Implantate passgenau wie Maßanzüge

Maschinenbauer der Hochschule für Technik Wirtschaft und Kultur (HTWK) und Mediziner der Universität Leipzig modellieren maßgeschneiderte Knochenersatzstrukturen für die plastische Chirurgie.

Formstücke für die Automobilindustrie wären das Normalste von der Welt für den Maschinenbau-Professor Fritz Peter Schulze von der HTWK Leipzig. Dass er jedoch mit dem Verfahren Rapid Prototyping Modelle von Knochenersatzimplantaten für das Universitätsklinikum Leipzig fertigen wird, war auch für ihn und seinen Kollegen Prof.-Dr. Ing. Eckhard Scholz eine neue Erfahrung. Maßgeschneiderte Implantate mit hoher Passgenauigkeit, hergestellt in enger Zusammenarbeit von Technikern und Medizinern, ermöglichen beste Wiederherstellungsergebnisse in der plastischen Chirurgie. Die Präzision, die mittels eines Rapid-Prototyping-Modells erzielt werden kann, ist sehr hoch. „Wir hatten 1,5 Millimeter Abweichung erwartet und am Ende lagen wir weit darunter“, sagt PD Dr. Thomas Hierl, Oberarzt der Leipziger Uniklinik für Mund-Kiefer- und plastische Gesichtschirurgie. In der plastischen Chirurgie sind das schon Spitzenwerte.

Sie werden durch eine Maschine ermöglicht, die auf Zehntelmillimeter genau arbeitet – in eben jenem Verfahren, das sich fused deposition modeling nennt. Bei 100 bis 200 Grad Celsius entstehen Teile, die vorher dreidimensional am Computer konstruiert werden. Hightechdüsen, die ähnlich wie Schmelzklebepistolen funktionieren, spritzen auf der Grundlage von CAM-Steuerbefehlen Schicht um Schicht einen speziellen Kunststoff auf, bis ein Plastikmodell des Gesichtsbereiches entstanden ist, in dem die Fehlbildung bzw. die Verletzung ursprünglich auftrat. Das Kunststoffmodell wiederum ist die Basis für das maßgeschneiderte Implantat aus Titan.

Die Maße dafür nimmt sozusagen ein Computertomograph. Er bildet die knöchernen Strukturen des Gesichts des Patienten ab, die die Techniker in die CAM-Steuerbefehle umsetzen, so dass das gespritzte Modell 1:1 dem Original entspricht. Das daran orientierte Titan-Implantat kann dann angeborene Fehlbildungen ausgleichen oder durch Unfälle und Tumoroperationen entstandene Verletzungen beheben. Ein 21-jähriger junger Mann mit angeborener Fehlbildung bekam so z. B. ein solch individuelles Implantat eingesetzt, das die Wangenknochen ergänzte. Er war begeistert. Den Eingriff selbst empfand er als wenig belastend.

Neben den Wangenknochen ist in der Zusammenarbeit zwischen HTWK Leipzig und Universitätsklinikum auch schon eine Schädeldecke entstanden. Die Zusammenarbeit soll ausgebaut werden, so dass weitere maßgeschneiderte Implantate entstehen. „Die Modellierung von Implantaten für den Gesichtsbereich stellt eine besonders große Herausforderung für uns dar, weil sowohl die ästhetischen Wünsche des Patienten als auch die geometrischen Anforderungen und die Vorgaben des Chirurgen berücksichtigt werden müssen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Fritz Peter Schulze.

Im Ergebnis kommt es durch die Nutzung der Maschinenbau-Technologie zur erheblichen Entlastung der Patienten. „Eine Korrektur sowie der Ersatz von Schädelknochen wurden in der Vergangenheit nur unbefriedigend gelöst. Implantatteile wurden industriell vorgefertigt und standen quasi als Konfektionsmodelle dem Chirurgen zur Verfügung. Vom Geschick des Operateurs hing es dann ab, das passende Stück auszuwählen, in Handarbeit anzupassen und so zu implantieren, dass das Ergebnis den Vorstellungen des Chirurgen und des Patienten möglichst nahe kam“, beschreibt Dr. Hierl das gängige Verfahren. Mit den neuen Knochenersatzstrukturen, die entstanden sind auf der Basis der partnerschaftlichen Zusammenarbeit von Medizinern, Ingenieuren und Technikern, können Ergebnisse erreicht werden, die dem natürlichen Aussehen des Patienten wesentlich genauer entsprechen als das vorher möglich war.

Cindy Heinkel
Dr. Bärbel Adams

weitere Informationen:
PD Dr. Dr. Thomas Hierl
Telefon: 0341 97-21100 oder -21160
E-Mail: hiet@medizin.uni-leipzig.de
www.uni-leipzig.de/~mkg

Prof. Dr.-Ing. Peter Schulze
Telefon: 0341/3076-4142
E-Mail: pschulze@me.htwk-leipzig.de