kaufunktion mithilfe eines automatischen Kaufähigkeitsanalysators (ANA-902, As One, Osaka, Japan) beurteilt. Das exklusiv für das Testgerät entwickelte β-Carotin-Gummigel wurde vom Patienten 30 Mal gekaut und dann in ein Becherglas mit einer wässrigen Lösung gegeben und auf das Testgerät geladen (Abb. 1). Nach dem Spülen und Auflösen von β-Carotin maß das Gerät automatisch die Oberfläche, indem es die β-Carotin-Konzentration maß, die sich entsprechend der photometrischen Spannung änderte. Mit zunehmender Oberfläche des Gelee nahm die mittlere Spannung des roten Lichts ab. Die gemessene Spannung wurde mithilfe eines äquivalenten Verhältnisses in die Oberfläche des Geräts umgerechnet. Die abgeleitete Oberfläche wurde als Maß für die Kaufunktion verwendet.

Wiedergabe von Lee UL et al. J Oral Maxillofac Surg. 2016 Jul;74(7):1501.e1-1501.e15, mit Genehmigung von Elsevier Inc. (F) Eine 26-jährige Patientin, deren Unterkiefer um mehr als 10 cm nach links verschoben war. (G) Das postoperative Gesichtsfoto zeigt, dass das Gesicht symmetrisch ist und der Unterkiefer nicht mehr nach links verschoben ist. (H) Um diese Probleme zu überwinden, wurde von Medyssey Inc. ein 3D-gedruckter Unterkiefer aus Titan hergestellt. Die koreanische Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde genehmigt derzeit keine patientenspezifischen Gelenke. Daher haben wir ein vorgefertigtes Kiefergelenk mit einem 3D-gedruckten Unterkiefer verbunden. (I, J) Präoperative und postoperative 3D-rekonstruierte DVT-Bilder. (K) Eine 78-jährige Patientin hatte nach einer Mandibulektomie aufgrund einer bösartigen Erkrankung einen Defekt im rechten Unterkiefersegment; (L) Der Unterkiefer wurde erfolgreich mit einem 3D-gedruckten Titanimplantat rekonstruiert.

Titanrekonstruktion tumorbedingter Unterkieferdefekte. (A) Eine 25-jährige Patientin wurde zur Rekonstruktion des linken Unterkiefers und zur Korrektur der Gesichtsasymmetrie überwiesen; (B) Postoperatives Foto der Patientin. (C) Ein dreidimensional (3D) gedruckter Unterkiefer aus Titan wurde hergestellt. Die beiden Abutments, die der zentralen Fossa des Oberkiefermolaren zugewandt waren, wurden für die prothetische Versorgung konzipiert. Auch provisorische Kronen wurden 3D-gedruckt. (D, E) Präoperative und postoperative 3D-rekonstruierte Kegelstrahl-Computertomographiebilder (CBCT).

Mithilfe einer visuellen Analogskala (0–10) wurden die Patienten 6 Monate nach der Operation auf den Grad ihrer funktionellen und ästhetischen Zufriedenheit befragt.

Die in die Studie aufgenommenen Patienten hatten Kiefer- und Gesichtsdefekte aufgrund verschiedener Ursachen [Crouzon-Syndrom (1), Treacher-Collins-Syndrom (2), Trauma (1), hemifaziale Makrosomie (1), bösartige Tumorresektion (2), Ameloblastom (2), arteriovenöse Malformation (1), iatrogene Gesichtsasymmetrie (2), dentofaziale Deformität s/p plastische Chirurgie (4)]; Sie werden grob in vier Kategorien unterteilt und diskutiert.

