Ortopedi Cerrahisinde Üç Boyutlu Basılı Özel İmplantlar

Summary

Bu protokol, ortopedi cerrahisinde özel 3D baskılı implantların tasarlanması ve uygulanması için klinik ve teknik iş akışını özetlemekte, standart implantların yetersiz olduğu karmaşık kemik kaybı veya deformiteleri olan hastalar için kişiselleştirilmiş cerrahi çözümler sunmayı amaçlamaktadır.

Abstract

Bu protokolün amacı, özellikle standart implantların yetersiz olduğu karmaşık kemik kaybı veya deformite durumunda, ortopedi cerrahisinde özel üç boyutlu (3D) baskılı implantların kullanımının klinik ve teknik iş akışını özetlemektir. 3D baskı geniş tıbbi uygulamalar kazanmış olsa da, ortopedideki rolü özellikle geleneksel cerrahi çözümleri olmayan patolojileri olan hastalar için dönüştürücüdür. Bu el yazması, ilk hasta değerlendirmesi ve karar verme süreçlerinden implant tasarımı, üretimi ve cerrahi implantasyona kadar adım adım süreci detaylandırmaktadır. Önemli hususlar arasında hasta seçimi, net beklentiler belirlemek ve optimal implant uyumu ve işlevselliğini sağlamak için biyomedikal mühendislerle iş birliği tasarımı yer alır. Protokol, yüksek çözünürlüklü BT görüntülemenin, hassas bilgisayar destekli tasarımın (CAD) ve metal implantlar için toz yatak füzyonu gibi gelişmiş üretim tekniklerinin kritik rolünü vurguluyor. Isı işlemi, elektrik deşarjı işleme ve yüzey kaplama gibi işlemler sonrası adımlar da tartışılarak implant üretiminde kalite güvencesini vurgulamaktadır. Umut vadeden erken sonuçlar ve iyileşme potansiyeline rağmen, 3D baskılı implantların kullanımı yüksek başlangıç maliyetleri, uzun vadeli sonuç verilerinin eksikliği ve her vakanın bireyselleştirilmiş yapısı nedeniyle sınırlı kalmaktadır. Buna rağmen, uygulamaları özelleştirme, cerrahi planlama ve fonksiyonel restorasyonda önemli avantajlar sunar ve sürekli araştırma ve iyileştirme ihtiyacını vurgular. Bu protokol, 3D baskılı özel implantların ortopedi uygulamalarına entegre edilmesini düşünen klinisyenlere rehber olarak hizmet veriyor ve karmaşık rekonstrüksiyon ihtiyaçları olan hastalar için tedavi olanaklarını genişletmeyi hedefliyor.

Introduction

Üç boyutlu (3D) baskı, hastaya özel aletler, özel implantlar ve cerrahi planlama için ameliyat öncesi anatomik modellerin oluşturulmasını mümkün kılarak ortopedi cerrahisinde devrim yaratmıştır. Bu teknoloji, hızlı prototipleme ve özelleştirme sağlar ve nihayetinde daha iyi ameliyat öncesi planlama ve özel implantlar ile aletlerle kişiselleştirilmiş cerrahi çözümler sayesinde gelişmiş cerrahi sonuçlara yol açar. Bu uygulamalar sadece ortopedi değil, çeşitli tıp alanlarını^{kapsar 1,2}. Örneğin, kardiyotorasik cerrahide 3D baskı, cerrahi eğitim için pulmoner arter modellerinin basılmasında kullanılırken, ilaç endüstrisinde ise hasta ihtiyaçlarına özel özelliklere sahip ilaçlar üretmek için bu teknoloji kullanılır. 3D baskılı anatomik modeller oluşturmak, karmaşık tıbbi durumların, tanı doğruluğunun ve yönlendirilmiş cerrahi simülasyonların anlaşılmasına yardımcı^{olmuştur 1}. Ayrıca, organ baskısının - biyoprint olarak da adlandırılan - potansiyeli ölçülemez ve modern tıbbı yeniden tanımlayacaktır.

Ortopedi cerrahisinde, 3D baskı teknolojisi, hastaların bakım yeteneğini çok çeşitli şekillerde büyük ölçüde geliştirmiştir. Örneğin, 3D baskı, cerrahların uzuv amputasyonu olan hastalar için özel protezler üretmesini sağlamıştır. Protezlerin kişiselleştirilmesi, bu cihazların işlevini artırır, komplikasyonları azaltabilir ve iyileşme sürelerini^{iyileştirir. 1}. Ayrıca, 3D baskılı anatomik modeller, cerrahlara ameliyat öncesi planlamada yardımcı olur; bu da karmaşık prosedürlerin daha iyi görselleştirilmesini ve simülasyonunu sağlar - bu da hasta sonuçlarını iyileştirebilir. Ancak, ortopedide en büyük ilerleme alanlarından biri, özel 3D baskılı implantların kullanımı^{olmuştur 1}. Ortopedi cerrahisi kapsamında 3D baskı üzerine yakın zamanda yayımlanan bir inceleme, revizyon diz artroplastisi ortamında özel implantların klinik faydaları olduğunu^{buldu 3}. Yaygın olmasa da, standart implantlar ve enstrümantasyonlarla sınırlı cerrahi seçeneklere sahip bazı ortopedik patolojiler vardır. Bu vakalar genellikle büyük kemik veya yumuşak doku kaybı olan^{alanlarla ilgilidir 1,2}. Bu vakalarda sıkça kullanılan geleneksel cerrahi yöntemler yüksek komplikasyon riskleri, yüksek başarısızlık oranları taşır ve başarılı olsalar bile, hasta için ömür boyu işlevsel zararlar^{taşır. 1,2,4}. 3D baskı, cerrahların bu tür vakalarla başa çıkma yeteneğini devrim niteliğinde değiştirdi ve daha önce mevcut olmayan cerrahi seçenekler sundu. Bu makale, ortopedi cerrahisinde 3D baskılı özel implantların tasarımı ve klinik uygulamasındaki temel adımları vurgulamakta ve birkaç örnek vakayı ele almaktadır.

