BIOMATERIALSCHALE ZUR REKONSTRUKTION VON KNOCHENDEFEKTEN

PRIORITÄTSANMELDUNGEN

Die vollständigen Offenbarungen der zu Grunde liegenden Patentanmeldungen

• EP 16001266 vom 04.06.2016,

• EP 16001324 vom 12.06.2016,

· EP 16001407 vom 23.06.2016,

• EP 16002121 vom 04.10.2016, und

• EP 16002466 vom 21.11.2016,

deren Prioritäten hierin beansprucht werden, werden hiermit durch Bezugnahme einbezogen.

BESCHREIBUNG - HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Abdeckung und/oder Rekonstruktion einer Knochendefektstelle, die einen mit einem partikulären Material unterfüllbaren Hohlraum zwischen Defektoberfläche und der dem Knochendefekt zugewandten Oberfläche der Vorrichtung aufweist, umfassend

• einen Aufsatz in Form einer dünnen Membran,

dessen Abmessungen und 3-dimensionale Geometrie seiner Ränder durch die Oberflächendaten des Knochendefektes definiert sind.

Weitere Gegenstände der Erfindung sind ein Formgebendes Modell und ein System unter Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2. STAND DER TECHNIK

Es besteht ein großer Bedarf an Biomaterialien zum Ersatz von Knochengewebe und als Leitstruktur zum Wachsen von neuem Knochen, in der Knochenchirurgie in Orthopädie, Zahnmedizin und anderen Gebieten zur Wiederherstellung von knöchernen Strukturen nach altersbedingter Resorption oder Verlust durch andere Ursache, wie Tumorresektion, Zahnverlust, Trauma oder anderen. Bei nicht ausreichendem Knochenangebot wird ein Knochenaufbau durchgeführt. Dies kann eine Erhöhung des Alveolarkammes sein oder eine Sinusbodenelevation. Der Knochenaufbau verwendet entweder autologen Knochen vom selben Individuum oder Fremdmaterial. Das Fremdmaterial kann entweder natürlichen Ursprungs sein (z.B. Spenderknochen) oder künstlich hergestellt sein (z.B. manche Hydroxylapatit- Produkte). Der Knochenaufbau kann entweder partikulär oder als Block stattfinden, wobei der Block eckig oder rund oder vielförmig sein kann. Im Falle eines partikulären Knochenaufbaus kann körpereigener Knochen mit Fremdmaterial gemischt werden.

Zur Erhöhung des Alveolarkammes oder großen seitlichen Anlagerungen bei dennoch ausreichender Höhe ist beispielsweise folgende Technik bekannt: Ein Knochenblock vom gleichen Patienten wird an einer Entnahmestelle (z.B. Kieferwinkel) herausgefräst oder es wird entsprechendes Biomaterial verwendet und an die gewünschte Implantationsstelle transplantiert und entweder pressgenau ohne Hilfsmaterial oder mit einer Osteosyntheseschraube im ortsständigen Knochen fixiert. Bei einem zweiten Eingriff wird dann die Schraube ggf. entfernt und das betreffende Zahnimplantat eingesetzt. Es ist auch denkbar ein Zahnimplantat direkt und vollständig in einem solchen Knochenzylinder einseitig einzusetzen.

Für den Knochenaufbau können verschiedene Materialen verwendet werden. Es kommt entweder autologer Knochen oder künstliches Biomaterial oder aufbereitetes natürliches Biomaterial aus xenogenem oder allogenem Knochen zum Einsatz. Allogenes Knochenmaterial findet eine breite Verwendung in der Orthopädie und Traumatologie, der Mund-Kiefer- und Gesichtschirurgie und Plastischen Chirurgie, zum Auffüllen von Knochendefekten bei Frakturen, Zysten, Tumoren und TEP-Operationen, aber auch Kieferschwund und embryonalen Fehlbildungen (Matti H 1929, Wolter D 1976). Auch xenogene Materialien werden hier verwendet (z.B. equiner Biotek Block). Es ist bekannt, dass partikuläres Material oder Blöcke mit Porensystem besser heilen als massives Material, da massives Material langwierig vollständig ab- und neu aufgebaut werden muss.

Es ist auch bekannt, dass bei Blöcken mit Porensystem auch dann kein vollständiger Ersatz der Materialbälkchen mit neuem Knochen erfolgt, auch wenn dieses Material grundsätzlich resorbierbar ist. Aus diesen Gründen sind Techniken die zum überwiegenden Teil Partikelmaterial verwenden anderen Techniken überlegen. Da aber bei einer Erhöhung des Alveolarkammes oder großen seitlichen Anlagerungen eine mechanische Stabilisierung nötig ist, verwendet man dünne stabile Elemente zu diesem Zweck, welche das partikuläre Material umschließen. Diese Techniken werden unter dem Begriff Schalentechniken zusammengefasst, da die dünne stabilisierende Barriere wie eine Schale funktioniert.

Diese Schalentechnik kann nach bisherigem Stand der Technik erfolgen durch folgende lange Jahre bekannte Techniken:

• Schalen eines allogene kortikalen Knochens, wobei der Knochen durch Fräsen notdürftig an den Defekt angepasst wird. Diese Technik ist sehr alt.

· Schalen eines autologen kortikalen Knochens welcher vom selben Patienten entnommen wurde und beispielsweise aus dem Bereich des Kieferwinkels im Unterkiefer oder der Maxill entnommen wird (Gellrich, N. C, U. Held, R. Schoen, T. Pailing, A. Schramm and K. H. Bormann (2007). "Alveolar zygomatic buttress: A new donor site for limited preimplant augmentation procedures." Journal of Oral & Maxillofacial Surgery 65(2): 275-280.) (Khoury, F. (2013). "The bony lid approach in pre-implant and implant surgery: a prospective study." Eur J Oral Implantol 6(4): 375-384).

