Patentes
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Montag • 11:30
10.3.2003
Schädelimplantate revolutionieren Operationstechnik
Stephanie Kowalewski

Eine interdisziplinäre Forschergruppe aus Bochum entwickelte ein Verfahren, mit dem individuelle Schädelimplantate hergestellt werden können. Dafür erhielten sie jetzt den mit 50.000 Euro dotierten Innovationspreis Ruhr. Prof. Harald Eufinger ist Mund-Kiefer- und plastischer Gesichtschirurg an der Universitätsklinik Bochum. Zu ihm kommen Patienten, die zum Beispiel durch eine Tumorerkrankung oder einen Unfall Knochenschäden im Kopfbereich haben. Um die Löcher im Schädel zu schließen, formt er während der Operation entweder aus Kunststoff oder aus einer Rippe des Patienten ein passendes Implantat. Beides birgt erhebliche Nachteile. Knochenzellen sterben häufig ab und Kunststoffimplantate führen oft zu Entzündungen. Der Chirurg kann aber auch auf ein individuell angepasstes Titanimplantat zurückgreifen, das bereits vor der Operation hergestellt wird. Das ist die derzeit beste Variante, sagt Harald Eufinger.

Es ist ganz einfach nachvollziehbar, dass ich das natürlich unter den Operationsraumbedingungen bei weitem nicht so gut kann, wie der Ingenieur es vorher kann und es liegt auch auf der Hand, dass ich während der Operation Titan nicht plastisch anpassen und verformen kann. Auf der anderen Seite bevorzugen wir natürlich das Titan, weil es heute als das am verträglichsten und vom Körper am ehesten akzeptierte Material gilt.

Eine derartig vorgefertigte Titanplatte nennt sich "Bochumer Schädelimplantat". Dahinter verbirgt sich eine hoch technische Verfahrenskette. Entwickelt wurde sie gemeinsam von Chirurgen, Radiologen und Ingenieuren der Bochumer Ruhr-Universität. Sie haben etablierte Herstellungstechniken aus der Industrie mit medizinischen Diagnoseverfahren und Computersoftware so kombiniert, dass sie individuelle Titanimplantate für Schädelverletzungen herstellen können. Eine ziemliche Herausforderung, findet der Maschinenbauingenieur Michael Wehmöller.

Das wichtigste ist hier jetzt die Anwendungen, die heute funktionieren für den rein technischen Maschinenbau, wo sie also Schrauben, Muttern, Nuten und sonstige Sachen fertigen, auf so eine komplexe anatomische Struktur zu übertragen, die keine Maße in dem Sinne hat, wie wir es kennen. Sonst haben wir ne Schraube mit Durchmesser acht Millimeter, da legen wir die Maschine an ...und das ist alles umsetzbar.

Doch bei den Implantaten müssen die Ingenieure statt mit exakten Maßangaben mit individuellen Formen arbeiten. Um zu bestimmen, welche Kontur das Implantat letztlich haben muss, wird die Verletzung des Patienten per Computertomographie genau vermessen. Die Bilddaten werden dann meist per Internet an die Ingenieure weitergeleitet, die sie in ein modernes computergestütztes Konstruktionssystem übertragen, erklärt Michael Wehmöller.

Wir müssen uns erst ein Bild über den Defekt des Patienten machen. Dann müssen wir erkennen was ist denn die wahrscheinlichste Geometrie gewesen die vorher vorlag. Dazu bedienen wir uns einer Datenbank an Schädelmodellen, die wir vorliegen haben - es gibt eben charakteristische Schädel, die sind vielleicht ein bißchen runder oder ein bißchen eckiger - und diese Charakteristiken können wir mit eingehen lassen, oder wir können eben auf der Gegenseite, wenn es ein Halbseitendefekt ist, Spiegelinformationen nutzen um zu sagen, so können wir eine Symmetrie wieder herstellen und das wird dann auch ein ästhetisches Ergebnis.

So entsteht ein virtuelles Modell des Implantats. Mit diesen Daten wird nun eine computergesteuerte Fräsmaschine gefüttert, die aus einem Titanblock die passgenaue Schädelplatte heraus arbeitet. Bei den ersten Versuchen in den 90er Jahren dauerte das alles ungefähr vier Wochen. Heute sind die Prozesse optimiert und die Schädelimplantate können bereits nach drei Tagen ausgeliefert werden. Die individuellen Implantate erleichtern die Arbeit der Operateure erheblich und sie schonen den Patienten, denn die Narkosezeit verringert sich, es entstehen keine weiteren Wunden durch eine Knochenentnahme und der Patient kann das Krankenhaus meist recht schnell wieder verlassen. Vorteile die auch die derzeitig 46 Anwenderkliniken in Europa und den USA zu schätzen wissen, sagt der Gesichtschirurg Harald Eufinger.

Es hat sich in den letzten Jahren bei einer Zahl von 40 bis 50 Implantaten pro Jahr eingependelt, wobei wir davon ausgehen, dass der tatsächliche Bedarf allein in der Bundesrepuplik ungefähr das Zehnfache betragen würde. Es ist aber leider so, dass die Finanzierungssituation im Gesundheitssystem einen entsprechend breiteren Einsatz den Kliniken nicht erlaubt.

Denn die Krankenkassen - mit Ausnahme der Berufsgenossenschaften - übernehmen die Kosten derzeit nicht. Dennoch entwickeln die Wissenschaftler ihr Verfahren weiter, damit individuelle Implantate zukünftig auch im Unterkiefer, dem Beckenkamm oder sogar der Wirbelsäule eingesetzt werden können. Und auch am Material selbst wird geforscht. Ziel ist ein mehrschichtiges Biomaterial aus dem biologisch abbaubare Implantate gefertigt werden, erklärt Stephan Weihe, Arzt für Mund-, Kiefer- und plastische Gesichtschirurgie der Ruhr-Universität Bochum.

Das besondere an diesem neuen Material ist eben, dass an der Schädelaußenseite, das Implantat aus einem Material besteht, was nur sehr langsam sich auflöst, und zwar erst beginnend nach einem Zeitraum von 18 Monaten. Und an der Schädelinnenseite ein Material was wesentlich früher beginnt sich aufzulösen und darüber hinaus entgegen der Außenseite hoch porös ist. Und diese Porosität ermöglicht das Einwachsen von knochenbildenden Zellen.

Und erst wenn die Innenseite des Implantates ausreichend mit neuen Knochenzellen bewachsen ist, beginnt sich die Außenseite aufzulösen. Bis dahin bietet das sich langsamer auflösende Material an der Außenseite noch einen mechanischen Schutz und gibt die Form des nachwachsenden Knochens vor. Derzeit funktioniert das neue Biomaterial zumindest im Laborversuch genau so, wie es sich die Forschergruppe wünscht.
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