Protocol

Tüm korunan sağlık bilgileri aşağıda tartışılan görseller ve verilerden hariçtir. Her durumda hastalara çalışma ve klinik görüntülerin kullanımı hakkında bilgi verildi. Bilgilendirilmiş onay alındı. Çalışma, kurumun etik politikasına bağlı kaldı.

1. Hasta karşılaşması

1. Hastanın patolojisinin özel 3D baskılı implant için uygun olup olmadığını belirleyin.
2. Hastanın özel implant kullanımı için uygun kriterleri karşıladığından emin olun.
   1. Uygun kriterleri karşılamak için, hastanın patolojisini yeterince tedavi edecek ve düşük cerrahi risklerle optimal fonksiyonel sonuç sağlayacak ticari olarak hazır standart implant olmadığından emin olun
3. Tam tıbbi optimizasyon.
   1. Tüm tıbbi eş hastalıkların stabil ve uygun şekilde yönetildiğinden emin olun. Örneğin, diyabetli hastaların düşük A1c oranına sahip olmalı ve kardiyak hastaların ameliyat için güvenli olduklarından emin olmak için uygun kalp testleri yapılmalıdır.
4. Hasta/aile için özel 3D implantlar konusunda, faydaları ve dezavantajları dahil olmak üzere kapsamlı danışmanlık yapın.
5. Hastanın operatif ekstremitesinin uygun parametrelerle bilgisayarlı tomografisi (BT) taraması alın.
   1. Dosyaları Tıpta Dijital Görüntüleme ve İletişim (DICOM) dosyaları olarak depolayın. Kritik tarama parametreleri arasında piksel boyutu 0,5 mm veya daha az ve dilim aralığı 1,25 mm veya daha az bulunur. Kullanılan tarayıcıya bağlı olarak kVp'yi 100 ile 140 arasında değiştirin.
   2. Taramanın görüş alanındaki kemik ve çevresindeki cerrahi alanın deforme olmuş anatomisi gibi tüm ilgili anatomiyi yakalayın; etkilenen ön ayak, orta ayak ve arka ayak da dahil olmak üzere tüm etkilenen ayak, orta ayak ve arka ayak orta tibia'ya kadar.

2. İmplant tasarımı

1. BT taraması gibi hasta görüntülemesini, ilgili bilgilerle birlikte özel implant üreticisine aktarın (yanlılık, endikasyon vb.) gibi. Görüntüleri doğrudan DICOM dosyası olarak implant üreticilerinin çevrimiçi portalına yükleyerek BT taraması gönderebilirsiniz.
2. Hasta görüntülemesini, 2D BT dilimlerinden ameliyat öncesi anatominin 3D modeline çevirmek, kemik anatomisinin çevresindeki yumuşak dokudan ayrıldığı bir ağ tabanlı modelleme yazılımı (örneğin Materialize Mimics) ile dönüştürün.
   1. DICOM taramalarını yazılıma aktarın.
   2. Standart kemik penceresi kullanarak bir kemik maskesi oluşturun.
   3. Kemik anatomisini seçmek ve her kemiği kendi maskesine ayırmak için bölge büyütme algoritması kullanın.
   4. Maskedeki kemik dışı bölgeleri düzenleme maskesi fonksiyonunu kullanarak manuel olarak çıkarın.
   5. Bölünme maskesi fonksiyonu kullanılarak, bölge büyütme algoritması tarafından otomatik olarak ayrılmayan diğer kemikleri ayırın.
   6. Maskeyi Parça Hesapla fonksiyonunu kullanarak parçaya dönüştürün.
   7. Her kemiği dışa aktarma fonksiyonunu kullanarak .stl dosyasında tek tek bir parça olarak dışa aktarın.
3. Her kemik .stl dosyasını mesh tabanlı modelleme yazılımına aktarın.