• Schalen aus nicht resorbierbarem Material (z.B. Titan-Netz, metallverstärkte PTFE- Membranen) welche durch Biegen an den Defekt manuell angepasst werden. Klassische Beispiele sind die Cytoplast-Membran, Goretex-Membran, Neoss-

Membran, Tiolox-Membran. • Schalen aus Laktiden (Iglhaut-Technik / Sonic Weld System), welche durch Erhitzen formbar gemacht werden und manuell and en Defekt angepasst werden (Iglhaut, G., F. Schwarz, M. Grundel, I. Mihatovic, J. Becker and H. Schliephake (2014). "Shell technique using a rigid resorbable barrier System for localized alveolar ridge augmentation." Clin Oral Implants Res 25(2): el49-154).

Ein bekanntes Problem ist die mangelnde Passgenauigkeit dieser manuell angepassten Schalen. Außerdem erfordert die manuelle Anpassung enorme Zeit in der OP. Die europäische Patentanmeldung EP 2 536 446 der Firma ReOss schlägt vor eine entsprechend individuell angepasste Vorrichtung vor, wobei Oberflächendaten eines Knochendefektes aus einer Schichtbildgebung generiert und der Defekt in einem CAD- Programm virtuell gefüllt wird. Aus diesen Daten wird ein 3D-Datensatz zur Herstellung einer Schale welche zur Anwendung der Schalentechnik erstellt.

Die von der Firma ReOss tatsächlich umgesetzten und in Umsetzung befindlichen Produkte umfassen individuelle, Customer-made mit CAD-CAM-Technik gefertigte löchrige Membranen (Mesh-Gitter) aus Metallen. Hierbei werden Oberflächendaten des Defektes aus einer Schichtbildgebung generiert und der Defekt in einem CAD- Programm virtuell gefüllt. Aus diesen Daten wird ein 3D-Datensatz für eine Schale welche zur Anwendung der Schalentechnik erstellt und zum Drucken eine Titan-Mesh- Schale verwendet, welche durch ein Lasersinterungsverfahren aus Titanpartikeln in einem 3D-Druck CAM-System geschweißt wird. Entsprechende Schalen aus resorbierbaren Magnesium sind in Erprobung. Diese Vorrichtungen weisen aber eine Reihe von Nachteilen auf:

1. Titanmaterial muss entfernt werden, da es nicht resorbierbar ist.

2. Magnesium führt bei der Resorption zu Gasbildung, welches erheblich die Knochenheilung beeinträchtigt.

3. Beide Materialien müssen in einem aufwendigen speziellen 3D-Schweiss-CAM- System hergestellt werden und führen somit zu hohen Kosten. 4. Beide Systeme arbeiten mit einem Netz, das Löcher aufweist (Mesh), was eine zusätzliche Deckung mit einer Kollagenmembran erfordert, um ungünstigen Einwuchs von Bindegewebe anstelle von Knochen zu vermeiden. Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung einer individuell angepassten Vorrichtung zur Abdeckung und/oder Rekonstruktion einer Knochendefektstelle zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der vorbekannten Vorrichtungen und Verfahren nicht oder nur in vermindertem Maße aufweisen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Abdeckung und/oder Rekonstruktion einer Knochendefektstelle, die einen mit einem partikulärem Material unterfüllbaren Hohlraum zwischen Defektoberfläche und der dem Knochendefekt zugewandten Oberfläche der Vorrichtung aufweist, umfassend

• einen Aufsatz in Form einer dünnen Membran aus einem resorbierbaren Biomaterial, die eine dem Knochendefekt abgewandte Oberfläche und eine dem Knochendefekt zugewandte Oberfläche aufweist, und dessen Abmessungen und 3-dimensionale Geometrie seiner Ränder durch die Oberflächendaten des Knochendefektes definiert sind,

wobei die mit Hilfe eines Schichtbildgebungs Verfahrens gewonnenen und mittels CAD- Technik weiterverarbeiteten Oberflächendaten dazu verwendet werden, ein 3- dimensionales Formgebendes Modell herzustellen, auf welches entweder eine Biomaterial Membran aufgebracht und daran angepasst wird, oder ein härtbares oder polymerisierbares Biomaterial in amorpher Form aufgebracht und ausgehärtet oder polymerisiert wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein 3-dimensionales Formgebendes Modell zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dessen Abmessungen und die 3- dimensionale Geometrie seiner Ränder durch die Oberflächendaten eines Knochendefektes definiert sind, wobei es auf Grund der mit Hilfe eines Schichtbildgebungs Verfahrens gewonnenen und mittels CAD-Technik weiterverarbeiteten Oberflächendaten in einer additiven oder subtraktiven CAD-CAM- Fertigungseinheit, vorzugsweise in einem 3D Drucker erzeugbar ist.

