Крюков А.И.

ГБЗУ «Московский научно-практический центр оториноларингологии им. Л.И. Свержевского», Москва

Щербаков Д.А.

клиника ФГБУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии» Минздрава России, Уфа, Россия, 450075

Красножен В.Н.

Кафедра оториноларингологии, кафедра лучевой диагностики Казанской государственной медицинской академии

Малишевский Л.М.

ФГБОУ ВО «Тюменский государственный медицинский университет» Минздрава России, Тюмень, Россия

Опыт применения трехмерных моделей аллогенных трансплантатов в риносинусохирургии

Авторы:

Крюков А.И., Щербаков Д.А., Красножен В.Н., Малишевский Л.М.

Подробнее об авторах

Журнал: Российская ринология. 2016;24(4): 7‑10

Прочитано: 893 раза


Как цитировать:

Крюков А.И., Щербаков Д.А., Красножен В.Н., Малишевский Л.М. Опыт применения трехмерных моделей аллогенных трансплантатов в риносинусохирургии. Российская ринология. 2016;24(4):7‑10.
Krukov AI, Shcherbakov DA, Krasnozhen VN, Malishevsky LM. Experience in using three-dimensional models of allografts during rhinosinus surgery. Russian Rhinology. 2016;24(4):7‑10. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/rosrino20162447-10

Рекомендуем статьи по данной теме:
Воз­мож­нос­ти ис­поль­зо­ва­ния ре­зуль­та­тов ком­пью­тер­ной то­мог­ра­фии го­ло­вы у по­тер­пев­ших с че­реп­но-моз­го­вой трав­мой. Су­деб­но-ме­ди­цин­ская эк­спер­ти­за. 2024;(3):24-28
Ущем­лен­ная гры­жа Вин­сло­ва от­вер­стия, ос­лож­нен­ная ос­трой тол­сто­ки­шеч­ной неп­ро­хо­ди­мос­тью. Хи­рур­гия. Жур­нал им. Н.И. Пи­ро­го­ва. 2024;(8):92-95
Сов­ре­мен­ная кон­цеп­ция ле­че­ния под­рос­тков с ме­зи­аль­ной ок­клю­зи­ей. Сто­ма­то­ло­гия. 2024;(4):44-53
Раз­ра­бот­ка и ис­сле­до­ва­ние бе­зо­пас­нос­ти сплин­та для сред­ней но­со­вой ра­ко­ви­ны, из­го­тов­лен­но­го с ис­поль­зо­ва­ни­ем 3D-пе­ча­ти. Вес­тник ото­ри­но­ла­рин­го­ло­гии. 2024;(4):30-36
Опыт ис­поль­зо­ва­ния Data Analysis ис­сле­до­ва­тельских дан­ных при ре­ше­нии за­да­чи ус­та­нов­ле­ния це­ле­вой воз­рас­тной груп­пы. Су­деб­но-ме­ди­цин­ская эк­спер­ти­за. 2024;(4):37-41
По­зит­рон­но-эмис­си­он­ная то­мог­ра­фия, сов­ме­щен­ная с ком­пью­тер­ной то­мог­ра­фи­ей, с 11С-ме­ти­они­ном как не­за­ви­си­мый пре­дик­тор без­ре­ци­див­ной вы­жи­ва­емос­ти у боль­ных с диф­фуз­ны­ми гли­ома­ми без му­та­ции в ге­не IDH1. Жур­нал «Воп­ро­сы ней­ро­хи­рур­гии» име­ни Н.Н. Бур­ден­ко. 2024;(5):6-13
Рас­ту­щий пе­ре­лом вер­хней стен­ки ор­би­ты. Кли­ни­чес­кий слу­чай и об­зор ли­те­ра­ту­ры. Жур­нал «Воп­ро­сы ней­ро­хи­рур­гии» име­ни Н.Н. Бур­ден­ко. 2024;(5):77-86
Ме­то­ды ле­че­ния па­ци­ен­тов со ске­лет­ны­ми фор­ма­ми дис­таль­ной ок­клю­зии зуб­ных ря­дов с по­мощью зу­бо­аль­ве­оляр­ной ком­пен­са­ции. Роль циф­ро­вых тех­но­ло­гий и под­ход к ле­че­нию. Сто­ма­то­ло­гия. 2024;(5):24-36
Цен­ность ком­пью­тер­но­го то­мог­ра­фи­чес­ко­го об­сле­до­ва­ния при пла­ни­ро­ва­нии опе­ра­ций на кла­пан­ном ап­па­ра­те сер­дца с при­ме­не­ни­ем ми­ни­то­ра­ко­то­мии. Хи­рур­гия. Жур­нал им. Н.И. Пи­ро­го­ва. 2024;(12-2):127-133
Маг­нит­но-ре­зо­нан­сная то­мог­ра­фия и по­зит­рон­но-эмис­си­он­ная то­мог­ра­фия, сов­ме­щен­ная с ком­пью­тер­ной то­мог­ра­фи­ей с 11C-ме­ти­они­ном, при пер­вич­ном вас­ку­ли­те цен­траль­ной нер­вной сис­те­мы. Кли­ни­чес­кий слу­чай и об­зор ли­те­ра­ту­ры. Жур­нал «Воп­ро­сы ней­ро­хи­рур­гии» име­ни Н.Н. Бур­ден­ко. 2024;(6):71-76