3. Mesh tabanlı modelleme yazılımında ilk implant konumlandırma ve tasarımı kurun.

1. Etkilenen tarafa uyacak şekilde karşı taraf anatomisini aynayla eşleştirin.
2. Etkilenen kalkaneusun karşı tarafının hizalanmasına dayalı bir ağ kullanarak aynalı kontralateral anatomiyi hizalayın.
3. Sağlıklı talusun sağlıksız eklem boşluğuna hizalanmış halini görselleştirin.
4. İlk implant gövdesini oluşturmak için özel bir algoritma (restor3d) kullanarak sağlıklı talus'u idealize edin/düzeltin.
5. Etkilenen tibia ve fibulanın pozisyonunu, kontralateral talus'tan oluşan implant gövdesiyle eklem yüksekliğindeki değişikliği yansıtacak şekilde ayarlayın.
6. Cerrah ve mühendislerle birlikte segmentlenmiş 3D anatomiyi incelemek için implant tasarım görüşmesi yapın.
   1. Doğal deformiteyi ve kontralateral anatominin hizalılığını tartışın.
   2. Talar implantı ve hastaya özgü yapılması gereken değişiklikleri tartışın.
   3. İmplant boyutlarını (%95,%100%, %105 hacim) tartışın.
   4. Gerekirse yumuşak doku tutunma noktalarını tartışın.
7. İmplant tasarımı bilgisayar destekli tasarım (CAD) dosyasını özel yazılım kullanarak (örneğin, Materialise 3-matic, SolidWorks) tamamlayın.
   1. Talar implantı, üçgen boyutunu ve mesh pürüzsüzlüğünü optimize etmek için bir yeniden mesh özelliğiyle yeniden örün.
   2. Osteofitler gibi anatomik olmayan çıkıntıları yerel düzgünleştirme veya Gauss pürüzsüz seçeneğiyle düzeltin.
   3. İmplantın malzeme dayanıklılığını artırmak için kemik boşluklarını doldurun.
   4. Talar implantın eklem yüzeylerinin çevredeki eklem yüzeyleriyle uyumlu olmasını sağlamak için yerel düzgünleştirme aletleri kullanın.
8. İmplantın mekanik özelliklerini (örneğin, dayanıklılık, yüzey alanı) sonlu eleman analizi veya analitik hesaplamalarla analiz edin. Tahmin edilen performansı, klinik endikasyon için beklenen fizyolojik yüklerle ve 3D baskılı kobalt krom alaşımlı malzemeler için yayımlanmış kıyaslamalarla karşılaştırın.
   1. İmplantın kesitsel alanının malzeme dayanıklılığı açısından minimumun üzerinde olduğunu doğrulayın.

4. 3D baskı süreci

1. Nihai implant tasarımı CAD dosyasını tasarım yazılımından STL dosyası olarak veya diğer uyumlu formatlardan ek üretim girdisi için dışa aktarın.
2. Dilimleme
   1. STL dosyasını 3D yazıcının yerel yazılımına aktarın.
   2. İmplantın kritik anatomik yüzey bölgelerine göre baskı yönünü tanımlayın; eklem yüzeyleri yapı plakasından uzakta yerleştirilir.
   3. Sarkıntılı özellikler için gerektiğinde destek yapıları oluşturun.
   4. Dilimleme işlemini yazıcının yazılımında başlatın ve G-kodu talimatlarına dönüştürün.
3. İmplantın 3D baskısı
   1. Seçici lazer eritme (SLM) veya eşdeğer toz yatağı füzyon teknolojisi kullanılarak Ti-6Al-4V ekstra-düşük arakesme (ELI) tozu kullanarak implantlar üretmek.
      NOT: Tipik tıbbi sınıf tozların partikül boyutu dağılımı 15-45 μm arasında olur ve O₂ seviyeleri 1.2 ppm ≤ tutulurken inert argon atmosferinde işlenir.
   2. Yazıcı üreticisi tarafından optimize edilmiş tarama parametrelerini (örneğin, 3D Sistemler) uygulayın; lazer tipi, güç, kapak aralığı ve katman kalınlığı dahil. Literatürde bildirilen örnek değerler arasında 30-60 μm katman kalınlığı, 100-120 μm kapak aralığı ve 150-300 W lazer gücü yer alır; uygun olduğunda yönelim z-ekseninde tanımlanır.
      1. Bir ısı kaynağı (örneğin, fiber lazer veya elektron ışını) kullanılarak metalik tozu (parçacık boyutu 15-45 μm) inert argon atmosferinde (≤ 1,2 ppm O₂) seçici olarak birleştirin; böylece implantı yapı plakasında katman katman oluşturur.
   3. Boyutsal doğruluk ve mekanik bütünlüğü sağlamak için ışın enerji yoğunluğu, toz tabakası kalınlığı ve yapı levhası ortamı gibi ilgili parametreleri kontrol edin.
4. Sonradan işlem
   1. Sıcak izostatik presleme (HIP) ile implant özelliklerini iyileştirerek kalan gözenekliliği ortadan kaldırın, stresi azaltın ve mikro yapıyı iyileştirin. Literatürde bildirilen tipik koşullar arasında 1000 barda 120 dakika boyunca hareketsiz atmosferde ~920 °C yer alır.
      NOT: İmplant malzemesine ve tasarımına bağlı olarak tavlama gibi alternatif ısı tedavileri uygulanabilir.
   2. Elektrik deşarj işlemesi (EDM) ile implantları yapı plakasından çıkarabilirsiniz. İnce temel katmanı, termal hasarı en aza indirmek ve boyutsal doğruluğu korumak için parametrelerle kontrollü kıvılcım erozyonu kullanarak kesin.
   3. Baskı için kullanılan destekleri (dremel, el parlatıcı) çıkarmak için el aletleri kullanın.
   4. Kalan pudra, armaturları çıkarmak ve pürüzlülüğü ayarlamak için yüzey işlemleri uygulayın. Tüm gözenekli yüzeyleri patlatın ve eklem yüzeylerini elle cilalasın.
      1. SAE AMS 2488D Tip II'ye göre anodizasyon yapılarak korozyona dayanıklılık ve biyouyumluluk artırılır.
5. Bitmiş implantın boyutsal incelemesini yükseklik ölçer ve kalibre edilmiş kaliperlerle gerçekleştirin. Daha yüksek hassasiyet gerektiğinde, CAD modeline karşı koordinat ölçüm makinesi (CMM) ile ölçümleri doğrulayın.
   1. Yüzey kaplamasını ve gözenekliliğini görsel ve mikroskopi ile inceleyerek gözenekli yapıların ve işleme özelliklerinin doğruluğunu garanti edin. Yüzey pürüzlülüğü değerlerinin (Ra) osseointegrasyon ve enstrümantasyon arayüzleri için tasarım spesifikasyonları içinde olduğunu doğrulayın.
   2. Mekanik özellikleri, aynı yapı plakasında basılmış köpek kemiği örnekleri üzerinde yapılan lot-serbest testlerle doğrulayın. Test örnekleri, mekanik dayanıklılığın Ti-6Al-4V ELI (veya diğer implant alaşımı) için yayımlanmış kriterlere uyup karşılamadığını doğrulamak için çekme testlerinden geçer. Test örneklerinin boyut ölçümlerini kaydederek baskı doğruluğunu doğrulayın.

