Планирование реконструктивных операций с использованием метода лазерной стереолитографии

Научные публикации

В работе изложены принципы планирования реконструктивных вмешательств с использованием метода лазерной стереофотографии при устранении посттравматических и врожденных дефектов и деформаций лицевого скелета.

ВВЕДЕНИЕ

Процесс планирования предстоящего оперативного вмешательства состоит из выявления и анализа объемных характеристик дефекта, определения количества утраченных тканей, решении вопроса о выборе донорского участка или источника другого материала, способе переноса пластического материала. К сожалению, до настоящего времени в повседневной практике большинством хирургов, для оценки и анализа объемных характеристик дефекта лицевого скелета, используются традиционные методы, основанные на получении фотографий больного (в анфас и профиль крупным планом), а также гипсовых масок лица и рентгенограмм лицевого скелета [1, 2]. Однако, данный метод имеет существенный недостаток – он позволяет оценивать линейные и угловые параметры дефекта, отображенные в двухмерном пространстве. Планирование реконструктивных и пластических операций, подбор и изготовление трансплантата или имплантата, основанное в настоящее время на клинических, антропометрических и рентгенологических данных и осуществляемые с помощью простых измерительных инструментов, масок и фотографий, носят опосредованный характер [10, 11, 14]. Многие авторы подчёркивают, что формирование трансплантата в соответствии с ложем, формой и контуром дефекта – трудоёмкий и длительный процесс, увеличивающий длительность операции, что может утяжелять течение послеоперационного периода и приводить к различным осложнениям [3, 10, 11, 12, 14]. Применение унифицированных стандартных наборов имплантатов различных размеров с целью решения данной проблемы, оказалось несостоятельным, так как имплантат необходимо подбирать в соответствии не только с дефектом, но и со строением лицевого скелета в каждом индивидуальном случае [7]. При этом было установлено, что рентгенологическая картина бывает слишком сложной для расшифровки из-за наложения теней соседних отделов лицевого черепа [6]. Кроме этого, экспериментальным исследованиями на изолированных черепах и фантомах, а так же критическим анализом клинических наблюдений, доказано несоответствие рентгенологических и краниометрических расчётов с истинными анатомическими параметрами. В индивидуальной диагностике наиболее высоко оцениваются возможности компьютерных томографических исследований, однако выведенные среднестатистические параметры не характеризуются какими-либо фиксированными значениями, так как существенно варьируют [10, 11, 14].

Началом нового этапа в развитии методов диагностики дефектов лицевого черепа и планирования реконструктивных вмешательств, является внедрение в пластическую хирургию компьютерных технологий. Благодаря развитию этих технологий в медицине на рубеже 80-90-х годов прошлого столетия, компьютерное моделирование двухмерного изображения постепенно трансформировалось в методы компьютерной графики и моделирования изображения в трехмерном пространстве [4, 8, 9, 15, 16]. Однако, первоначальное применение компьютерной графики носило чисто теоретический характер и не имело практического применения в челюстно-лицевой хирургии. Начало клиническому применению трехмерного моделирования изображений положила работа J. Marsh и M. Vanider (1983, 1986). Исследование было посвящено разработке и реализации метода компьютерной томографии для получения трехмерных изображений из двухмерных изображений, полученных методом рентгеновского сканирования тканей. Затем, С. Сutting с соавт. (1986) описали результаты экспериментальных исследований, полученных при разработке метода компьютерного трехмерного моделирования черепно-лицевых операций, дающего возможность комбинировать цефалометрические и томографические модели. С использованием этой системы авторы стали проектировать оптимальные расстояния для движения костных фрагментов, планировать разрезы и костные реконструкции.

В дальнейшем, К. Fukutura и соавт. (1990), применяя сканирование, создавали зеркальные образы контрлатеральных, неповрежденных тканей при устранении односторонних дефектов и планировали нужную симметрию.

В период 1992-2000г. г. в отечественной литературе появились ряд публикаций, посвященных компьютерному моделированию пластических операций с использованием компьютерных программ «Dentofacial Planner TM» и «Picture Men» [1, 4]. Однако, приведенные авторами данные свидетельствуют лишь о возможности создания компьютерной модели предполагаемого результата предстоящего оперативного вмешательства с учетом желаний пациента и реальных возможностей профессионального уровня хирурга, что далеко не всегда соответствовало реальному результату оперативного лечения.