Регенеративная медицина является одним из приоритетных направлений российской науки. Нередко в результате операций на лицевом черепе создаются обширные дефекты, требующие пластического закрытия [1, 2]. Развитие современных технологий трехмерного (3D) моделирования позволяет на основе компьютерной томограммы создавать виртуальные 3D-модели, а затем с помощью 3D-принтера — реплики из пластика в масштабе 1:1, точно отображающие особенности конкретной анатомической области пациента [3—5]. Данный подход открывает широкие возможности для персонификации аллогенных трансплантатов: виртуальная 3D-модель используется для лазерного моделирования, а напечатанная из пластика реплика — для «примерки» и дообработки полученного материала. Идеальное соответствие аллогенного трансплантата анатомии конкретного пациента исключает необходимость интраоперационного моделирования пластического материала, что сокращает время реконструктивной операции, а также улучшает функциональные и эстетические результаты.

Цель исследования — разработать персонифицированные аллогенные трансплантаты для восстановления структур лицевого черепа с использованием технологий 3D-моделирования и 3D-печати.

Материал и методы

В качестве контрольной группы выполнено ретроспективное исследование пациентов, прооперированных в 2014—2015 гг. по поводу хронических верхнечелюстных и фронтальных синуситов наружным доступом без реконструкции передних стенок околоносовых пазух (n=132). Исследование проведено на базе ЛОР-отделения стационара и поликлиники ГБУЗ ГКБ № 13 Уфы (главный врач Р.М. Сабиров). Собраны данные физикального обследования пациентов контрольной группы через полгода на контрольном приеме в поликлинике, а также запрошены выписки и протоколы операций, проведенных у данных пациентов.

В основную группу исследования были включены 108 пациентов, прооперированных в период с 2009 по 2016 г.

Виртуальные 3D-модели костей черепа пациентов изготавливали с помощью программного обеспечения Osirix MD в виде серии DICOM-файлов компьютерной томограммы. Для рендеринга 3D-модели использовали программное обеспечение Blender, а для устранения критичных для печати ошибок — программу Autodesk Meshmixer. Печать виртуальной 3D-модели осуществляли на 3D-принтере Createbot mini послойно PLA-пластиком.

Для объективной оценки состояния пациентов до и через 6 мес после оперативного вмешательства в двух клинических группах использовали опросник SNOT-22 (Sinonasal outcome test), включающий в себя 22 наиболее частые жалобы пациентов с хроническим риносинуситом, ранжированные по пятибалльной шкале (от 0 до 5). 0 — нет такой проблемы, 5 — проблема серьезная, насколько возможно. Для сравнения выраженности отдельных жалоб по SNOT-22 мы использовали критерий Манна-Уитни.

Результаты и обсуждение

Среди 108 пациентов с посттравматическими дефектами переднелатеральной стенки верхнечелюстной пазухи были прооперированы 43 человека; нижней стенки глазницы — 15; передней стенки лобной пазухи — 22, в том числе 18 больных после удаления остеом лобных пазух; с седловидной деформацией спинки носа — 28.

Для пластики костных дефектов использовали аллогенные трансплантаты «Аллоплант» (ТУ 9398−001−04537642−2011) из хряща и/или кости, изготовленные в тканевом банке «Аллоплант» (заместитель генерального директора по производству биоматериалов — д.б.н., проф. О.Р. Шангина) ФГБУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии» Минздрава России (Уфа). Для максимальной персонификации аллогенных трансплантатов применяли разработанную нами методику 3D-моделирования с использованием полуавтоматической сегментации.

Сначала изготавливали виртуальную 3D-модель костей черепа пациента с запланированной формой дефекта той или иной стенки околоносовых пазух. Для этого с помощью программного обеспечения Osirix MD (в виде серии DICOM-файлов компьютерной томограммы пациента) методом построения гистограммы для расчета нижнего и верхнего порогов наращивания областей выделяли так называемую зону интереса (Region of Interest — ROI) (рис. 1).

Рис. 1. Выделение ROI.

Затем на основе ROI по серии DICOM-файлов производился рендеринг виртуальной 3D-модели (рис. 2). С помощью программного обеспечения Blender 3D-объект обрезался, исправлялись основные ошибки: удалялись артефакты, закрывались побочные отверстия и щели, происходило сглаживание поверхности модели.

Рис. 2. 3D-модель, полученная из массива данных Dicom.