5. Ameliyat

1. Ameliyat öncesi çalışmalar
   1. Hasta karşılaşmasına bakınız (adım 1)
   2. Ameliyat öncesi terapi işlemlerinin riskleri ve faydaları hakkında danışmanlık yapın.
   3. Cerrahi işlem için bilinçli onay alın.
   4. Gerekirse anestezi ekibi tarafından ameliyat öncesi değerlendirme yapılmalıdır.
2. Cerrahi işlem (Total Talus Protezi)
   1. Hastayı genel anestezi altında ameliyat masasına yerleştirin ve masaya sabitleyin.
   2. Kemik çıkıntısının tüm bölgelerine uygun dolgu uygulayın.
   3. Ameliyat ucuna turnike uygulayın.
   4. Sonra, steril hazırlık yapın ve ameliyat ucunu örtün.
   5. Hastane politikasına uygun olarak ameliyat molasını uygulayın; uygun hasta, yan taraf ve prosedürü onaylayın.
   6. Hastane protokolüne göre ameliyat öncesi antibiyotik verin.
   7. Ayak bileği eklemine erişim sağlamak için ektensor, hallüsis longus ile tibialis ön tendonları arasındaki aralık kullanılarak ön bir yaklaşım kullanın.
   8. Nörovastik demeti dikkatlice yan tarafa çekin ve işlem boyunca koruyun.
   9. Ayak bileği eklemi kapsülünü boylamasına belirleyin ve açın.
   10. Doğma avasküler/hasarlı talusları testere bıçağı, osteotomlar ve ronguers kullanarak çıkarın. Distal tibia, naviküler ve calcaneus'un eklem yüzeylerinin korunmasına özen gösterilir.
   11. Talus çıkarıldıktan sonra, talar implantın uygun boyutunu belirlemek için ölçü ölçerleri kullanın.
   12. Uygun boyut belirlendikten sonra, uygun boyuttaki 3D baskılı implantı ayak bileğine yerleştirin. Ameliyat sırasında floroskopi ve klinik değerlendirme ile uygun yerleştirmeyi doğrulayın.
   13. Sonra, yarayı katmanlı şekilde sulayıp kapatın.
   14. Steril pansiyonlar uygulayın ve hastayı iyi yastıklanmış bir atel içine yerleştirin.
3. Ameliyat sonrası protokol
   1. Dikişler ameliyattan 2-3 hafta sonra alın.
   2. Duruma bağlı olarak, ameliyattan 8-12 hafta sonra ağırlık taşıma seanslarına başlayın.
      NOT: İlk ağırlık taşıma bir botta yapılır ve birkaç hafta içinde normal ayakkabıya geçiştir. Fizik tedavi isteğe bağlıdır ancak yürüyüş eğitimi ve hareketliliği artırmak için önerilir.

Results

Genel olarak, ortopedi cerrahisinde 3D baskı için uzun vadeli temsilci sonuçlar, küçük örneklem boyutu ve tıpta 3D baskının kısa sürede kullanılması nedeniyle sınırlıdır. Şu anda bazı temsilci veriler mevcuttur.

Aşağıda, büyük kemik kusurları veya yıkıcı eklem patolojisi için az alternatif seçenekler verilen 3D baskılı implantlarla tedavi edilen üç hasta örneği yer almaktadır. İmplantların tamamı yukarıda bahsedilen protokolle tasarlandı.