Начиная с 2000 года, благодаря развитию компьютерных и лазерных технологий, стало возможным получение твердых копий трехмерных образов, созданных с помощью компьютера. Эти технологии были объединены под общим названием - быстрого прототипирования. На данный момент основным методом создания полимерных копий компьютерных образов служит лазерная стереолитография – технология послойного изготовления трехмерных объектов из жидких фотополимеризующихся композиций, в частности моделей черепа больного [5, 9]. Данный метод позволил открыть новое направление в реконструкции лицевого скелета при устранении его дефектов с использованием титановых эндопротезов с пористой поверхностью применительно к нижней челюсти [5].

К сожалению, в отечественной литературе мы не нашли детального определения метода планирования пластики дефектов лицевого скелета с использованием лазерной стереолитографии с указанием показаний и противопоказаний к его применению. Таким образом, очевидна необходимость дальнейшей разработки и модификации метода планирования пластики дефектов с использованием лазерной стереолитографии применительно к дефектам лицевого скелета различной локализации.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В основу работы положены результаты обследования и хирургического лечения 75 больных с травмами, опухолями и посттравматическими деформациями верхней, средней и нижней зон лицевого скелета, сопровождающихся дефектами различной локализации и распространённости.

Все пациенты, в зависимости от диагноза, поступали в экстренном или плановом порядке. При поступлении проводилось стандартное обследование, включающее клинический осмотр, а также стандартные лабораторные методы исследования. Рентгенологическое исследование черепа проводили по общепринятой методике с использованием аппарата «Prestilix Medical Systems 1600E». Исследования проводили в эксцентрической прямой, передней и задней аксиальных проекциях. Эксцентрическая прямая проекция детально очерчивают зону орбит, лобную кость и фронтальные синусы, полость носа и верхнечелюстные синусы, а обе аксиальные проекции позволяют изучить не только скелет средней зоны лица, но и основание черепа, основную пазуху, скуловые кости в комплексе со скуловыми дугами. С целью определения объёма поражения лицевого скелета при травмах и онкологическом процессе, геометрической формы возникшего дефекта при травматических деформациях, нами использовалось компьютерное осевое томографическое исследование на спиральном компьютерном томографе «Toshiba» по 3D-программе. Расшифровка рентгенограмм и данных компьютерной томографии по 3D-программе включало оценку состояния костей лицевого скелета – наличие или отсутствие хронического воспалительного процесса, смещения костных фрагментов, наличие и распространённость костных дефектов, а также сообщение их с полостью носа, верхнечелюстного и фронтального синусов, полостью рта и черепа.

С целью планирования предстоящего оперативного вмешательства использовали метод лазерной стереолитографии с изготовлением пластиковых моделей черепа больного. Метод основан на применении данных осевого компьютерного исследования на спиральном компьютерном томографе «Toshiba» по 3D-программе (толщина срезов 0, 5 мм). В последующем, по компьютерным томограммам на установке ЛС-250/Э изготавливается пластиковая модель в лаборатории лазерной стереолитографии Института проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ РАН, г. Шатура). Полученная модель позволяла с высокой точностью определить линейные и угловые размеры дефекта лицевого скелета, его форму и взаимоотношения с полостными образованиями лица и черепа. Исходя из полученных данных, на модели черепа определяли линии остеотомий и резекций лицевых костей, расстояния на которые необходимо было переместить остеотомированные фрагменты, а так же осуществляли моделирование имплантатов, возмещающих отсутствующие фрагменты лицевого скелета (Рис. 1). В обязательном порядке после оперативного вмешательства производили контрольное компьютерное томографическое исследование по 3D-программе. Во всех клинических случаях оценку результата хирургического лечения производили путем сравнения стереолитограмм черепа больного до и после оперативного вмешательства.