Weiterhin Gegenstand der Erfindung ist ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das System folgende Komponenten umfasst:

(I) eine Datenverarbeitungsanlage zur Eingabe der mittels eines Schichtbildgebungs Verfahrens gewonnenen Oberflächendaten des Knochendefektes, auf welcher eine Software geladen ist, die diese Oberflächendaten mittels CAD-Technik weiterverarbeitet;

(II) einer additiven oder subtraktiven CAD-CAM-Fertigungseinheit, vorzugsweise einen 3D Drucker, der als Druckmedium einen ausreichenden Vorrat an einem druckbaren Material enthält, welche durch die in der Komponente (I) eingegebenen und weiterverarbeiteten Daten gesteuert wird;

(III) eine Arbeitsebene, auf welcher ein 3-dimensionales Formgebendes Modell erzeugt wird;

(IV) gegebenenfalls eine daran angeschlossene Verpackungseinheit, in welcher der in der Komponente (III) erzeugte 3-dimensionales Formgebendes Modell unter sterilen Bedingungen verpackt wird;

(V) eine Vorrichtung, mit Hilfe derer eine plane Membran aus einem resorbierbaren Biomaterial an die Oberfläche des 3-dimensionalen Formgebendes Modells angepasst werden kann. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine auf einen Datenträger geladene, ausführbare Software zur Durchführung der von einer Datenverarbeitungsanlage gesteuerten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere wobei sie den Oberflächendaten jedes erfassten Knochendefektes eine eindeutige Identifikationsnummer zuordnet und diese bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Formgebenden Modells oder des 3-dimensionalen Modells der Knochendefektstelle mit herausgibt. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der bevorzugten Methode zur Herstellung der Biegeform: Die Daten einer Schichtbildgebung (z.B. CT oder DVT) werden im Rahmen des CAD-Prozesses in Oberflächendaten des Defektes umgewandelt. Dann erfolgen die CAD-Rekonstruktion des Defektes und der Export dieser Oberflächendaten zum 3D-CAM-Druck.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Biomaterial- Schale zur Verwendung bei einer chirurgischen Knochenaufbautechnik mit dünnen Stabilisierungswänden (Schale) zur Verbesserung der Knochenheilung von Defekten und/oder Osseointegration von Implantaten, welche auf einem Biegemodel, welches mittels 3D-Printing auf der Basis von Oberflächendaten des Knochendefektes individuell hergestellt wurde, und aus einer konfektionierten planen Materialplatte gebogen wird, zur Verfügung gestellt.

Der bevorzugte Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Folgenden detailliert dargestellt:

1. Es erfolgt eine Schichtbildgebung zur Darstellung des Knöchernen Defektes (vorzugsweise DVT oder CT).

2. Die DICOM-daten der Schichtbildgebung werden als Oberflächendaten der knöchernen Oberfläche (z.B. STL-Datensatz) exportiert und in ein Programm zur Bearbeitung der Oberflächendaten (z.B. Slicer) eingelesen.

3. Der knöcherne Defekt wird in dem Programm virtuell aufgefüllt oder rekonstruiert.

4. Die Oberflächendaten des rekonstruierten Defektes werden als Oberflächendatensatz exportiert und entweder direkt oder nach Überführung in einen 3D-Druckdatensatz (z.B. gcode-Datei für Ultimaker-Drucker) als 3D-Modell gedruckt. 5. Dieses 3D-Modell dient als CAD-CAM-Formgebendes Modell zur Anpassung einer planen („2-dimensionalen") Biomaterialplatte, um eine 3-dimensionale passende Schale für die Implantation in den Patienten zu erhalten. Diese Anpassung kann beispielsweise in einem Hitzebad erfolgen, wenn das Biomaterial beispielsweise eine Polylaktidmembran ist. Die Biomaterialplatte ist vorzugsweise zur Vereinfachung des Vorgangs konfektioniert in der Größe und wasserdicht steril verpackt, sodass eine übersichtliche Auswahl standardisierter Größen an planen Biomaterialplatten oder auch idealerweise eine einzelne Größe für beliebige unterschiedliche Defekte verwendet und mit dieser Methode individuell angepasst werden können.

Der Begriff„Vorrichtung" wie er vor- und nachstehend verwendet wird bezeichnet ein zur Abdeckung und/oder Rekonstruktion einer Knochendefektstelle geeignetes Hilfsmittel in Form einer Schale aus einem resorbierbaren Biomaterial („Biomaterial- Schale"), deren Ränder durch die Abmessungen eines Knochendefektes definiert sind.

Der Begriff „Formgebendes Modell" oder auch „Biegeform" wie er vor- und nachstehend verwendet wird bezeichnet ein 3D-Modell, welches maßstabsgetreu die Oberfläche des virtuell rekonstruierten Defektes darstellt und zum Anbiegen der planen Biomaterial-Schale, beispielsweise nach Hitzeerweichen mit heißem Wasser, oder zum Erzeugen der gebogenen Biomaterial-Schale durch Aushärten oder Polymerisieren eines härtbaren oder polymerisierbaren Biometrial- Vorläufers verwendet wird. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung dieser Biegeform auf dem rekonstruierten Defekt mit Hilfe eines 3D-Druckers, vorzugsweise in Kunststoffstrahldrucktechnologie (PJP). Der Begriff „Biomaterial Membran" wie er vor- und nachstehend verwendet wird bezeichnet eine dünne, biokompatible Membran oder Folie, welche im Wesentlichen planar oder eben ist, wobei deren Oberfläche eine leichte Wölbung oder geringe Unebenheiten aufweisen kann, vorzugsweise aber ist sie planar. Der Begriff„Software" oder„App" wie er vor- und nachstehend verwendet wird betrifft ein in einer beliebigen Programmiersprache verfasstes ausführbares Computerprogramm, welches sowohl auf Desktops, Personal Computern, Tablets, Smartphones und Smartwatches jeglicher Art unter Windows, Mac oder Android les- und ausführbar ist. Es bedeutet insbesondere eine App, die auf einem Datenträger, vorzugsweise einer DVD, einer CD, einem USB Stick, einem Laufwerk eines Desktops oder Personal Computers, einem File Server oder einer Cloud geladen ist und auf einen Desktop oder Personal Computers ausführbar geladen werden kann. Sie kann zum Beispiel von einer App Store heruntergeladen werden oder aber auch komplett online verwendet werden.

