Enhanced radiographic visualization of resorbable foils for orbital floor reconstruction: A proof of principle

Fragestellung: Das Angebot an Materialien, die für die Rekonstruktion von Orbitabodenfrakturen zur Verfügung stehen, ist vielfältig und beinhaltet autologe Knochen- und Knorpeltransplantate, Titan sowie resorbierbare und nicht resorbierbare Polymere. Trotz vieler Vorteile, die mit der Verwendung von resorbierbaren Polymeren einhergehen, verhindert die fehlende Radioopazität eine sichere postoperative Evaluation des Therapieergebnisses. Die vorliegende Studie zielte darauf ab, diesem Nachteil entgegenzuwirken, indem die radiologische Visibilität neu entwickelter Materialien evaluiert wurde. Material und Methoden: Polymermatrices basierend auf Poly-L-Laktid-/ Polyglykolsäure (engl.: Poly-(L-Lactid Acid)/Poly-Glycolid Acid; PLLA/PGA) oder Poly-D,L-Laktidsäure (engl.: Poly-(D,L-Lactid Acid); PDLLA) wurden mit Magnesium (Mg), Hydroxylapatit (HA) oder β-Tricalciumphosphat (β -TCP) als radioopake Additive angereichert und hinsichtlich ihrer radiologischen Visibilität in drei verschiedenen Schichtstärken (0,3 mm, 0,6 mm und 1,0 mm) evaluiert, nachdem sie für diesen Zweck über den frakturierten Orbitaboden eines Körperspenders inseriert wurden. Als Positivkontrolle wurde ein Titan-Mesh verwendet, eine PDSTM Folie und ein Ethisorb PatchTM wurden als Negativkontrolle etabliert. Für die Anfertigung des radiologischen Bildmaterials wurden Computertomogramme (CTs) und Digitale Volumentomogramme (DVTs) erstellt. Die subjektive Einschätzung der radiologischen Sichtbarkeit wurde von zehn Auswertenden unterschiedlichen Erfahrungsniveaus auf einer Skala von 0 bis 10 sowohl für die CT- als auch die DVT-Scans vorgenommen. Zudem wurden für jedes Objekt Hounsfield Einheiten in den CT-Scans bestimmt. Ergebnisse: Sowohl in den CT-Scans als auch in den DVT-Scans konnten alle zehn getesteten Folien detektiert werden. In den CT-Scans lag für das Standard-Weichteilfenster eine signifikant höhere (p < 0,001) Visibilität (Durchschnittswert: 7.3, mit den Grenzwerten 2 und 10) vor als im Standard-Knochenfenster (Durchschnittswert: 5.2, mit den Grenzwerten 1 und 10). In den DVT-Scans zeigte sich eine signifikant geringere Visibilität der Materialien gegenüber der subjektiv eingeschätzten Materialsichtbarkeit in den CT- Scans sowohl im Standard-Weichteilfenster (p < 0,001) als auch im Standard-Knochenfenster (p < 0,001). Dennoch konnten auch in den DVT-Scans alle Materialien suffizient detektiert werden. Mit β-Tricalciumphosphat (β -TCP) angereichertes PDLLA war sowohl im CT als auch im DVT dasjenige Material, welches verglichen mit den anderen untersuchten Materialien in allen drei Schichtstärken die höchste radiologische Visibilität zeigte. Zusammenfassung: Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die Anreicherung von Polymeren auf PLLA/PGA- und PDLLA-Basis mit radioopaken Zusätzen eine fortschrittliche Methode sein kann, um ihre radiologische Materialvisibilität zu verbessern und auf diese Weise eine postoperative Kontrolle nach Orbitabodenrekonstruktion zu ermöglichen.Question: The range of available materials for orbital floor reconstruction is diverse, including autologous bone, cartilage grafts, titanium, resorbable and non-resorbable polymers. Despite many advantages of resorbable polymers, the postoperative therapy result evaluation is challenging due to the material´s radiolucency. The aim of the present study was addressing this disadvantage by evaluating the radiological visibility of newly developed materials. Material and Methods: Polymer matrices consisting of poly (L-lactide acid) / poly-glycolide acid (PLLA / PGA) or poly (D, L-lactide acid) (PDLLA) were mixed with magnesium (Mg), hydroxyapatite (HA) or β-tricalcium phosphate (β -TCP) as radioopaque additives and evaluated for their radiological visibility in three different layer thicknesses (0.3 mm, 0.6 mm and 1.0 mm) after being inserted over the fractured orbital floor of a human head specimen. A titanium mesh was used as positive, PDSTM and Ethisorb PatchTM as negative control. Computed tomograms (CTs) and cone beam computed tomograms (CBCTs) were created to produce radiographic images. The subjective assessment of radiological visibility was made by ten evaluators with different levels of experience on a scale from 0-10 for both, the CT and CBCT scans. In addition, Hounsfield units were determined in the CTs for each study object. Results: All of the ten study objects were detectable in both, the CT and the CBCT scans. In CT scans, there was a significantly higher (p < 0.001) visibility in the standard soft tissue window (mean score: 7.3, ranging from 2-10) in comparison to the standard bone window (mean score: 5.2, ranging from 1-10). CBCT scans (mean score: 3.3, ranging from 0-7) showed a significantly lower but still sufficient material´s visibility compared to the subjectively assessed material´s visibility of the CT scans in the standard soft-tissue window (p < 0.001) and in the standard bone window (p < 0.001). In the majority of cases, PDLLA enriched with β-tricalcium phosphate (β-TCP) was the material with the highest radiological visibility comparing the different material's visibility among the group of same layer thicknesses with each other in CT as well as in CBCT scans. Summary: The results of the present study show that enriching PLLA/PGA- and PDLLA-based polymers with radiopaque additives could be a seminally technique to improve the material´s radiological visibility. According to our data, orbital floor reconstruction with these newly developed materials could provide a postoperative radiographic control