В качестве пластического материала нами использовались имплантаты из титана в виде стандартных пластин, применяемых для устранения дефектов стенок орбиты, височно-нижнечелюстного сустава и нижней челюсти, а так же перфорированные экраны в виде стандартных заготовок размером 100*100 мм производства «Synthes» (Швейцария). Кроме этого, в некоторых клинических случаях применялись индивидуальные титановые имплантаты, изготовленные методом литья на литейной полуавтоматической установке фирмы «Shutz dental» (Германия) из титана (стандарт ASTM F 67-89 или DIN 17 850 – 1990). Данный метод устранения тотальных и субтотальных дефектов лицевого скелета нами применялся в случаях, когда форма дефекта имела сложную пространственно-геометрическую конфигурацию и проецировалась в трех и более плоскостях.

На основании полученных данных, разработана принципиальная схема диагностического обследования больных с дефектами лицевого скелета.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Все больные, поступившие в клинику, оперированы по поводу посттравматических, постоперационных и врожденных деформаций, опухолей лицевого скелета, а так же лобно-лицевых травм. В таблице 1 представлено количественное соотношение между больными в зависимости от диагноза. При этом, в зависимости от величины дефекта, все оперированные больные были условно разделены нами на две клинические группы больных с тотальными и субтотальными дефектами лицевого скелета, соотношение которых было примерно одинаковым: 34 больных с тотальными и 41 больной с субтотальными дефектами. Наибольшее количество составили больные с тотальными и субтотальными дефектами вследствие деформаций лицевого скелета (42 больных). У 19 больных дефекты лицевого скелета были обусловлены опухолями костей лица и у 14 больных они являлись следствием лобно-лицевых травм.

В результате проведенного клинико-рентгенологического анализа тотальных и субтотальных дефектов верхней, средней и нижней зон лицевого скелета, оперированных нами больных, выявлено отсутствие возможности, провести сравнительный анализ результатов пластики данных дефектов при их изолированной оценке. Большинство из них локализовалось в проекции соединения, различных по своей геометрически-пространственной конфигурации лицевых костей, что приводило к дроблению анализируемого материала, лишая его наглядности. В связи с этим, в дальнейшем, мы определяли локализацию дефектов только по отношению к зонам лицевого скелета: верхней, средней и нижней, а также их сочетания; что соответствовало принципу определения локализации тотальных и субтотальных дефектов лицевого скелета по данным большинства других авторов [1, 12]. В таблице 2 представлены данные количества больных с тотальными и субтотальными дефектами в зависимости от их локализации. Среди оперированных больных большую часть составляли больные с субтотальными дефектами (26 больных) и тотальными дефектами (14 больных) средней зоны лица (всего 40 клинических случаев). В 14 клинических случаях отмечались тотальные дефекты верхней и средней зон лицевого скелета, как следствие посттравматических деформаций данных областей. Доля больных с дефектами верхней или нижней зон лица была незначительной и составляла 11 и 10 клинических наблюдений соответственно.

Всем оперированным больным были изготовлены лазерные стереолитограммы черепа (109 моделей). Анализ моделей черепа больных с субтотальными дефектами показывает, что большинство таких дефектов локализовались в области лобной кости, стенок орбит (дна и медиальной стенки), передней и латеральной стенки верхнечелюстного синуса, тела и ветви нижней челюсти, включая суставную головку. Как правило, при таких дефектах форма дефекта проецировалась в одной или двух плоскостях черепа. Процесс планирования реконструктивного вмешательства в данной клинической ситуации состоял в определении линий остеотомий лицевых костей при травматических и врожденных деформациях или линий резекции лицевой кости при опухолях с последующей припасовкой стандартных титановых имплантатов по форме и величине предполагаемого дефекта (Рис. 2). Следует отметить, что величина и форма костного дефекта на модели во всех клинических случаях полностью соответствовала интраоперационной картине дефекта.