Hasta 1

43 yaşında bir erkek, sol ayak bileği ağrısı ile kronik bir geçmişe sahiptir. Hasta 1, on yıl önce ameliyatsız tedavi edilen talar boyun kırığı yaşadı. Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterilen radyografiler ve BT görüntülemeleri, talar avasküler nekroz ile belirgin skleroz ve talusun parçalanmasını göstermektedir. Bitişik eklem yüzeyleri iyi korunmuştur - ancak tüls gelişmiş talar avasküler nekrozla uyumlu önemli parçalanma ve skleroz gösterir. Hasta dış bir tesiste görüldü ve subtalar ile ayak bileği eklemlerinin birleşmesi için artrodez işlemi yapıldı. Hasta, belirli ayakkabıları işte giyebilmek için tam hareket aralığı gerektiğini ve ayak bileği eklemini birleştiremeyeceğini bildirir. Hastayla seçenekleri tartışırken, alternatif olarak özel 3D basılmış total talus olduğunu konuştuk. Bu, uzun vadeli veri olmadan nispeten yeni bir cerrahi seçenektir; ancak bu seçenek, eklemlerinin ve hareket açıklığının korunmasına olanak tanır. Bu prosedürle ilgili riskleri ve uzun vadeli veri eksikliğini kapsamlı şekilde tartıştık. Ancak hasta bize füzyonun bir seçenek olmadığını söyledi. Kapsamlı tartışmanın ardından hasta, özel 3D baskılı total talus değişimine devam etmeye karar verdi. Bu hastanın durumunda, implant malzemesi için Titanyum alaşımı kullanmayı seçtik. Bu malzeme, doğal kemikle benzer biyomekanik özelliklere sahiptir ve çevredeki kıkırdaklara zarar verme riskini azaltmak için optimal aşınma özelliklerine sahiptir.

Talus, hastanın kontralateral talusunu yansıtacak şekilde tasarlanmıştır; bu hastalık olmadan normaldir. 6. haftada ameliyat sonrası randevusunda alınan ameliyat sonrası görüntüleme Şekil 3'te gösterilmiştir. Hasta, ameliyat sonrası iyi hareket ettiğini, ağrısız olduğunu ve fonksiyonel seviyesinde iyileşme gösterdiğini bildiriyor. Hasta, ameliyat sonrası hareket aralığının arttığını ve yaklaşık 10 derece dorsifleksiyon ile 35 derece plantar fleksyon olduğunu bildiriyor.

Hasta 2

20 yaşında bir kadın, sol ayak ağrısı ve şişlikle ortaya çıkmış, birinci metatarsalda bilinen dev hücreli tümörden kaynaklanıyor. Hasta başlangıçta tümörün kazıyıp kemik materyaliyle değiştirilmesini içeren bir işlemle (saucerization and kemik greğti) tedavi edildi. Radyografiler ve BT görüntüleme (Şekil 4 ve Şekil 5), biyopsi ile kanıtlanmış dev hücreli tümörle uyumlu olan birinci metatarsal bölgede merkezlenen genişleme litik bir lezyon göstermiştir. Aktivite ile ilgili kalıcı semptomlar ve ayakkabı giymesiyle ilgili rahatsızlık nedeniyle, hasta tüm metatarsalın cerrahi rezeksiyonuna devam etmek istedi. Daha önce daha az müdahaleci ve yerel yöntemler denemişti ama işe yaramamıştı. Metatarsal cerrahi rezeksiyon büyük bir işlemdir ve zorluk, rezeksiyon edilen bölgenin yeniden yapılmasıyla ilgilidir.

Hastayla görüşürken, tüm metatarsal kemiği 3D baskılı bir kemik ile değiştirmek veya bacağından alınan kemik olan fibula otografti gibi seçenekleri konuştuk. Fibula aşıtmasının risklerini, greft bölgesi morbiditesi ve birleşmeme riskinin yüksek olduğunu tartıştık. Bir diğer seçenek ise ayağının kısmi amputasyonu, ki bu onun ilgisini çekmiyordu. Hasta ve ailesiyle birkaç ziyarette kapsamlı görüşmelerin ardından, 3D baskılı özel implant yaptırmaya karar verdi. Özel metatarsal kafes, hastanın uzunluğunu ve anatomisini koruyabilir, otogreftten daha mekanik olarak sağlam bir yapı sağlar ve serbest fibula hasadıyla ilişkili donör bölgesi morbiditesini taşımaz. Mühendislerle yapılan tasarım görüşmesi yoluyla oluşturulan ameliyat öncesi tasarımlar Şekil 6'da gösterilmiştir. Bu işlem, rezeksiyonun uygun şekilde yapıldığından emin olmak için ortopedi onkoloji ekibiyle birlikte gerçekleştirildi. Ameliyat günündeki implantın fotoğrafları Şekil 7'de gösterilmiştir. Hasta 1 gibi, seçilen implant malzemesi biyomekanik özellikler açısından kortikal kemiğe benzer bir titanyum alaşımıdır.