Die Daten eines Knochendefektes eines Patienten können hochgeladen und in einer Cloud verwendet werden oder bei heruntergeladener App auch lokal verwendet werden.

Die bevorzugte Ausführung der Erfindung verwendet die Kunststoffstrahldrucktechnologie (PJP) zur Herstellung des formgebenden Modells, wobei der Kunststoff üblicherweise als Filamentfaden von einer Rolle zugeführt wird. In einem 3D-Drucker dieser Art (z.B. Ultimaker 2+) wird der Aufsatz gedruckt, indem der Werkstoff über Zuführschläuche durch die Druckstrahlen aus der Patrone gezogen wird. Der Werkstoff wird daraufhin in einem dünnen Strahl durch die Druckstrahlen gespritzt. Die Bewegung des Druckstrahls wird von der Druckerplatte koordiniert, die sich nach der Erzeugung jeder Schicht absenkt, sodass eine neue Schicht auf die letzte aufgetragen werden kann. So entsteht Schritt für Schritt das Objekt in Form eines Festkörperfüamentes. Diese Technik ist ein 3D-Druck mittels geschmolzenen Materialen und wird auch als Fused Filament Fabrication (FFF), Schmelzschichtung (z.B. FDM - Fused Deposition Modeling) bezeichnet.

Auf Basis der oben beschriebenen Layer, wird ein 3D-Objekt vorzugsweise auf einer beweglichen und/oder beheizten Plattform aufgebaut. Der Druckkopf ist dabei ein beheizter Extruder, der zugeführtes Material (in Draht oder Stäbchenform) schmilzt. Je nach Modell wird entweder die Düse selbst und/oder die darunter liegende Plattform bewegt. Die Geschwindigkeit eines solchen Druckers wird dabei an die Zeit angepasst, die das verwendete Material zum Abkühlen und Härten benötigt. Erst wenn die darunter liegende Schicht erstarrt ist, wird die nächste Ebene aufgetragen. Die Qualität eines solchen Druckers ist dabei neben dem digitalen Entwurf auch von der Präzision der Bewegungen, der Feinheit der Düsen und den thermischen Eigenschaften des Materials abhängig. Durch das Hinzufügen von weiteren Extruder und eingefärbten Materialien können auch farbige Objekte realisiert werden.

In einem alternativen Verfahren kann ein solches resorbierbares Festkörperfüament auch mit Hilfe einer anderen 3D-Drucktechnik hergestellt werden.

Insgesamt gibt es verschiedene Techniken neben der beschriebenen Kunststoffstrahldrucktechnologie (PJP) zum 3D-Druck.

Ähnlich wie bei einem "normalen" Papierdrucker, benötigt auch ein 3D-Drucker eine digitale Datei welche die Informationen des zu druckenden Objekts bereitstellt.

Während beim Papierdrucker eine .doc oder .txt Datei mit den Textinhalten zur Anwendung kommt, wird bei der "digital Fabrication" ein Dateiformat verwendet, welches Informationen über das 3D-Modell des Knochendefektes enthält. Um das Objekt aus einem 3D-Modell aufbauen zu können, muss es jedoch zuvor (digital) in einzelne 2- Dimensionale, horizontale Scheiben (Layer) geschnitten werden. Ein derartiges Dateiformat mit den Informationen aller einzelnen Layer ist beispielsweise eine .STL oder .AMF Datei. Auf Basis einer solchen Datei, kann jeder aktuelle„SD- Drucker" ein Objekt aus der Summe der einzelnen 2D-Schichten aufbauen. Additive Manufacturing (AM) zu Deutsch auch Generative Fertigung umschreibt eine Vielzahl von technischen Verfahren die von der ASTM International, 2012 im Englischen in die Bereiche vat photopolymerisation, material jetting, binder jetting, material extrusion, powder bed fusion, sheet lamination oder directed energy deposition kategorisiert wurden. Manche dieser Verfahren sind im Prinzip sehr ähnlich und unterscheiden sich nur durch einige wenige Abänderungen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere solche Vorrichtungen, Verfahren und Systeme, die unter Verwendung von marktüblichen 3D-Druckern mit Kunststoffstrahldrucktechnologie (PJP) mit Festkörperfilamenten, welche mit Hitze aus einem festen Materialfaden (Filament) von einer Zuführungsrolle einen 3D-Druck durchführen (Kunststoffstrahldrucktechnologie (PJP) 3D-Drucker), erzeugt werden können. Hier ist die Verwendung des Polylaktides (PLA) oder Polyglykolides (PGA) besonders bevorzugt, da dies handelsüblich etabliert ist. Außerdem können alle anderen Materialien verwendet werden, welche resorbierbar und mit der genannten Technik herstellbar sind.