В некоторых случаях, при тотальных дефектах верхней и средней зон лицевого скелета, когда форма дефекта проецировалась в трех проекциях, на пластиковой модели черепа после перемещения остеотомированных фрагментов на заданные расстояния, производили моделирование и припасовку имплантатов из титановых перфорированных экранов (Рис. 3). Данная методика позволяла с достоверной точностью определять линии резекций лицевых костей у больных с опухолями черепно-лицевой зоны, соблюдая при этом принцип радикальности операции и сохраняя эстетические пропорции лица после оперативного вмешательства. В случаях тотальных дефектов нижней челюсти у больных с опухолями или постоперационными деформациями нижней зоны лица (4 больных) на моделях осуществляли репозицию смещенных фрагментов челюсти в проекции оставшихся суставных головок в правильное положение, и только после этого моделировали стандартный нижнечелюстной реконструктивный имплантат с учетом окклюзионных взаимоотношений челюстей. Стандартные реконструктивные нижнечелюстные имплантаты выпускаются серийно трех размеров – большого, среднего и малого. Определение размера будущего имплантата по стандартным рентгенограммам черепа довольно сложно и неточно, к тому же не позволяет применять во время операции в качестве основных, внутриротовые доступы из-за необходимости проведения во время операции этапа окончательной припасовки имплантата непосредственно в ране. Предложенный метод позволяет производить выбор размера и моделирование стандартного имплантата по форме нижней челюсти до оперативного вмешательства, что значительно сокращало продолжительность операции и ее травматичность.

Известно, что определенные трудности возникают при устранении несимметричных или односторонних деформаций и дефектов лицевого скелета, когда хирургу необходимо с максимальной точностью устранить данную деформацию с соблюдением принципа симметричности. В таких случаях при использовании традиционных методов планирования операции определение расстояний, на которые необходимо переместить остеотомированные фрагменты производится хирургом только интраоперационно с обязательным препарированием и скелетированием опорных тканей противоположной стороны с целью сравнения. При использовании метода планирования операции на стереолитограммах черепа этого не требуется, так как степень смещения костных фрагментов можно определить непосредственно на модели в сравнении с противоположной стороной. В случаях, когда клинически определяется значительная атрофия мягких тканей в проекции деформации или дефекта, достаточно произвести перемещение или восстановление утраченных фрагментов с гиперкоррекцией, например при гемифациальной микросомии (Рис. 4), когда наряду с деформациями костей черепа наблюдается атрофия мягких тканей соответствующей половины лица.

При тотальных дефектах средней зоны лицевого скелета кроме стандартных имплантатов нами применялась технология изготовления индивидуальных черепно-лицевых имплантатов из титана (3 больных). Метод планирования реконструктивного вмешательства на стереолитограмме позволял моделировать не только направления и расстояния перемещения фрагментов лица, но и их реконструкцию методом литья из титана (Рис. 5). Данная технология предполагала комбинирование методов имплантации фрагментов лицевого скелета, костной аутопластики и дентальной имплантации. Наиболее рациональным мы считаем применение данного метода при устранении тотальных дефектов, возникших после удаления костных опухолей лица и субтотальных дефектов нижней челюсти в области височно-нижнечелюстного сустава при анкилозах и гемифациальной микросомии, когда необходимо восстановить суставную впадину с последующей реконструкцией суставной головки стандартным титановым имплантатом (Рис. 6). Всего нами изготовлено 7 имплантатов по данной технологии (4 имплантата суставных впадин, 1 имплантат верхней челюсти, 1 имплантат скуловой кости и 1 имплантат орбиты).

В таблице 3 представлено общее количество поставленных нами черепно-лицевых имплантатов в зависимости от их вида с использованием метода планирования реконструктивного вмешательства на стереолитограммах черепа. Всего было установлено 78 имплантатов при различных видах дефектов лицевого скелета (37 при тотальных и 41 при субтотальных дефектах).

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Метод планирования реконструктивного вмешательства при устранении дефектов и деформаций лицевого скелета должен являться неотъемлемой частью диагностического и подготовительного процессов больных с дефектами, деформациями и опухолями лицевого скелета. При этом следует отметить, что планирование реконструктивных вмешательств можно условно разделить на следующие этапы:

I этап – выполнение стандартных методов рентгенологической диагностики, так как они позволяют с достаточной точностью определить наличие или отсутствие хронических воспалительных процессов в лицевых костях и придаточных синусах полости носа.

ЙЙ этап - выполнение осевого томографического исследования лицевого черепа на спиральном компьютерном томографе по 3D-программе и толщиной срезов не более 0, 5 мм. Реконструкция изображения в трехмерном пространстве позволяет дать хирургу общее представление о степени смещения костных фрагментов при деформациях и травмах, а так же степени распространенности опухолевого процесса лицевых костей.