Fünf Patienten hatten aufgrund einer Tumorresektion Unterkieferdefekte. Unter ihnen hatte eine 25-jährige Frau (Nr. 1) einen Defekt im linken Unterkieferkörper, Winkel und Kondylus, der auf eine Ameloblastomresektion zurückzuführen war. Darüber hinaus wies der Patient eine Malokklusion und eine Mittellinienabweichung zur Seite des Defekts auf (Abb. 1A–E). Daher wurden orthognathe Chirurgie und Unterkieferrekonstruktion mit einem 3D-gedruckten Titanimplantat durchgeführt, das mit einem vorgefertigten Kondylus und einem künstlichen Abutment installiert wurde, das den hinteren Unterzahn wiederherstellte. Eine weitere 26-jährige Frau (Nr. 3) hatte einen ähnlichen Fall wie Fall Nr. 1. Allerdings waren bei ihr die linke Kondylengrube und der Kopf zerstört. Da die koreanische Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde keine patientenspezifischen Gelenke zuließ, wurde ein maßgeschneiderter Titankondylus plus eine vorgefertigte Kondylengrube (Zimmer Biomet, Warschau, Indiana, USA) verwendet (Abb. 1F–J). Eine 78-jährige Frau (Nr. 2) hatte nach einer Mandibulektomie aufgrund einer malignen Erkrankung einen rechten segmentalen Unterkieferdefekt. Trotz ihres hohen Alters konnte der Unterkiefer mit einem 3D-gedruckten Titanimplantat erfolgreich rekonstruiert werden (Abb. 1K,L). Ein 27-jähriger Mann (Nr. 4) hatte aufgrund einer Ameloblastomresektion Unterkieferdefekte. Die Rekonstruktion erfolgte unter Verwendung eines Unterkiefers aus Titan mit einer weiblichen Schraube zur Platzierung des Zahnimplantats (Abb. 2). Der letzte Patient (Nr. 5) hatte einen Unterkieferdefekt aufgrund einer arteriovenösen Fehlbildung. Da das Unterkieferwachstum nach der Massenresektion gehemmt war, wurden schwere Asymmetrie und Retrognathie beobachtet. Daher wurden eine orthognathe Chirurgie und eine Titan-Unterkieferrekonstruktion durchgeführt.

Zahnimplantat auf einem Unterkiefer aus Titan. (A) Erste Panorama-Röntgenaufnahme des Patienten (27/M); s/p-Ameloblastom-Resektion und Fibula-freier Lappen versagten. (B) Um die Kaufunktion des Patienten wiederherzustellen, wurden zwei Löcher für die Platzierung von Zahnimplantaten entworfen. (C) Zwei Osstem-Implantate wurden in den Unterkiefer aus Titan eingesetzt; (D) Ein dreidimensional gedrucktes Unterkieferimplantat aus Titan mit einem vorgefertigten Zahnimplantat wurde unter Vollnarkose eingesetzt. (E) Die zweite Implantation wurde 6 Wochen postoperativ durchgeführt. (F) Die prothetische Behandlung wurde mit einem individuellen Abutment und provisorischen Kronen durchgeführt. (G, H) Das gelbe Gelee wurde vom Patienten 30 Mal gekaut und die Oberfläche wurde gemessen, um zu sehen, wie gut das Gelee gekaut wurde. Die nach der Operation gemessene Kaueffizienz erhöhte sich im Vergleich zu vor der Operation um das Dreifache.

Eine 18-jährige Frau (Nr. 6) und ein 9-jähriger Junge (Nr. 7) mit Treacher-Collins-Syndrom wurden eingeschlossen (Abb. 3A, B). Sie hatten keine Atemprobleme oder Gaumenspalten. Sie hatten jedoch stark unterentwickelte Jochbeinknochen, eine Hypoplasie des unteren Augenhöhlenrandes, eine Brachyzephalie und eine bitemporale Verengung. Darüber hinaus hatten sie nach unten geneigte Augenlider und ihre Ober- und Unterlider hingen herab. Um den Mangel im Mittelgesicht zu korrigieren, wurde bei Patientin Nr. 6 (Abb. 3C, D), einer Frau, die ihr Skelettwachstum abgeschlossen hatte, eine Augmentation des Jochbeins und des Augenhöhlenrandes mit einem 3D-gedruckten Titanimplantat durchgeführt. Patient 7 war ein 9-jähriger Junge, der ebenfalls an einer Mittelgesichtsschwäche litt (Abb. 3E–G); Aus diesem Grund haben wir Implantate zur Rekonstruktion des Jochbeins und des Augenhöhlenrandes entwickelt, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Das bei der ersten Operation verwendete Implantat war so konzipiert, dass ein neues Implantat darüber platziert werden konnte, wenn der Patient das Gefühl hatte, dass das Jochbeinvolumen während des Wachstums nach der ersten Operation nicht ausreichte (Abb. 3H). Das zweite Implantat (Abb. 3I) wurde virtuell entworfen. Es gab sechs Löcher im Jochbeinimplantat, die bei der ersten Operation verwendet wurden, von denen drei bei der ersten Operation zur Fixierung des Jochbeinimplantats dienten und die restlichen drei Löcher bei der nächsten Operation verwendet wurden (Abb. 3H). Die Titanprothese wurde in einem Rapid-Prototyp-Modell installiert und verifiziert (Abb. 3J). Der Wangenknochenbereich des Patienten verbesserte sich nach der Operation auf natürliche Weise (Abb. 3K, L).