1. Bildgebung und CAD-Planung

Es findet eine Schichtbildgebung statt, welche am praxisüblichsten als Computertomografie (CT) oder digitale Volumentomografie (DVT/CBCT) erfolgt. Diese Untersuchung liefert Schichtbilder, welche üblicherweise im DICOM-Format zu anderen Systemen und Programmen portiert werden, aber auch in proprietären Dateiformaten weiterverarbeitet werden können. Aus diesen Schichtbilddaten werden dann Oberflächendaten erstellt. Ein übliches Dateiformat ist hierbei das STL- Datenformat. Es kann beispielsweise im Programm OsiriX ein DICOM-Datensatz als STL-Datensatz exportiert werden. Dieser STL-Datensatz kann dann in einem Programm zur Bearbeitung von Oberflächendaten, wie beispielsweise Slicer, so bearbeitet werden, dass der knöcherne Defekt virtuell aufgefüllt wird und man somit einen Oberflächendatensatz der gewünschten rekonstruierten Form erhält. Diese Datensatz kann beispielsweise als STL-Datensatz direkt oder nach Umwandlung in einen Steuerdatensatz für die CAM-Produktion von einem 3D-Drucker zur Herstellung eines physischen Modells der gewünschten Rekonstruktion genutzt werden. Die erfindungsgemäße Software importiert und, falls erforderlich, digitalisiert die Daten der Schichtbildgebung und überträgt sie in einen Datensatz, der einen 3D-Drucker oder eine Materialfräse steuern kann. Gleichzeitig ordnet sie jedem erfassten Knochendefekt einen Identifikationscode zu, der es später erlaubt, das Modell einem bestimmten Patienten zuzuordnen. 2. CAM-Herstellung des Formgebenden Modells

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung von marktüblichen 3D-Druckern oder Materialfräsen zur Herstellung des Formgebenden Modells. Dieses Modell ist eine Form des Knochens mit dem bereits virtuell aufgefüllten Defekt (Ergebnisplanung und somit Formvorgabe der Augmentation), um damit die Bio materialplatte entweder 3-dimensional zu biegen oder durch Aushärten oder Polymerisieren eines entsprechenden amorphen Vorläufermaterials auf der Oberfläche des Modells zu erzeugen. Es wird der Datensatz zum Herstellen der Biegeform über den 3D-Drucker als CAM-Maschine in eine physische 3D-Form überführt. Die üblichsten Verfahren hierzu schließen ein:

• Hitze-Filament-3D-Druck aus Thermoplastischen Kunststoffen, welche üblicherweise von Rollen als Filamentfäden zugeführt werden. Z.B. Ultimaker 2+ 3D-Drucker

• Sterolithografiedrucker, welche aus einem flüssigen Material Reservoir mittels SD- Aktivierung (z.B. Laser/Lichtgesteuert) die 3D-Objekte erstellen. Z.B. Formlabs Form2-Printer

• Kunststoffstrahldrucktechnologie (PJP) mit Pulver. Z.B. Der CubePro 3D-Drucker oder ProJet® 1200 Drucker der Firma 3D Systems Inc. druckt die Objekte, indem er den Werkstoff über Zuführschläuche durch die Druckstrahlen aus der Patrone zieht. Der Werkstoff wird daraufhin in einem dünnen Strahl durch die Druckstrahlen gespritzt. Die Bewegung des Druckstrahls wird von der Druckerplatte koordiniert, die sich nach der Erzeugung jeder Schicht absenkt, sodass eine neue Schicht auf die letzte aufgetragen werden kann. So entsteht Schritt für Schritt das Objekt.

Die erhaltene Biegeform kann entweder sterilisiert werden und in einem sterilen Wärmebad zum Anpassen der Biomaterialplatte verwendet werden oder unsteril angewendet werden, wenn das Biomaterial beim Biegen steril verpackt bleibt oder als dritte Variante nach dem Biegen sterilisiert wird.

3. Anpassen der planen Biomaterialplatte mit der Biegeform. Vorzugsweise wird eine plane Biomaterialplatte, wie bereits von der Firma KLS Martin auf dem Markt befindlich, als Schale verwendet. Wie beschrieben wird diese Schale mit der Biegeform an die individuell geplante Knochenrekonstruktion angepasst. Hierbei ist als Biomaterial, aus welchem die erfindungsgemäße Membran besteht, die Verwendung von resorbierbarem oder nicht resorbierbarem Material möglich. Wobei hierbei alle als Biomaterial geeigneten Verbindungen und Stoffe in Betracht kommen. Insbesondere klassische Polymere wie PLLA, PGA, PCL, PEEK aber auch neue Biopolymere wie Polyphosphate oder Silicate. Ebenso zählen hierzu geeignete Metalle und Legierungen, sowie Keramiken. Es sind aber auch Zuckerverbindungen wie Chitosan oder auch Verbindungen wie Alginat oder Kombinationsmaterialien aus verschiedenen Materialklassen und Materialien möglich, auch natürliche Materialien wie allogener oder xenogener Knochen. Hierbei sind folgende Eigenschaften wichtig und ggf. durch Materialkombination optimierbar: Biokompatibilität, Osteokonduktivität, Osteoinduktivität, Resorbierbarkeit, Beladungsmöglichkeit mit Medikamenten und anderen aktiven Substanzen sowie deren Freisetzungskinetik, mechanische Eigenschaften wie E-Modul und Steifigkeit, sowie Bearbeitbarkeit in den verschiedenen möglichen Herstellungsverfahren. Eine bevorzugte Ausführungsform der Membran ist Polylaktid (PLA) oder Polyglykosid (PGA) oder Polycaprolacton (PCL). Dieses kann durch kontrollierte Hitze in einem Flüssigkeitsbad weich gemacht und der Form angepasst werden. Hierzu gibt es drei bevorzugte Verfahrensweisen:

• Biegeform und Biomaterial werden getrennt oder gemeinsam steril verpackt und das Biegen findet in der OP statt.

• Biegeform bleibt unsteril und Biomaterial wird in der Packung steril und ggf. wasserdicht verpackt, sodass ein Biegen ohne Sterilisierung der Biegeform möglich ist.