Ameliyattan sonra, toplam 12 hafta boyunca ağırlıksız tutuldu. Ağırlık taşımaya 12. haftada botta başladı ve 4 ay sonra yavaş yavaş bottan çıktı. 3 ayda yapılan ameliyat sonrası röntgen (Şekil 8) görüntülemesi, implantın kemik entegrasyonunda donanım arızası belirtisi göstermedi. 6 aylık ziyaretinde, tamamen ayakta kalmış ve düşük etkili aktivitelerine başlamıştı. 6 aylık ziyarette yapılan BT taraması, implantın kemikle iyi teması ve stabilitesi olduğunu, kemiğin implanta bir miktar entegrasyonu olduğunu gösterdi (Şekil 9). Ameliyatından bir yıldan fazla bir süre geçti ve normal ayakkabılarla ağrısız yürüyebiliyor.

Hasta 3

34 yaşındaki bir kadın, talusun osteonekrozu ve ardından talar kubbesinin çökmesi nedeniyle 7 yıllık kronik sağ ayak bileği ağrısı ile ortaya çıkıyor. Ameliyat öncesi radyografileri Şekil 10'da gösterilmiştir. Ayrıca tibial plafond ve kalkaneal vücutta osteonekroz ile tibiotalar ve subtalar eklemde belirgin osteoartroz olduğunu gösterdi. Geçmişte uzun süreli hastanede tedavi sırasında kronik yüksek doz steroid kullanımına ikincil olarak kabul edildiği düşünülüyordu.

Genel olarak, sağ ayak bileğindeki kronik ağrı nedeniyle günlük aktivitelerinde önemli ölçüde sınırlıydı. Uzun süreli fizik tedavi, aktivite değişiklikleri ve aile bakım sağlayıcısı tarafından reçete edilen ağrı kesicilerle konservatif tedavi denedi. Sürekli semptomları nedeniyle cerrahi seçeneklerini konuştuk. Görüntülemesine dayanarak, talar çökmesi ve subtalar artriti göz önüne alındığında, izole ayak bileği füzyonu onun için iyi bir seçenek olmayacağını konuştuk. En iyi cerrahi çözümün tibiotalocalcaneal (TTC) artrodez olduğunu tartıştık. Ancak onun durumunda zorluk, talar çöküşü nedeniyle önemli bir eklem yüksekliği kaybı ve sağlıksız talar kemiğinin kesilmesinden sonra kalan büyük kemik boşluğudur. Yapısal aşılama, femur kafa allogrefti kullanılarak yapılabilir; Ancak, literatürde graft çökmesi ve başarısızlık oranları yüksek olarak bildirilmiştir. Ayrıca, allogreftin uygun şekilde şekillendirilmesi zor olabileceği ve mükemmel uymayabileceği için boyunu geri kazandırmak zordur. Bir diğer seçenek ise 3D baskılı özel kafes. Metal kafes, greft çökme riski olmadan yüksekliği ve anatomiyi koruyabilir ve mekanik olarak güçlü bir yapıdır. Kapsamlı tartışmalardan sonra, 3D baskılı özel kafes yapısı ile TTC artrodezisi yapmaya karar verdi. Yine, kafes kemikle benzer biyomekanik özelliklere sahip bir titanyum alaşımından yapılmıştır. Bu, kafesteki kemik büyümesi için doğal biyomekanik ortamı taklit etmek için seçilmiştir. 3 ayda alınan ameliyat sonrası görüntüleme Şekil 11'de gösterilmiştir. Ayak bileği eklemi yüksekliği implantla geri kazanılır ve implant-kemik interfeysinde iyi kemik entegrasyonu vardır.

12 hafta boyunca ağırlıksız tutuldu. Sonra botla yürümeye başladı ve 4 aylıkken bir gösteriye geçti. 6 aylıkken, hasta ağrısız yürümeye başladı ve 1 yıllık takipte ayak bileği nedeniyle fonksiyonel bir eksiklik yoktu. Artık ayak bileği tarafından sınırlı değil ve ameliyat öncesine göre çok daha aktif.

Şekil 1: Hasta 1'in ameliyat öncesi röntgenleri. (A,B) Hasta 1 için ameliyat öncesi mortiz (A) ve sol bileğin lateral (B) röntgenleri. Radyografiler, skleroz ve talusun parçalanması ile birlikte önemli talar avasküler nekroz göstermektedir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Hasta 1'in ameliyat öncesi BT'si. (A-C) Hasta 1 için sol ayak bileğinin ameliyat öncesi aksiyel (A), sagital (B) ve koronal (C) BT görüntülemesi. BT görüntüleme, skleroz ve talusun parçalanması ile birlikte önemli talar avasküler nekroz göstermektedir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın. 

