Nach einer schweren Verletzung, erheblichem Knochenverlust oder mehreren vorangegangenen Operationen kann sich die Anatomie so stark verändern, dass standardmäßige Serienkonstruktionen keine optimale Lösung der rekonstruktiven Aufgabe ermöglichen.
In solchen Fällen ermöglichen moderne CT-Bildgebung, digitale 3D-Planung und additive Fertigungstechnologien die Konstruktion eines individuellen Implantats entsprechend der Anatomie des jeweiligen Patienten.
Wann eine Standardlösung nicht ausreichen kann
Die meisten orthopädischen Operationen werden erfolgreich mit Serienimplantaten in Standardgrößen durchgeführt.
Es gibt jedoch klinische Situationen, in denen der Chirurg es nicht mit einer Standardanatomie zu tun hat.
Ursache können sein:
- ein erheblicher posttraumatischer Knochendefekt
- Knochenverlust nach einer Infektion
- Folgen einer mehrstufigen chirurgischen Behandlung
- eine ausgeprägte posttraumatische Deformität
- veränderte Anatomie nach vorangegangenen Operationen
- ein komplexer gelenknaher Defekt
- die Notwendigkeit, einen fehlenden Knochenabschnitt zu ersetzen
- eine Situation, in der eine Standardkonstruktion nicht der Geometrie des konkreten Defekts entspricht
In solchen Fällen kann eine mögliche Lösung darin bestehen, eine Konstruktion für den konkreten Patienten zu entwerfen, statt den Patienten an ein vorhandenes Standardimplantat anzupassen.
Was ist ein individuelles 3D-Implantat
Das ist ein Implantat, dessen Geometrie entsprechend der Anatomie und der konkreten rekonstruktiven Aufgabe eines einzelnen Patienten entworfen wird.
Grundlage seiner Erstellung ist die Computertomographie.
Auf Basis der CT wird ein digitales dreidimensionales Knochenmodell erstellt. Es ermöglicht eine detaillierte Beurteilung des Defekts, der räumlichen Geometrie und der gegenseitigen Position der anatomischen Strukturen.
Danach kann die künftige Rekonstruktion geplant und Form und Parameter der notwendigen Konstruktion bestimmt werden.
Wir erstellen also zunächst ein digitales Modell der künftigen Rekonstruktion — und erst danach das Implantat zu ihrer Umsetzung.
01 — Computertomographie
Es wird eine CT des notwendigen Segments nach einem entsprechenden Protokoll durchgeführt.
Die Qualität der Ausgangsdaten ist von grundlegender Bedeutung, da sie die Basis der weiteren digitalen Modellierung bilden.
02 — 3D-Rekonstruktion
Auf Basis der CT wird ein digitales Knochenmodell erstellt.
Es ermöglicht, den Defekt dreidimensional zu betrachten und seine Geometrie deutlich detaillierter zu beurteilen als auf einer gewöhnlichen Röntgenaufnahme.
03 — Digitale Planung
Es wird festgelegt, welche Anatomie wiederhergestellt werden muss, die Position der künftigen Konstruktion, ihre Interaktion mit dem Restknochen und mögliche Fixationsvarianten.
In entsprechenden Fällen kann die Anatomie der gesunden gegenüberliegenden Extremität als Orientierung für die Rekonstruktion genutzt werden.
04 — Implantatentwurf
Auf Basis des chirurgischen Plans wird ein digitales Modell des individuellen Implantats erstellt.
In dieser Phase verbinden sich chirurgischer und ingenieurtechnischer Teil des Prozesses tatsächlich miteinander.
05 — Herstellung
Nach endgültiger Abstimmung wird die Konstruktion mittels entsprechender additiver Fertigungstechnologie aus einem für die medizinische Anwendung vorgesehenen Material hergestellt.
06 — Operation
Das Implantat wird als Teil der zuvor geplanten Rekonstruktion eingesetzt.
Die Operation beginnt also nicht erst im Operationssaal — ein erheblicher Teil der komplexen Rekonstruktion wird bereits vor dem chirurgischen Eingriff geplant.
Was individuelle Planung ermöglicht
Der Hauptvorteil einer personalisierten Konstruktion liegt nicht allein in der Tatsache des 3D-Drucks.
Ihre Aufgabe ist es, ein konkretes anatomisches Problem zu lösen.