Fotos von Patienten mit Treacher-Collins-Syndrom. (A) Eine 18-jährige Frau mit eingedrücktem Mittelgesicht und nach unten gerichtetem seitlichem Augenwinkel und Augenlidern. (B) Eine dreidimensionale (3D) Rendering-Röntgenaufnahme des Gesichtsskeletts. (C) Ein maßgeschneidertes 3D-gedrucktes Jochbeinimplantat. (D) Gesichtsfotos vor und 12 Monate nach der Operation. Das Volumen des Augenhöhlen- und Jochbeinbereichs nahm zu. Der Patient hat nach einer einfachen Operation ein normales Gesicht; (E, F) Gesichtsausdruck eines 9-jährigen Jungen mit Treacher-Collins-Syndrom. (G) Unterentwickeltes Jochbein und Augenhöhlenknochen. (H, I) In Anbetracht des Wachstums wurden nur drei von sechs Löchern zur Befestigung des Jochbeinimplantats genutzt. Die anderen verbleibenden drei Löcher wurden für die zweite Operation verwendet. (J) Es wurde ein 3D-gedrucktes Titan-Zygom hergestellt. (K, L) Gesichtsfotos, die 3 Monate nach der Operation aufgenommen wurden, zeigen, dass das Volumen des Jochbeins und des Augenhöhlenbereichs zugenommen hat.

Ein 24-jähriger Mann (Nr. 8) mit Crouzon-Syndrom stellte sich mit orbitaler Dystopie, Exophthalmus und Malardepression vor. Er hatte sich bereits einer Zweikieferoperation unterzogen; Er wünschte sich jedoch eine stärker hervortretende Jochbeinstütze und ein natürliches Mittelgesicht. Um dies zu korrigieren, wurde eine Zygoma-Augmentation mit einem Jochbeinimplantat durchgeführt. Eine weitere 24-jährige Frau (Nr. 9) hatte eine Fehlstellung des rechten Jochbeins, das im Vergleich zur Gegenseite deprimiert war. Sie unterzog sich in einer örtlichen Klinik einer bilateralen Malarplastik. Der Jochbeindefekt wurde mit einem Titanimplantat rekonstruiert.

Bei einem 20-jährigen Mann (Nr. 10) kam es nach einem Verkehrsunfall zu posttraumatischen Komplikationen. Der Patient unterzog sich einer offenen Reposition und internen Fixation wegen Mittelgesichtsfrakturen; Als Nachwirkung blieb jedoch eine Depression im Mittelgesicht, insbesondere im Jochbeinbereich, bestehen. Daher wurde eine Jochbeinvergrößerung mit einem Titanimplantat durchgeführt.

Bei einem 25-jährigen Mann (Nr. 11) mit hemifazialer Makrosomie wurde eine Pruzanksky-Unterkieferdeformität Typ I diagnostiziert. Der Patient hatte keine Hörprobleme. Der Patient hatte jedoch eine leichte Hypoplasie des rechten Ramus und eine Abflachung des Kondylus und der Glenoidgrube. Der Unterkiefer war retrusiv und es gab eine große Diskrepanz im Knochenvolumen zwischen dem linken und dem rechten Unterkieferwinkel. Da der Patient eine begleitende Skelettfehlstellung aufwies, wurde mittels orthognathischer Chirurgie eine einseitige Unterkieferwinkelvergrößerung mit einem 3D-gedruckten Titanimplantat durchgeführt. Ein 36-jähriger Mann (Nr. 12), der sich in einer örtlichen Klinik einer Resektion beider Unterkieferwinkel unterzog, hatte eine Gesichtsasymmetrie. Der linke Unterkieferwinkel wurde im Vergleich zur gegenüberliegenden Seite überreseziert. Die linksseitige Winkelrekonstruktion wurde mit einem Titanimplantat durchgeführt. Ein weiterer 31-jähriger Mann unterzog sich in einer örtlichen Klinik einer Genioplastik, da er die Kieferlänge wiederherstellen wollte. Es wurde eine Kinnvergrößerung mit zweiteiligen Titan-Kinnimplantaten durchgeführt (Abb. 4A–D).