• Biegeform und Biomaterial sind beim Biegen unsteril und die Sterilisation des Biomaterials findet nach dem Biegen statt. Polylaktidschalen oder andere Schalen sind bei einer sehr dünnen Materialschicht von 0,1mm bis 0,25mm trotz der Freisetzung von sauren Laktidabbauprodukten nicht nachteilig für die Knochenheilung, was aus den Daten des SonicWeld Systems bekannt ist.

Die hier beschriebene resorbierbare Biomaterial-Schale kann außerdem analog den bekannten Formen aus dem SonicWeld System als Membran ohne Poren, Löcher oder Mesh-Struktur verwendet werden. Daher ist eine Kollagenmembran nicht zwingend erforderlich und das Risiko von Bindegewebsbildung dennoch gering. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Membran ist Titan oder Magnesium, wobei das Metall ohne weitere Bearbeitung oder Vorbehandlung manuell an die Biegeform angebogen werden kann.

Außerdem können alle anderen Biomaterialien verwendet werden, welche in konfektionierten planen Formen abgepackt und später angeformt werden können.

3. Erzeugen der Biomaterialschale auf dem Formgebenden Modell.

Dazu wird ein härtbarer oder polymerisierbarer Vorläufer des Biomaterials in amorpher oder fluider Form als Gel, Pulver, Suspension, Lack oder Film auf das Formgebende Modell aufgebracht. Geeignete polymerisierbare Vorläufer sind Monomere wie Lactid (3,6-Dimethyl-l,4-dioxan-2,5-dion), ε-Caprolacton (6-Hydroxyhexansäurelacton), Acrylsäure und Methacrylsäure sowie deren entsprechenden Ester, insbesondere ε- Caprolacton. Dann wird die Erhärtung bzw. Polymeristion des Materials abgewartet, welches dabei durch das Formgebende Modell die vorgegebene 3D-Form annimmt. Überstehende Ränder werden zugeschnitten und gefräst. Dann erfolgt eine geeignete Umverpackung und Strahlensterilisierung. Eine Möglichkeit hierzu ist es eine viskose Zweikomponentenflüssigkeit in situ zu vermischen die dann auf der Oberfläche des Formgebenden Modells polymerisiert, z.B. mit Hilfe einer Zweikammer-Spritze des kommerziell erhältlichen Straumann® MembraGel™, von Institut Straumann AG, CH-4002 Basel, Schweiz

Eine weitere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, eine Paste aus einem Lösungsmittel und mit Laktid beschichteten Granulaten auf die Oberfläche des Formgebenden Models aufzubringen, das Lösungsmittel durch Zusatz von Wasser zu entziehen, wodurch die Paste erstarrt. Solche Systeme sind zum Beispiel kommerziell erhältlich als GUIDOR® easy-graft von Sunstar Suisse S.A., 1163 Etoy, Schweiz.

Dadurch kann mit einer sehr kostengünstigen Technik und einem bereits etablierten und kostengünstigen Material in einem einfachen 3D-Drucker im Preisbereich eine individuell angepasste Biomaterialschale zu niedrigen Produktionskosten hergestellt werden.

Bevorzugt sind solche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei

(i) das 3-dimensionale Formgebende Modell mit Hilfe eines additiven oder subtraktiven CAD-CAM-Herstellungsgerätes hergestellt wird.

(ii) die Membran eine Stärke von 0,1-0,2 mm aufweist.

(iii) die Oberflächendaten, mit digitaler Volumentomographie (DVT / CBCT), Computer Tomographie (CT) oder Magnetresonanz- bzw. Kernspintomographie (MRT) des Knochendefektes ermittelt werden.

(iv) das 3-dimensionale Formgebende Modell mit einem 3D Drucker in einem Schmelzschichtverfahren bei grobregulierten Temperaturen hergestellt wird.

(v) das 3-dimensionale Formgebende Modell mit einem 3D-Drucker in einem Schmelzschichtverfahren bei Temperaturen von 100 bis 300 °C hergestellt wird.

(vi) die Membran aus einem Biomaterial besteht.

(vii) die Membran aus einem resorbierbaren Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polylactid, Polyglycolid und Polycaprolacton besteht.

(viii) die Membran aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung besteht.

(ix) die Membran aus Titan oder einer Titanlegierung besteht. Eine alternative Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Verfahren umfassend die folgenden Schritte

(a) Eingabe der durch ein Schichtbildgebungs verfahren ermittelten Oberflächendaten des Knochendefektes in eine Datenverarbeitungsanlage,

(b) Weiterverarbeitung dieser Oberflächendaten mit einer CAD-Technik,

(c) Steuerung eines 3D Druckers mit den entsprechend weiterverarbeiteten Daten;

(d) Erzeugen eines 3-dimensionalen Models der Knochendefektstelle mit dem 3D Drucker;

(e) Auffüllen des Modelles des Knochendefektes mit einem plastisch verformbaren und Werkstoff zur Rekonstruktion des Defektes und damit einem resultierenden eines

Modells der ursprünglichen Knochenoberfläche;

(f) optischer Oberflächenscan der in (e) rekonstruierten Modelloberfläche;

(g) Weiterverarbeitung der in (f) erhaltenen Oberflächendaten mit einer CAD- Technik,

(h) Steuerung eines 3D Druckers mit den entsprechend weiterverarbeiteten Daten; (i) Erzeugen eines 3-dimensionalen Formgebenden Modells mit einer CAM Einheit,

(j) Aufbringen und Anpassen einer planen Biomaterial Membran; oder

(k) Aufbringen eines härtbaren oder polymerisierbaren Biomaterials in amorpher oder fluider Form und Aushärtung oder Polymerisierung desselben.

