Vývoj kraniotomických implantátů s využitím metody aditivní výroby

Abstract

Drobná kraniotómia je súčasťou chirurgického postupu evakuácie subdurálneho hematómu. Bez aplikovanej rekonštrukcie defektu môže nastať kozmetický problém, ale aj funkčný hendikep pre pacienta. Najčastejšie používané sú kovové kraniálne dlahy, ktoré však neriešia pretrvávanie kostného defektu a pri dlhodobom cyklickom zaťažení je ich odolnosť obmedzená. Alternatívne implantáty neposkytujú dostatočné mechanické vlastnosti, funkčnosť ani estetický výsledok. Pre riešenie špecifických anatomických problémov sa v súčasnosti stáva populárnou aditívna výroba. V tejto štúdii je predstavený nový typ implantátu pre rekonštrukciu malých defektov po kraniálnom vŕtaní. Sú navrhnuté štyri varianty modulárnych implantátov pozostávajúcich z krúžku a zátky. Súčasne je navrhnutý postup chirurgickej implantácie príslušnými nástrojmi. Konečno prvkový model overuje ideu konštrukcie odvodenú zo zjednodušenej geometrie a fyziologického zaťaženia. Sú definované skúšobné metódy na určenie pevnosti adhéznych mechanizmov. Mechanické testovanie zaisťuje bezpečnosť a reprodukovateľnosť implantátov. Boli vyrobené prvé prototypy, na ktorých je overená nová metodika mechanických skúšok. Ako najbezpečnejšie riešenie sa osvedčil variant kovového krúžku s presahom na povrchu kosti. Myšlienka nového kraniálneho implantátu môže výrazne zlepšiť estetický výsledok po operácii a minimalizovať invazívnosť pri reoperáciách.

Minor craniotomy is involved in a surgical approach for subdural hematoma evacuation. No applied reconstruction may result in a cosmetic problem but also functional handicap. Mostly used metallic cranial plates do not solve persistence of bone defect and their resistance is limited in long term cycling loading conditions. Alternative devices do not provide sufficient mechanical properties, functionality or aesthetic outcome. Nowadays, additive manufacturing techniques are becoming popular for solving specific anatomic problems. In this study new type of implant for reconstruction of small defects after cranial drilling is introduced. Four variants of modular devices including burr hole ring and cup are proposed together with the approach and instruments for surgical implantation. Finite element model verifies initial construction idea derived from simplified geometry and physiological loading conditions. New test methods for determining strength of locking mechanisms are defined to ensure safety and reproducibility of implants. Alpha prototypes are manufactured and test methodology is verified. The variant of metallic burr hole ring disposing with overlap on bone surface after implantation was proven as the safest solution. The idea of new cranial implant may significantly improve the aesthetic outcome after the surgery and minimize invasiveness in reoperations.