Chirurgie wiederherstellen. (A) Ein 31-jähriger männlicher Patient wurde in einer örtlichen Klinik einer Genioplastik unterzogen. Er wollte die Länge des Kiefers wiederherstellen. (B) Computergestützter Entwurf eines Kinnimplantats und einer Anleitung. (C) Es wurde eine Kinnvergrößerung mit zweiteiligen Kinnimplantaten aus Titan durchgeführt. (D) Drei Monate nach der Operation war der Patient mit der Kinnlänge zufrieden. (E, F) Eine 21-jährige Frau wünschte sich eine Wiederherstellung ihres Ober- und Unterkiefers wie vor der orthognathen Operation. Wir planten eine Abwärtsbewegung von 5,31 mm bei Nr. 16 (oberer rechter erster Molar), 4,69 mm bei Nr. 26 (oberer linker erster Molar) und 3,5 mm bei Nr. 11 (oberer rechter mittlerer Schneidezahn) und Nr. 21 (oberer linker mittlerer Schneidezahn). ). Dreidimensional (3D) gedruckte Titanplatten, die den Oberkiefer anhoben und fixierten, wurden entwickelt, um ein Kollabieren des Oberkiefers zu verhindern und die Blockknochen zu stützen. (G) Der Block war gut fixiert und von 3D-gedruckten Titanplatten umgeben.

Eine 21-jährige Frau (Nr. 14) unterzog sich in einer örtlichen Klinik einer Doppelkieferoperation und beklagte sich darüber, dass ihre Zähne nicht sichtbar seien und dass ihr Unterkiefer nach der Operation zu zurückgezogen sei. Sie wollte, dass ihr Ober- und Unterkiefer vor der Operation wiederhergestellt werden. Wir planten eine Abwärtsbewegung von 5,31 mm bei Nr. 16 (oberer rechter erster Molar), 4,69 mm bei Nr. 26 (oberer linker erster Molar) und 3,5 mm bei Nr. 11 und Nr. 21 (obere Schneidezähne). Die 3D-gedruckten Titanplatten, die den Oberkiefer anhoben und fixierten, wurden entwickelt, um ein Kollabieren des Oberkiefers zu verhindern und den Knochenblock zu stützen (Abb. 4E–G).

DVT-Bilder (3D eXam, KaVo Dental GmbH, Biberach, Deutschland) wurden präoperativ angefertigt. CBCT-Daten der maxillofazialen Regionen wurden mit einer Voxelgröße von 0,4 mm und 512 × 512 Matrizen unter Verwendung von 120 kVp (Spannung), 11 mA (Strom), 17,8 s Scanzeit und einem 12-Zoll-Detektorfeld erhalten. Patientendaten wurden im DICOM-Format gespeichert. Zusätzlich wurde das Gebiss mit einem Intraoralscanner mit Leuchtdiode (I-500, Medit Corp., Seoul, Korea) gescannt. DVT- und gescannte Daten wurden mithilfe des Mimics-Programms (Materialise Co., Leuven, Belgien) in 3D-Knochenbilder rekonstruiert. Nach der Kombination der CBCT- und Okklusionsscandaten wurde der Dentoskelettkomplex so ausgerichtet, dass die Frankfurter Horizontalebene bei zentrischer Okklusion parallel zur Okklusionsebene verlief. Anschließend wurde mithilfe der 3-Matics-Software (Materialise Co, Leuven, Belgien) ein virtuelles Titanimplantat zur Verbesserung der Asymmetrie entwickelt. Im Falle eines künstlichen Abutments oder eines weiblichen Zahnimplantats wurden die virtuelle Zahnposition und -winkelung so ausgerichtet, dass die Zahnachse in Richtung der zentralen Fossa des gegenüberliegenden Zahns zeigte. Die endgültigen virtuellen Modelle wurden als stereolithografische Dateien exportiert.