Je nach klinischer Situation kann eine individuelle Lösung ermöglichen:
- die komplexe Geometrie eines fehlenden Fragments nachzubilden
- die Konstruktion an den Restknochen anzupassen
- die notwendige Implantatposition im Voraus zu planen
- Länge und anatomische Verhältnisse wiederherzustellen
- mögliche Fixationspunkte im Voraus zu bestimmen
- eine Rekonstruktion zu realisieren, für die ein Standardimplantat nicht ausreicht
Die 3D-Technologie ist kein Behandlungsziel. Ihr Wert liegt in der Möglichkeit, den rekonstruktiven Plan des konkreten Patienten umzusetzen.
Ein individuelles Implantat ist nicht immer der erste Schritt
Bei komplexen posttraumatischen Defekten lässt sich die endgültige Rekonstruktion nicht immer sofort durchführen.
Liegen Infektion, nicht lebensfähiges Gewebe, Instabilität oder andere Probleme vor, kann zunächst ein vorbereitender Behandlungsschritt notwendig sein.
Die Gesamtstrategie kann folgendermaßen aussehen:
Entfernung nicht lebensfähigen oder infizierten Gewebes ↓ Kontrolle der lokalen Situation ↓ temporäre Stabilisierung oder Defektersatz ↓ CT und digitale Planung der endgültigen Rekonstruktion ↓ Herstellung des individuellen Implantats ↓ endgültige Rekonstruktion
Das individuelle Implantat sollte deshalb als Teil der gesamten rekonstruktiven Strategie betrachtet werden, nicht als eigenständiges technologisches Produkt.
Warum manchmal die gesunde Extremität genutzt wird
Bei einem komplexen einseitigen Defekt kann ein Teil der normalen Anatomie vollständig verloren sein.
In solchen Situationen kann die CT der gesunden gegenüberliegenden Extremität zur Erstellung ihres gespiegelten digitalen Modells genutzt werden.
Das ermöglicht eine Orientierung darüber, wie die ursprüngliche Anatomie des geschädigten Segments vor der Verletzung ausgesehen haben könnte.
Danach wird das Modell an die konkrete rekonstruktive Aufgabe angepasst.
Faktisch kann die gesunde Seite so zur anatomischen Vorlage für die digitale Wiederherstellung der geschädigten werden.
Chirurg + Ingenieur + digitale Planung
Die Erstellung eines individuellen Implantats ist ein Teamprozess.
Der Ingenieur kann eine komplexe Konstruktion entwerfen, doch der Chirurg legt fest:
- was wiederhergestellt werden muss
- wie die endgültige Anatomie aussehen soll
- wo das Implantat platziert werden kann
- wie es implantiert wird
- wie die Fixation gewährleistet werden soll
- wie sich die Konstruktion in den Gesamtoperationsplan einfügt
Deshalb erfolgt die digitale Konstruktion in Zusammenarbeit zwischen klinischer und ingenieurtechnischer Planung.
Zuerst die rekonstruktive Aufgabe — dann die Technologie
Wir beginnen nicht mit der Frage „kann ein 3D-Implantat gedruckt werden?“.
Zunächst legen wir fest, was genau wiederhergestellt werden muss und ob eine individuelle Konstruktion gegenüber Standardmethoden tatsächlich einen Vorteil bietet.
Wir planen die Operation in einer digitalen Umgebung
Das 3D-Modell ermöglicht es, die komplexe Anatomie und einen Teil der künftigen Rekonstruktion bereits vor dem Operationssaal zu beurteilen.
Wir verbinden Chirurgie und Ingenieurwesen
Die individuelle Konstruktion entsteht nicht getrennt von der Operation, sondern entsprechend dem konkreten chirurgischen Plan.
Wir betrachten den gesamten Behandlungsweg
Ist eine mehrstufige Rekonstruktion notwendig, sollte jeder Schritt die Voraussetzungen für den nächsten schaffen.
Wir setzen 3D-Druck nicht ein, wo eine Standardlösung ausreicht
Eine individuelle Technologie ist gerechtfertigt, wenn sie hilft, eine Aufgabe zu lösen, die mit Standardmitteln schwer oder nicht optimal lösbar ist.
Individuelle 3D-Rekonstruktion eines erheblichen posttraumatischen Defekts des Schienbeins
Bei komplexen posttraumatischen Fällen ermöglicht die individuelle 3D-Planung den Übergang von der Defektbeurteilung zur Erstellung einer personalisierten Konstruktion und zur Umsetzung einer im Voraus geplanten Rekonstruktion.
Auf der Website wird ein realer klinischer Fall der Rekonstruktion eines erheblichen Schienbeindefekts mittels individuellem 3D-Implantat mit dem langfristigen funktionellen Ergebnis vorgestellt.