Şekil 3: Hasta 1'in ameliyat sonrası röntgenleri. (A,B) Hasta 1 için ameliyat sonrası AP (A) ve ölüm (B) röntgenleri, ameliyattan sonraki 6 haftada alınan sol ayak bileği röntgenleri. 6. haftada çekilen radyografiler, talus implantının uygun hizalanmasını ve yerleştirildiğini gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Hasta 2'nin ameliyat öncesi röntgenleri. (A,B) Hasta 2'nin sağ ayağının ameliyat öncesi ağırlık taşıyan AP (A) ve lateral (B) röntgenleri. Radyografiler, birinci metatarsalda büyük kemikli bir lezyon olduğunu göstermektedir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Hasta 2'nin ameliyat öncesi BT'si. (A-C) Ameliyat öncesi eksenel (A), sagital (B) ve koronal (C) Hasta 2'nin sağ ayağında CT kesikleri. Hastanın BT taraması lezyonu gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: 3D baskıdan önceki implant tasarımları. Bunlar, mühendislerin hastanın BT taramasını kullanarak implantın şemalarını oluşturduğu implantın tasarım aşamasına örneklerdir. İmplant, implantın içine yerleştirilen vidalar ile metatarsal başlığa sabitlenir. İmplant, medial çivi yazıya bir omurga ile sabitlenir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7: Üç implant boyutunun klinik fotoğrafları. Kasa için üç boyut basılmıştır ve her biri hacim açısından %5 farklılık gösterir. Bunun nedeni, BT taramasındaki herhangi bir ameliyat içi varyasyonu ve varyasyonu hastanın anatomisine göre hesaba katmaktır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 8: Hasta 2'nin ameliyat sonrası röntgenleri. (A,B) Hasta 2'nin ameliyat sonrası ağırlık taşıyan AP (A) ve lateral (b) röntgenleri. Ameliyattan üç ay sonra çekilen radyografiler, donanımın uygun yerde, implant ile yerli kemik arasında iyi hizalama ve kemik pozisyonu olduğunu gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 9: Hasta 2'nin ameliyat sonrası BT'si. (A,B) Ameliyat sonrası BT taraması, sagittal (A) ve aksiyel (B) görüntüleme, kemik ile implant arasındaki arayüzde stabil donanım ve iyi kemik yerleşimi göstermektedir; kemik oluşumu ve implantın doğal kemiğe entegrasyonu vardır. Bu BT taraması ameliyattan 6 ay sonra alındı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 10: Hasta 3'ün ameliyat öncesi radyografları. (A,B) Hasta 3'ün sağ bileğinin ameliyat öncesi AP (A) ve lateral (B) radyografileri. Hastada belirgin talar çökme ve ayak bileği ile subtalar eklem artriti vardır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 11: Hasta 3'ün ameliyat sonrası radyografları. (A,B) Hasta 3'ün sağ ayak bileğinin ameliyat sonrası AP (A) ve lateral (B) radyografileri. Hastanın 6 aylık takipinde elde edilen radyografiler, donanımın füzyon bölgelerinde iyi kemik pozisyonu olduğunu göstermektedir. Ayak bileği eklemi yüksekliği geri kazanıldı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Ortopedi cerrahisinde özel 3D baskılı implantlar yaygın değildir; ancak yukarıdaki davalarda zorluk içeren davalarda faydaları gösterilmiştir. Bu hastalar için, 3D baskı olmadan cerrahi çözümler oldukça sınırlıdır ve en iyi seçenekler bile yüksek risk ve fonksiyonel sonuçlar taşır. Özel implant tasarlama sürecinde dikkate alınması gereken birçok önemli adım vardır. İlk ve en önemlisi, kasanın özel implantlar için uygun olup olmadığıdır. Bu, tüm alternatiflerin ve artılarının ve eksilerinin dikkatlice değerlendirilmesini gerektirir. Bu tartışmalara hasta ve ailenin dahil edilmesi önemlidir. Özel 3D implantlar daha yeni ve sınırlı literatür vardır ve hastaların deneysel doğaları hakkında bilgilendirilmesi zorunludur.

Sürecin ikinci en kritik adımı implant tasarımıdır. Cerrah, implant boyutları, cerrahi yaklaşım, implant yerleştirme için gerekli enstrümantlar ve cerrahi hedefler gibi birkaç faktörü göz önünde bulundurmalıdır. Bu, 3D baskı konusunda deneyimli cerrahlara danışmanlık yapmayı ve aynı zamanda implantın tasarımını oluşturmak için tasarım çağrılarında mühendislerle çalışmayı da içerir. İmplant üretimi başladıktan sonra değişiklik için sınırlı alan vardır; Bu nedenle, tasarım aşaması çok önemlidir.