Es wurde eine 3D-Druckmethode mit EBM (Odyssey, Seoul, Korea) oder SLM (Cusmedi Co., Ltd, Gyeonggi-do, Korea) übernommen. Das Druckrohmaterial war ein Ti-6Al-4 V-ELI-Pulver medizinischer Qualität (Arcam A1, Arcam, Molndal, Schweden). Im EBM-System wurde der fokussierte Elektronenstrahl im Raster über jede aufeinanderfolgende Pulverschicht geführt, die durch Schwerkraft aus Pulverbehältern zugeführt und in aufeinanderfolgende Schichten von etwa 50 mm Dicke geharkt wurde. Nach Fertigstellung der einzelnen Schichten wurden die Bauteile auf den Bautisch abgesenkt. Jede neu geharkte Pulverschicht wurde zunächst nach etwa 11 Durchgängen mit einem Strahlstrom von etwa 35 mA vom Strahl rasterabgetastet, um jede Schicht auf etwa 60 °C vorzuheizen. Dieser vorgeheizten Schicht folgte üblicherweise ein Strahlstrom von 4 mA. Der Schmelzscan wurde von einem 3D-CAD-Programm gesteuert, das nur ausgewählte Bereiche der Schicht schmolz, um dem Aufbau Metall hinzuzufügen. Im SLM-System war das zu druckende Titanpulver Ti-6Al-4 V-Legierungspulver (M2, Concept Laser, Lichtenfels, Deutschland). Dünne Schichten fein zerstäubten Titanpulvers wurden durch selektives Laserschmelzen mithilfe eines Beschichtungsmechanismus gleichmäßig auf einer Substratplatte verteilt. Dies geschieht in einer Kammer, die eine streng kontrollierte Atmosphäre aus Inertgas, entweder Argon oder Stickstoff, mit einem Sauerstoffgehalt unter 500 ppm enthält. Sobald jede Schicht verteilt wurde, wird jede zweidimensionale Scheibe der Teilegeometrie durch selektives Schmelzen des Pulvers verschmolzen. Dies wird mit einem Hochleistungslaserstrahl erreicht, normalerweise einem Ytterbium-Faserlaser mit Hunderten von Watt. Die Laserenergie war ausreichend intensiv, um das vollständige Verschweißen der Partikel zu einem festen Metall zu ermöglichen. Der Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das Teil fertig ist.

Bei zwei Patienten wurden Implantate im Fräsverfahren hergestellt (Nr. 15, 16). Diese Patienten wünschten sich nach einer übermäßigen Unterkieferreduktion erneut eine Verstärkungsoperation. Bei einem Patienten wurde die Augmentation nur im Kinnbereich durchgeführt; Bei dem anderen Patienten wurde eine Augmentation am Kinn, am Körper und im Winkelbereich durchgeführt.

Alle Proben wurden 15 Minuten lang in einem Ultraschallreiniger mit wasserfreiem Ethanol gereinigt. Dies lag daran, dass die Oberfläche noch Metallpartikel enthielt. Vor der Operation wurde die Prothese nach Routineverfahren in einem medizinischen Autoklaven bei 134 °C für mehr als 3 Minuten sterilisiert.

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Diese Arbeit wurde durch einen Zuschuss des Korea Health Technology R&D Project, des Korea Health Industry Development Institute (KHIDI) und des Ministeriums für Gesundheit und Soziales der Republik Korea finanziert (Zuschussnummer: HI18C1224).

Diese Autoren trugen gleichermaßen bei: Ho-Kyung Lim, Young-Jun Choi, In-Seok Song und Ui-Lyong Lee.

Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Korea University Guro Hospital, Seoul, Republik Korea

Ho Kyung Lim

Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Chung-Ang University College of Medicine, Seoul, Republik Korea

Young-Jun Choi

Abteilung für Kieferorthopädie, Dental Center, Chung-Ang University Hospital, Seoul, Republik Korea

Won-Cheul Choi

Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Anam Hospital der Korea University, Seoul, Republik Korea

In-Seok-Lied

Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Dental Center, Chung-Ang University Hospital, Seoul, Republik Korea

Ui-Lyong Lee

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HKL beteiligte sich an der Datenerhebung und verfasste das Manuskript. HKL, YJC, WCC, ISS und ULL waren am Studiendesign und der Interpretation der Daten für die Arbeit beteiligt. ISS und ULL beteiligten sich am Studiendesign, an der Akquise, an der Analyse und am Entwurf des Manuskripts. ÖRK überarbeitete das Werk hinsichtlich wichtiger intellektueller Inhalte. Alle Autoren haben die endgültige Fassung dieses Manuskripts gelesen und genehmigt. Alle Autoren stimmen darin überein, alle Aspekte der Arbeit sicherzustellen, um sicherzustellen, dass Fragen im Zusammenhang mit der Genauigkeit oder Integrität eines Teils der Arbeit angemessen untersucht und gelöst werden.

Korrespondenz mit In-Seok Song oder Ui-Lyong Lee.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Lim, HK., Choi, YJ., Choi, WC. et al. Rekonstruktion von Knochendefekten im Kiefer- und Gesichtsbereich mit patientenspezifischen, langlebigen Titanimplantaten. Sci Rep 12, 7538 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11200-0

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Eingegangen: 27. Oktober 2021

Angenommen: 13. April 2022

Veröffentlicht: 09. Mai 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11200-0

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