gms | German Medical Science

Fragestellung: Mögliche Ansätze, die zur Verbesserung von Implantaten mit klinisch bekannten, hohen Versagensquoten verwendet werden können, sind simulationsgestützte Optimierungen und patientenindividuelle Herstellung. In der vorgestellten biomechanischen Studie wurden beide Konzepte kombiniert und patientenindividuelle, topologieoptimierte (TO-)Osteosyntheseplatten für die Rekonstruktion großer Mandibuladefekte (z.B. durch maligne Tumore) mittels autologer Fibulatransplantate erstellt. Anschließend wurde deren Stabilität mit dem klinischen Standard, sog. Miniplatten (MP), unter statischer Last verglichen.

Methodik: Entsprechend der präoperativen Planung auf Basis von CT-Daten von 6 humanen, ex-vivo Mandibula-Fibula-Paaren (70±6 Jahre) wurden mittels Sägeschablonen standardisierte Knochendefekte gesetzt und die Fibulae vorbereitet. Pro Implantatart (MP und TO) wurden dabei jeweils 3 Mandibula-Rekonstruktionen für die Prüfung erstellt. Die mit einem Verformungsalgorithmus optimierten TO-Plattenmodelle wurden in der Planung patientenindividuell angepasst und aus Titanlegierung TiAl6V4 3D-gedruckt. Die Prüfung erfolgte in einem mehrachsigen Prüfstand (Abbildung 1 [Abb. 1]) unter Applikation einer Kraftrampe mit unterschiedlichen Steigungen an den Kieferseiten, um die intraoperative Resektion der ipsilateralen Muskulatur zu berücksichtigen (Reduktion um 30%). Die auftretenden Kräfte wurden durch über Seilzüge gekoppelte Kraftmessdosen dokumentiert. Die Verschiebung wurde orthogonal zur Kaufläche mit einem linearen Wegaufnehmer an der Kontaktfläche der Fibulasegmente ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Steifigkeit der Rekonstruktion betrug unter Verwendung der MP 181±33 N/mm und lag bei Versorgung mit den TO-Platten bei 151±16 N/mm. Für die Auswertung der Steifigkeit wurde der linear-elastische Verformungsbereich bestimmt, der sich bei der Gruppe der MP bis 287±57 N und bei den TO-Implantaten bis 276±125 N erstreckte. Ein Versagen der Konstruktionen trat durchschnittlich bei 413±115 N (MP) und 400±217 N (TO-Platten) auf.

Beide Versorgungsarten zeigen gleichwertige Ergebnisse in der statischen Prüfung. Für die Primärstabilität der TO-Implantate ergibt sich somit eine gute Vergleichbarkeit mit den standardmäßig verwendeten MP. Für eine dynamische Belastung ist allerdings davon auszugehen, dass die TO-Platten eine wesentlich höhere Stabilität aufweisen, da sie das Drehzentrum im Frakturspalt mit einer größeren Fläche abdecken. Die Untersuchung dieser Hypothese läuft aktuell. Sollte sich eine deutliche Verbesserung der Langzeitstabilität für die TO-Implantate unter dynamischer Last bestätigen, sollte das Konzept trotz Mehrkosten auf andere Implantate für derzeit kritische Versorgungsindikationen übertragen werden.