Kann für jeden Defekt ein 3D-Implantat hergestellt werden?
Die technische Möglichkeit, eine individuelle Konstruktion zu erstellen, bedeutet noch nicht, dass sie die beste Behandlungsmethode sein wird.
Zunächst müssen Defekt, Knochen- und Weichteilzustand, das Vorliegen einer Infektion und mögliche Standardrekonstruktionsvarianten beurteilt werden.
Wodurch unterscheidet sich ein individuelles Implantat von einem Standardimplantat?
Ein Standardimplantat wird serienmäßig in einem festgelegten Satz von Formen und Größen hergestellt.
Eine individuelle Konstruktion wird für die konkrete Anatomie und die konkrete rekonstruktive Aufgabe eines einzelnen Patienten entworfen.
Aus welchem Material werden solche Implantate hergestellt?
Das Material hängt von der Art der Konstruktion und ihrem Verwendungszweck ab. Für individuelle orthopädische Implantate können biokompatible Metallwerkstoffe, insbesondere Titanlegierungen, eingesetzt werden.
Das konkrete Material wird während der Konstruktions- und Fertigungsphase festgelegt.
Wozu ist die CT notwendig?
Die CT ist die Grundlage für die Erstellung eines präzisen dreidimensionalen Knochenmodells.
Die gewöhnliche Röntgenaufnahme bleibt für die Beurteilung der Extremität wichtig, doch für die personalisierte 3D-Konstruktion sind räumlich präzise digitale Anatomiedaten erforderlich.
Warum ist manchmal eine CT beider Extremitäten notwendig?
Ist der Defekt einseitig und ein Teil der normalen Anatomie verloren, kann die gesunde gegenüberliegende Seite als Orientierung dienen.
Ihr digitales Modell wird gespiegelt und hilft, die fehlende Anatomie zu rekonstruieren.
Wie lange dauert die Herstellung eines individuellen Implantats?
Das ist kein fertiges Produkt aus dem Lager.
Notwendig sind CT, Erstellung eines 3D-Modells, Erarbeitung des chirurgischen Plans, Konstruktion, Abstimmung und Fertigung.
Die Dauer hängt von der Komplexität des Falls und dem Fertigungsprozess ab und wird individuell festgelegt.
Kann ein individuelles Implantat direkt nach der Verletzung eingesetzt werden?
Nicht immer.
Bei einer schweren Verletzung können zunächst Stabilisierung, Entfernung nicht lebensfähigen Gewebes, Weichteilwiederherstellung und Infektionskontrolle Priorität haben.
Die endgültige individuelle Rekonstruktion erfolgt, wenn die entsprechenden Voraussetzungen dafür geschaffen sind.
Kann ein 3D-Implantat einen großen fehlenden Knochenabschnitt ersetzen?
In bestimmten klinischen Situationen können individuelle Konstruktionen Teil der Rekonstruktion erheblicher Knochendefekte sein.
Die Möglichkeit einer solchen Behandlung wird nach Beurteilung des konkreten Defekts und der gesamten Extremität festgelegt.
Ist das besser als Knochentransplantation?
Nicht zwangsläufig.
Das sind unterschiedliche rekonstruktive Instrumente mit unterschiedlichen Indikationen. In einem Teil der Fälle ist die biologische Rekonstruktion optimal, in anderen die individuelle Konstruktion oder eine Kombination von Methoden.
Was tun, wenn mir gesagt wurde, dass es kein Standardimplantat für meinen Fall gibt?
Das Fehlen eines passenden Standardimplantats bedeutet noch nicht automatisch, dass eine 3D-Konstruktion notwendig ist.
In einer komplexen Situation ist es sinnvoll, CT, vorangegangene Operationen und mögliche rekonstruktive Varianten zu beurteilen — unter anderem durch eine Zweitmeinung zur weiteren Behandlungstaktik.
Reicht eine Standardlösung nicht aus?
Wurde Ihnen nach einer Verletzung, einem Knochenverlust oder mehreren vorangegangenen Operationen mitgeteilt, dass eine Standardkonstruktion das Problem nicht löst, können die Möglichkeiten einer individuellen Rekonstruktion beurteilt werden.
Während der Beratung analysieren wir die Untersuchungsergebnisse und die bisherige Behandlung und bestimmen, ob eine individuelle 3D-Lösung in Ihrer klinischen Situation Vorteile bietet.
Ein individuelles Implantat ist kein Behandlungsziel. Das Ziel ist es, einen Rekonstruktionsweg zu finden, der der konkreten Anatomie und der funktionellen Aufgabe möglichst genau entspricht.