Ortopedi cerrahisinde 3D baskının umut vadeden potansiyeline rağmen, hâlâ birkaç zorluk bulunmaktadır. Önemli bir sınırlama, teknolojiyle ilişkili yüksek maliyettir. İmplantların maliyeti, kasanın karmaşıklığına bağlı olarak 14.000 ila 20.000 dolar arasında değişebilir. Ancak, 3D baskı teknolojisi gelişmeye devam ettikçe, üretim maliyetlerinin zamanla azalacağı^{öngörülmektedir 1}. Bir diğer önemli sınırlama ise sonuçlar hakkında uzun vadeli verilerin eksikliğidir. Yakın zamanda yayımlanan retrospektif, çok merkezli bir çalışma, avasküler nekroz⁴ tedavisinde 3D baskılı talus iplasmanlarının güvenliğini değerlendirmiştir. Çalışmalarında toplamda en az 1 yıl takip eden 15 hasta bulundu ve erken sonuçların umut verici ve iyi sonuçlar verdiği belirlendi. Adams ve ark. büyük kemik kusurları için 3D baskılı kafeslerde benzer güvenli sonuçlar^{göstermiştir 5}. Çalışmalarında, özel kafesle ameliyat yapılan sekiz hastayı, büyük kadavra allogreft kemiğiyle ameliyat edilen yedi hastayı karşılaştırdılar. Kadakia ve ^ark.6, toplam talus artroplastisi sonuçlarını 2 yıl boyunca 22 hastada değerlendirdi. Kısa süreli takiplerde önemli fonksiyonel iyileşmeler gözlemlendiler. İlginç bir şekilde, Japonya'daki merkezlerden toplam talus artroplastisi sonrası uzun vadeli sonuçları değerlendiren birkaç çalışma bulunmaktadır. Bu iki çalışmada, ameliyat sonrası 10 yılı aşkın takip yapıldı ve hastaların ya tam bir talus değişimi ya da sadece talar vücut^{replasmanı 7,8} sonrası hasta raporlarının iyi sonuçlar aldığını buldular. Bu implantların özel veya 3D baskı yapılmadığını, seramik olduğunu belirtmek önemlidir; Bu nedenle, bu veriler mevcut metal ve özel toplam talus değişimlerine yansıtılmaz. Her halükarda, bu prosedürün ve kavramın uzun süredir var olduğu, ancak ağır talar patolojinin yönetiminde daha popüler hale geldiği ilginçtir. Bu makalenin odağı alt ekstremite vakalarında olsa da, ortopedide 3D baskının uygulamaları birçok alt uzmanlığa^{yayılmıştır 2}. Malunited distal radius kırıkları hastalar için ciddi fonksiyonel sonuçlar doğurabilir ve bu deformiteyi düzeltmek için gereken düzeltici osteotomiler, dikkate alınması gereken birçok düzeltme düzlemi nedeniyle oldukça zordur. Yanlış iyileşme durumunda ön kol kırıkları için de aynı şey söylenebilir, çünkü dikkate alınması gereken dönme kuvvetleri vardır. Son zamanlarda yayımlanan birkaç çalışma, özel 3D baskılı kesim kılavuzları ve enstrümantasyonların bu zorlu üst ekstremite deformite düzeltme vakalarında yardımcı olabileceğini ortaya^{koymuştur 9,10}.

Özel 3D baskılı implantlar ve enstrümantasyonun umut vadeden sonuçlarına rağmen, en son yayımlanmış çalışmaların çok küçük örnek boyutlarına sahip olduğu ve kısa süreli^{takiplerin 6,7,8} olduğunu belirtmek önemlidir. 3D baskılı implantların uzun vadeli sonuçlarını çok az çalışma göstermiştir ve uzun vadede dayanıklılıklarını ve etkinliğini değerlendirmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bunun bir kısmı, bu teknolojinin nispeten yeni olmasına ve 3D baskı için belirtilen patolojinin yaygın olmamasına bağlanabilir. Ayrıca, bu implantların son derece özelleştirilebilir yapısı nedeniyle, sonuçları farklı vakalar arasında genelleştirmek oldukça zordur.

Her neyse, yukarıdaki örnekler ve mevcut literatürle 3D baskının potansiyel faydaları açıkça görülmektedir. En etkileyici avantajlardan biri, insan anatomisini daha önce imkansız olan benzersiz şekillerde kopyalayabilme yeteneğidir. Özelleştirme, implantların bireysel hastalara tam olarak uyarlanmasına olanak tanır ve cerrahi ihtiyaçlara doğrudan uyum sağlar. CT görüntüleme ve 3D baskı teknolojilerindeki sürekli gelişmelerle birlikte, implantlar giderek daha doğru, dayanıklı ve maliyet etkin^{hale geliyor 1,2}.

Genel olarak, 3D baskı hızla gelişen bir teknoloji olmaya devam ediyor ve ortopedi cerrahisinde giderek daha fazla seçenek yelpazesi sunuyor. Teknoloji olgunlaştıkça, gelecekteki uygulamalar daha karmaşık, birbirine bağlı yapıların geliştirilmesini içerebilir. Tek kemik ve eklem implantları konusunda yetkinlik kazandıkça, bir sonraki mantıklı adım daha karmaşık, çok bileşenli implantların oluşturulmasını keşfetmektir. Mevcut implantlar ağırlıklı olarak biyouyumlu metal alaşımları kullanırken, 3D baskıdaki bir diğer önemli adım, kıvrım¹¹ oluşturmak için biyoprintleme gibi yumuşak doku rekonstrüksiyonunda gelecekteki yenilikleri içerecektir. 3D baskı, sürekli gelişen heyecan verici bir teknoloji alanıdır ve ortopedi cerrahisindeki uygulaması bu teknoloji değişimiyle birlikte büyümeye ve uyum sağlamaya devam edecektir.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Metatarsal titanyum kafes implantı	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Özel implant; Titanyum Alaşımı (Ti-6Al-4V)
Küresel titanyum kafes implantı	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Özel implant; Titanyum Alaşımı (Ti-6Al-4V)
Total Talus Değişimi	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Özel implant; Titanyum Alaşımı (Ti-6Al-4V)