III этап - изготовление лазерных стереолитограмм черепа больного, по которым производят оценку величины и формы дефектов и деформаций, определяют угловые и линейные размеры возникших дефектов, взаимоотношения верхней и нижней челюстей, объемные характеристики обеих сторон с выявлением асимметрии.

IV этап - определение линий остеотомий и резекций лицевых костей с последующим их перемещением на заданные расстояния и фиксацией стандартными имплантатами.

V этап - при наличии или образовании костных дефектов осуществляют выбор метода пластики дефектов и моделирование имплантатов, если применяются стандартные типы имплантатов, или изготавливают индивидуальные литые имплантаты из титана по стандартной методике литья.

Основными показаниями к использованию метода планирования реконструктивного вмешательства по лазерным стереолитограммам являются:

  1. Тотальные и субтотальные дефекты нижней челюсти.
  2. Тотальные и субтотальные дефекты верхней и средней зон лицевого скелета.
  3. Врожденные и приобретенные деформации верхней, средней и нижней зон лицевого скелета.
  4. Остеогенные опухоли лицевого скелета.
  5. Лобно-лицевые травмы, сопровождающиеся значительным смещением костных фрагментов.

Опыт использования метода лазерной стереолитографии у 75 больных с деформациями, опухолями и травмами лицевого скелета свидетельствует о возможности применения стандартных нижнечелюстных имплантатов при любых формах дефектов нижней челюсти. Что касается дефектов верхней и средней зон лицевого скелета, то при устранении субтотальных дефектов предпочтительнее использование стандартных черепно-лицевых имплантатов. При устранении тотальных дефектов верхней и средней зон лицевого скелета необходимо использовать перфорированные экраны из титана в виде стандартных заготовок размером 100*100 мм, которые позволяют моделировать костные фрагмент лицевого скелета практически любой конфигурации. Использование индивидуальных имплантатов из титана, изготовленных методом литья показано при устранении сложных дефектов лицевого скелета, проецирующихся в трех и более плоскостях.

Таким образом, метод планирования реконструктивного вмешательства с использованием лазерной стереолитографии может быть рекомендован для широкого внедрения в практическую деятельность отделений челюстно-лицевой хирургии, занимающихся устранением дефектов и деформаций лицевого скелета.

Таблица №1

Распределение больных в зависимости от диагноза (n=75)

Нозологическая форма

Количество наблюдений

Вид дефекта

тотальные

субтотальные

Деформации

42

21

21

Опухоли

19

7

12

Лобно-лицевые травмы

14

6

8

Всего:

75

34

41

Таблица №2

Распределение больных по видам и локализации дефектов (n=75)

Локализация дефектов

Количество наблюдений

Вид дефектов

тотальные

субтотальные

Верхняя зона лица

11

4

7

Средняя зона лица

40

14

26

Верхняя и средняя зоны лица

14

14

0

Нижняя зона лица

10

2

8

Всего:

75

34

41

Таблица №3

Виды используемых при планировании операций имплантатов

Виды имплантатов

Количество наблюдений

Виды дефектов

тотальные

субтотальные

Стандартные:

-орбитальные

-суставные

-нижнечелюстные

11

2

2

7

4

0

0

4

7

2

2

3

Перфорированные экраны

60

30

30

Индивидуальные литые:

-суставная впадина

-верхняя челюсть

-орбита

-скуловая кость

7

4

1

1

1

3

0

1

1

1

4

4

0

0

0

Всего:

78

37

41

ЛИТЕРАТУРА

  1. Безруков В. М. , Робустова Т. Г. Руководство по хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. , т. 2. - М.: Медицина. , 2000. - 487 с. ;
  2. Бернадский Ю. И. Травматология и восстановительная хирургия черепно-челюстно-лицевой области. - 3-е изд. , перераб. И доп. , - М.: Медицинская литература. 1999. - 456 с. ;
  3. Бельченко В. А. , Ипполитов В. П. , Ростокин Ю. Н. Использование покровных костей черепа при опорно-контурной пластике верхней и средней зон лица // Наследие А. И. Евдокимова. - М.: ММСИ, 1993. - с. 132 -134;
  4. Гусев О. Ф. , Матвеев В. М. , Агапов В. С. , Персин Л. С. Перспективы применения компьютерной техники в челюстно-лицевой хирургии для лечения посттравматических деформаций и дефектов нижней челюсти // Актуальные вопросы челюстно-лицевой хирургии: Сборник научных трудов. - СПб. , 1995. - с. 50-56. ;
  5. Кулагин В. В. Стереолитография в медицинской промышленности // Новое в стоматологии. – 2002. - № 3 – с. 37 – 38;
  6. Никитин А. А. , Леталина В. Ф. Закономерности перестройки ортотопического костного аллотрансплантата, замещающего мыщелковый отросток нижней челюсти // Вопросы аллотрансплантации в стоматологии. МОНИКИ, труды института, т. 24, М. , 1979; с. 72-74;
  7. Плотников Н. А. Костная пластика нижней челюсти. , М.: Медицина. , 1979. , 270 с. ;
  8. Рабухина Н. А. , Аржанцев А. П. Стоматология и челюстно-лицевая хирургия. Атлас рентгенограмм. – М: ООО «Медицинское информационное агенство», 2002. – 302 с. ;
  9. Рогинский В. В. , Евсеев А. В. , Коцюба Е. В. , Попов В. К. , Пасечников А. В. , Иванов А. Л. , Топольницкий О. З. Лазерная стереолитография – новый метод биомоделирования в черепно-челюстно-лицевой хирургии // Новое в стоматологии. – 2002. - № 3 – с. 92-95;
  10. Стучилов В. А. , Никитин А. А. , Евсеев А. В. , Панченко В. Я. , Коцюба Е. В. , Лобанов Д. А. , Герасименко М. Ю. Клинические аспекты использования метода лазерной стереолитографии при хирургическом лечении травм средней зоны лица. // Клиническая стоматология. – 2001. - № 3 – с. 54-58. ;
  11. Шалумов А. -С. З. , Люшанов М. А. , Бажанов Н. Н. , Тер-Асатуров Г. П. , Филимонов Г. П. Способ изготовления трансплантата для устранения дефектов и деформаций опорных тканей лица // Стоматология. - 1998. - №5 - с. 26-29. ;
  12. Bell W. Modern practice in orthognathic and reconstructive surgery. - 1992. - 2110 p. ;
  13. Cutting C. B. , Brookstein F. L. , Grayson B. et al. Three dimehsional computer assisted design of craniofacial surgery procedures: Optimizetion and interactions with cephalometrics and CT based models // Plast. Reconstr. Surg. – 1986. – Vol. 77. – p. 877;
  14. Horch H. H. Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie. – Urban & Schwarzenberg - 1997. – Vol. 1. – 436 p. ;
  15. Kenneth E. Salyer. Kraniofaziale Chirurgie – Thieme – 1992. – 292 p. ;
  16. Marsh J. L. , Vanider M. W. , Bresina S. B. et al. Applications of computer grafics in craniofacial surgery // Clin. Plast. Surg. – 1986. – Vol. 13. , N 3. – p. 441-448;
Автор статьи:

Статья добавлена 20 июля 2017 г.


Эта статья...

...про отделения


Читайте также

Созданы гаплоидные стволовые клетки

Учёные из США и Израиля получили линию стволовых человеческих клеток с одинарным набором хромосом. Материалом для получения стали яйцеклетки. Эти клетки...


Участие в Международном конргессе ВТХА в Пекине с 30.07.2017. по 05.08.2017.

В работе конгресса приняла участие невролог 1 неврологического отделния Зайцева О.В.


Реконструкция височно-нижнечелюстного сустава методом эндопротезирования

В данном исследовании представлена разработка способа изготовления тотальных эндопротезов височно-нижнечелюстного сустава из титана на ос-нове метода лазерной...


Секрет долголетия жителей итальянской деревни

В итальянской деревне Аччароли проживают 300 человек, перешагнувших 100-летний возрастной рубеж. Предположительно, на увеличение продолжительности жизни...


Моделирование оперативных вмешательств при лечении больных с гемифациальной...

Рассмотрена клиническая и рентгенологическая симптоматика гемифациальной микросомии. Разработан и внедрён в практику метод планирования лечения данной...