Die in einem 3D Drucker verwendeten Filamente haben vorzugsweise handelsübliche Durchmesser von beispielsweise 1,75mm oder 2,85mm oder 3,00mm und sind auf Rollen gelagert von denen sie in den 3D-Drucker abgerollt werden.

Die Druckdüsen des Hitze-Technik-Filament-3D-Druckers weisen beispielsweise einen Durchmesser von handelsüblichen 0,1mm oder 0,25mm oder 0,40mm oder 0,60mm oder 0,85mm auf. Die planen Bio materialschalen zum erfindungsgemäßen Biegen weisen eine Dicke von 0,1mm bis 0,25mm auf, wobei vorzugsweise eine Dicke von 0,1mm angestrebt wird. Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu beschränken. Beispiel 1:

Biegen beim Hersteller und Lieferung des fertig gebogenen Produktes:

Ein erfindungsgemäßes Produkt ist beispielsweise eine PLA-Polymilchsäureplatte, wie die der Firma KLS Martin, mit einer Dicke von 0,1mm in der Fläche. Es wird nun zunächst die Biegeform hergestellt:

• Ein DVT des Patienten in einem Sirona Galileos DVT Gerät wird angefertigt.

• Ein DVT-Datensatz des knöchernen Defektes wird als DICOM Datensatz aus dem Sidexis Programm der Firma Sirona, wie bei anderen DVT-Programmen auch, exportiert.

• Dieser DICOM-Datensatz wird in das Programm OsiriX eingelesen und ein STL- Datensatz der Oberfläche generiert und exportiert.

• Dieser STL-Datensatz wird in das Programm Slicer importiert. Das Programm Slicer wird durch eine mit der Programmiersprache Python generierte Erweiterung so ausgestattet, dass der Defekt planungsgemäß virtuell ausgefüllt werden kann, um einen STL-Datensatz der gewünschen Schale zu erhalten. Dieser STL-Datensatz wird dann exportiert und dann zur CAM-Herstellung der Biegeform genutzt.

• In einem Ultimaker 2+ 3D-Printer mit 2,85mm PLA-Filament bei einer Drucktemperatur von 210°C wird die Biegeform hergestellt. Der Hierfür nötige Druckdatensatz wurde als gcode-File mit dem Programm Cura aus einem STL- Datensatz generiert.

Es erfolgt dann das Erwärmen der Biomaterial PGA Platte der Dicke 0,1mm und Anpassung an die Biegeform. Dazu wird die Platte auf die Form gelegt, wobei eine Positionierung durch Festhalten oder Positionierungselemente an den Ecken oder Rändern der Form erfolgt. Dann wird mittels einer Wasserdampfpistole feuchte Hitze von oben appliziert. Die PGA-Platte wird weich und sinkt auf die Biegeform, und nimmt so die vorgegebene 3D-Form an.

Die Ränder werden zugeschnitten und gefräst. Dann erfolgt eine geeignete Umverpackung und Strahlensterilisierung. Dann erfolgt die Implantation und gegebenenfalls Fixierung mit Osteosyntheseschrauben im Defektbereich des Patienten während einer OP, sowie Unterfüllung mit partikulärem Biomaterial und/oder Eigenknochen.

Beispiel 2:

Biegen bei der Operation durch den Chirurgen wobei die Biegeform steril ist:

Eine Biegeform wird wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt. Diese Biegeform wird gesetzeskonform verpackt und strahlensterilisiert. In der Operation wird ein Wärmebad mit Flüssigkeitsfüllung steril aufgebaut, wie dies beim Sonic Weld System vorgesehen ist. Es wird dann die sterile Biegeform in das Bad gebracht. Dann wird eine sterile Biomaterialplatte auf dieser Biegeform aufgebracht und nach Erweichung durch das Wärmebad an die Biegeform angepasst um die gewünschte Form zu erhalten. Die Ränder werden beschnitten und geglättet.

Dann erfolgt die Implantation und gegebenenfalls Fixierung mit Osteosyntheseschrauben im Defektbereich des Patienten, sowie Unterfüllung mit partikulärem Biomaterial und/oder Eigenknochen.

Beispiel 3:

Analoge Augmentation des Defektes:

Ein erfindungsgemäßes Produkt ist beispielsweise eine solches nach Beispiel 1 oder 2, wobei abweichend für die Herstellung der Biegeform folgender Ablauf stattfindet:

□ Ein DVT des Patienten in einem Sirona Galileos DVT Gerät wird angefertigt.

□ Ein DVT-Datensatz des knöchernen Defektes wird als DICOM Datensatz aus dem Sidexis Programm der Firma Sirona, wie bei anderen DVT-Programmen auch, exportiert.

□ Dieser DICOM-Datensatz wird in das Programm OsiriX eingelesen und ein STL- Datensatz der Oberfläche generiert und exportiert.

□ Dieser STL-Datensatz wird in verwendet, um mit einem 3D Drucker oder einem anderen geeigneten CAM System ein analoges Modell des Defektes zu erstellen. Beispielsweise in einem Ultimaker 2+ 3D-Printer mit 2,85mm PLA-Filament bei einer Drucktemperatur von 210°C. □ Der Defekt am Modell wir mit einem geeigneten plastischen Material gefüllt, um eine Augmentation des Defektes zu erreichen.

□ Es erfolgt dann der optische Oberflächenscan des analog augmentierten Defektes.

Dieser Scan ergibt direkt oder indirekt einen STL-Datensatz der Oberfläche. Dies kann beipielsweise mit einer Omnicam von Sirona und deren Software aus der Cerec Produktreihe erfolgen. Es ist aber auch ein stationärer Modellscanner denkbar.