Подготовленную таким образом 3D-модель в формате STL передавали в тканевый банк «Аллоплант» (Уфа), где с использованием лазера (Trotek) проводили моделирование аллогенного трансплантата. Для проверки адекватности формы и размеров полученного биоматериала осуществляли «примерку» на пластиковой 3D-модели, созданной с помощью технологии 3D-печати. Этот этап создания данной реплики соответствовал описанному выше методу получения виртуальной 3D-модели. Далее с помощью программного обеспечения Autodesk Meshmixer в автоматическом режиме исправлялись оставшиеся ошибки 3D-модели, критичные для печати. Полностью отредактированный, исправленный и готовый к печати файл в формате STL экспортировали в программу Cura, где задавали параметры печати: толщину и высоту слоя (0,2 и 0,1 мм соответственно), скорость и качество печати. Полученная виртуальная 3D-модель послойно печаталась на 3D-принтере Createbot mini (рис. 3).

Рис. 3. Модель из пластика (слева) и смоделированный аллогенный хрящевой трансплантат (справа).

Таким образом, на основе компьютерной томограммы конкретного пациента мы получали 3D-реплику из пластика в масштабе 1:1, точность соответствия которой достигала 97,70—99,12% [5]. Одним из лимитирующих факторов широкого использования 3D-печати считается высокая стоимость, которая начинается от 400 долл. за 1 модель, напечатанную методом стереолитографии, а время ее изготовления составляет 2—3 нед [6]. Распространение 3D-печати значительно увеличило количество технологий аддитивного производства. На сегодняшний день наиболее популярной является технология послойного наплавления (Fuseddepositionmodeling —FDM), это связано в первую очередь с низкой стоимостью 3D-принтеров и расходного материала (PLA- и ABS-пластика), а также с высокой скоростью печати. В связи с этим использование в нашем исследовании настольного 3D-принтера, использующего FDM, позволило снизить стоимость производства 1 модели с 400 до 25 долл. и сократить время ее изготовления с 2—3 нед до 14 ч при сохранении высокой точности, что совпадает с опытом других авторов [7]. Данный факт объясняет наш выбор 3D-печати на основе FDM в реконструктивной риносинусохирургии.

Пластиковая модель, созданная с помощью FDM, позволяет провести дообработку аллогенных трансплантатов непосредственно до операции и максимально персонифицировать их, это исключает необходимость интраоперационного моделирования. Полученные таким способом реплики использовались в нашей работе в диагностических целях и для предоперационного планирования.

Шестилетний опыт применения персонифицированных аллогенных трансплантатов позволяет рекомендовать их для широкого применения в реконструктивной риносинусохирургии. За весь период наблюдения за послеоперационными пациентами нами отмечено лишь два случая нагноения аллогенного трансплантата при пластике переднелатеральной стенки верхнечелюстной пазухи. В одном случае нагноение возникло в результате нарушения технологии хирургического вмешательства, во втором — из-за несоблюдения пациентом послеоперационного режима. В обоих случаях возникла необходимость ревизионной операции с удалением биоматериала. Всем пациентам через полгода и 1 год после операции выполнялась контрольная компьютерная томография, которая показала, что полное замещение дефекта персонифицированным хрящевым аллогенным трансплантатом происходит в течение 1 года, а процессы заместительной регенерации в области его подсадки протекают быстрее — в течение 6—8 мес. При этом костный аллогенный трансплантат в процессе замещения уменьшается в объеме на 67%, тогда как хрящевой аллогенный трансплантат теряет лишь 17% исходного объема.

Предложенные нами методы хирургического закрытия дефекта переднелатеральной стенки верхнечелюстной пазухи персонифицированным аллогенным трансплантатом являются эффективными по результатам опросника SNOT-22. При этом установлено статически значимое уменьшение (p=0,047) таких жалоб, как боль, ощущение тяжести/распирания в области лица после операций с одномоментной пластикой переднелатеральной стенки в отличие от пациентов контрольной группы, среди которых больше чем в половине случаев наблюдалось сохранение указанных жалоб или даже их усиление. Подобные результаты были достигнуты благодаря точности лазерного моделирования, позволяющего использовать напечатанную на 3D-принтере пластиковую модель для «примерки» и дообработки аллогенных трансплантатов.

Выводы

Предоперационное планирование с использованием компьютерного 3D-моделирования и 3D-печати позволяет наиболее оптимальным образом адаптировать аллогенный трансплантат к конкретной анатомической зоне, чтобы лучше подготовиться к предстоящему хирургическому вмешательству и определить возможные риски. Технология получения стерильного персонифицированного аллогенного трансплантата, идеально подходящего под размеры и форму дефекта, исключает необходимость интраоперационного моделирования пластического материала.

Конфликт интересов отсутствует.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: А.К., В.К.

Сбор и обработка материала: В.К., Д.Щ., Л.М.

Статистическая обработка данных: В.К., Д.Щ., Л.М.

Написание текста: В.К., Д.Щ., Л.М.

Редактирование: А.К.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.