3D nyomtatás és csontcement alapú cranioplastica mérése mechanikai szempontból

A cranioplastica egy olyan sebészi eljárás, amely során helyreállítják a koponyán keletkezett defektust. A modern orvostudományt a beteg specifikus eljárások térhódítása jellemzi, ennek egyik formája a 3D nyomtatók alkalmazása. Az általunk alkalmazott módszer során ezt a technológiát használjuk a geometriailag megfelelő pótlások elkészítéséhez. Kutatásunk alapgondolata, hogy az implantátumok beültetés után azonos mechanikai hatásoknak vannak kitéve, mint az ép koponya, így ezeknek az implantátumoknak nemcsak esztétikai és biokompatibilitási, hanem teherbírási szempontból is meg kell felelniük. Vizsgálatunk ennek mérését tűzte ki célul. 10 macerált calvarian dolgoztunk. Elméletünk alapja, hogy a koponyák szimmetrikusak. Ebből kifolyólag, ha az egyik oldalon készítünk egy defektust, és a másik oldal tükrözésével előállítunk egy pótlást, akkor a két oldalt külön-külön mechanikai hatásnak kitéve mérni tudjuk az ép és a pótolt koponya felek teherbíró képességét, ezek alapján pedig összehasonlíthatjuk az azonos koponyák ép és pótolt felének adatait. A vizsgálat során a nyomtatáshoz MED 610 fényre keményedő műgyantát, az öntőforma elkészítéséhez RTV 245 kétkomponensű szilikont használtunk, a végleges pótláshoz pedig polimetil-metakrilát (PMMA) alapú Cemfix 3 csontcementet. Első lépésként létrehoztuk a defektusokat, majd CT felvételt készítettünk, amik alapján erre a célra tervezett számítógépes szoftverrel (Mimics Innovation Suite) megalkottuk a koponyák 3D modelljét, majd megszerkesztettük a pótlást. A pótlások nyomtatása után a szilikon öntőformákat gyártottuk le, amelyekbe később csontcementet öntve elkészültek a végleges implantátumok. A mechanikai teherbírás vizsgálatokat egy Instron 8874 típusú biomechanikai anyagvizsgáló berendezéssel végeztük el. A tönkremenetelhez szükséges erők a koponyák különbözősége miatt elég nagy változatosságot mutattak mind a pótlással rendelkező, mind a pótlás nélküli modelleken. Pótlással átlagban 1585,6 N-t 57,5%- os szórással; pótlás nélkül 2785,7 N-t kaptunk 69,35%-os szórás mellett. Ezek alapján a pótolt és ép koponyák teherbírásának aránya 2,97-nek adódott. A vastagságot is figyelembe véve ez az érték 2,64-re módosult, a szórás csökkenése mellett. A törés gyakorlatilag minden esetben a pótláson következett be. A pótlással történt mérés során az átlagos teherbírás több mint 150 kg-nak, a legkisebb érték 38,58 kgnyi behatásnak felel meg, amely a mindennapi tevékenység során a koponyát érő terheléseknél kevesebb. Az eredmények alapján jelentős erőbehatás esetén a pótlások törése megakadályozza a koponya törését, amely jóval veszélyesebb sérüléssel járna.