□ Dieser STL-Datensatz wird dann exportiert und dann zur CAM-Herstellung der Biegeform genutzt.

□ In einem Ultimaker 2+ 3D-Printer mit 2,85mm PLA-Filament bei einer Drucktemperatur von 210°C wird die Biegeform hergestellt. Der Hierfür nötige Druckdatensatz wurde als gcode-File mit dem Programm Cura aus einem STL- Datensatz generiert.

□ Es erfolgt dann das Erwärmen der Biomaterial PGA Platte der Dicke 0,1mm und Anpassung an die Biegeform. Dazu wird die Platte auf die Form gelegt, wobei eine Positionierung durch Festhalten oder Positionierungselemente an den Ecken oder Rändern der Form erfolgt. Dann wird mittels einer Wasserdampfpistole feuchte Hitze von oben appliziert. Die PGA-Platte wird weich und sinkt auf die Biegeform, und nimmt so die vorgegebene 3D-Form an.

□ Die Ränder werden zugeschnitten und gefräst. Dann erfolgt eine geeignete Umverpackung und Strahlensterilisierung.

□ Dann erfolgt die Implantation und gegebenenfalls Fixierung mit Osteosyntheseschrauben im Defektbereich des Patienten während einer OP, sowie Unterfüllung mit partikulärem Biomaterial und/oder Eigenknochen.

Beispiel 4:

Aufbringen eines amorphen Materials zur späteren Erhärtung auf dem Formgebenden Modell:

Eine erfindungsgemäßes Biomaterial Schale wird hergestellt, wobei folgender Ablauf stattfindet: □ Ein Formgebendes Modells wird entsprechend eines der Beispiele 1, 2 oder 3 hergestellt;

□ Es erfolgt dann das Aufbringen des Bio material- Vorläufers in einer Dicke von etwa 0, 1 mm in amorpher Form als Gel oder Pulver oder Suspension oder Lack auf dieses Formgebende Modell. Dazu wird beispielsweise ε-Caprolactone als

Gel/Suspension oder Pulver auf die Form aufgebracht. ε-Caprolactone weist eine siebengliedrigen Ringstruktur auf. Es kann entsprechend dann durch Zusatz verschiedener Katalysatoren und gegebenenfalls Initiatoren einer Ringöffnenden Polymerisation unterzogen werden, zum Beispiel M. Labet, W. Thielemans, Chem. Soc. Rev., 2009,38, 3484-3504. Vorzugsweise werden Lewis-Säuren, wie Zinkoder Titanderivate, oder Bronsted- Säuren, wie Kohlensäure oder Ammoniumchlorid eingesetzt. Eine weiter Möglichkeit besteht darin das aufgebrachte ε-Caprolactone im Beisein eines Initiators (z.B. Mesitylalkohol) zu erhitzen. Es polymerisiert in einer Kettenpolymerisation so zu Polycaprolacton (PCL), genauer Poly-8-Caprolacton,.

□ Bei der Erhärtung des Materials nimmt es durch das Formgebende Modell die gewünschte, vorgegebene 3D-Form an.

□ Die Ränder werden zugeschnitten und gefräst. Dann erfolgt eine geeignete Umverpackung und Strahlensterilisierung.

Dann erfolgt die Implantation und gegebenenfalls Fixierung Osteosyntheseschrauben im Defektbereich des Patienten während einer OP, Unterfüllung mit partikulärem Bio material und/oder Eigenknochen. Beispiel 5:

Ein Patient, 45 Jahre, hatte keine Kontraindikationen gemäß Konsensus Konferenz und wies einen Schaltlückendefekt regio 16 auf. Eine digitale Volumentomografie wurde mit einem Sirona Galileos DVT-Gerät erstellt (Voxelgröße 0,3 mm; 85kV und 35 mAs). Volumendichte- und Region-of-interest-(ROI)-Definition, sowie die virtuelle Augmentation erfolgten direkt in den Bildschichten im Programm 3D Slicer (Version 4.5.0-1 r24735). Hieraus wurde ein STL-Datensatz exportiert, welcher zur Herstellung eines 3D-Biegemodells in einem Ultimaker 2+ Printer mit FDA-zugelassenem PLA- Filament verwendet wurde. Die entsprechend angepasste KLS Martin 0,2mm Resorb x Poly-D, L-lactic acid (PDLLA) Membran (30*30mm, perforiert) wurde im Oberkiefer regio 16 zum vertikalen Knochenaufbau eingebracht und mit Eigenknochen und Geistlich BioOss L augmentiert. Postoperativ war der Heilungsverlauf komplikationsfrei. Die ISO-Vorschriften wurden entsprechend beachtet.

Beispiel 6:

Eine Patientin, 55 Jahre alt, hatte keine Kontraindikationen gemäß Konsensus Konferenz und wies bei zahnlosem Oberkiefer einen großen horizontalen Alveolarkammdefekt regio 12 bis 14 auf. Es erfolgte eine Planung analog Beispiel 5 bis zur ROI-Definition. Nach einem STL-Export wurden die Oberflächendaten in Autodesk Meshmixer (Version 11.0.544) eingelesen und dort die virtuelle Augmentation wesentlich einfacher und schneller durchgeführt. Die weitere Behandlung erfolgte ebenfalls analog Beispiel 5 mit derselben KLS Martin Resorb X Membran. Postoperativ war der Heilungsverlauf komplikationsfrei. Die ISO-Vorschriften wurden entsprechend beachtet.

Während bestimmte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Veränderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen. Daher besteht das Ziel der beigefügten Schutzansprüche darin, alle derartigen Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des wahren Geistes und Umfangs der Erfindung abzudecken.