Чобулов С.А.

ФГБУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Москва, Россия

Кравчук А.Д.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Потапов А.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Лихтерман Л.Б.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Маряхин А.Д.

ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Москва, Россия

Синбухова Е.В.

ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, 125047, Москва, Россия

Современные аспекты реконструктивной хирургии дефектов черепа

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2019;83(2): 115-124

Просмотров : 103

Загрузок : 4

Как цитировать

Чобулов С. А., Кравчук А. Д., Потапов А. А., Лихтерман Л. Б., Маряхин А. Д., Синбухова Е. В. Современные аспекты реконструктивной хирургии дефектов черепа. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2019;83(2):115-124. https://doi.org/10.17116/neiro201983021115

Авторы:

Чобулов С.А.

ФГБУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Москва, Россия

Все авторы (6)

Список сокращений

ЧМТ — черепно-мозговая травма

ПММА — полиметилметакрилат

СТЛМ — стереолитографическое моделирование

CAD/CAM — computer aided design and manufacturing (компьютерный дизайн и изготовление)

Устранение дефектов черепа относится к древнейшим операциям, что подтверждено археологическими находками [1, 2]. Между тем проблема восстановления целости черепа после вдавленных переломов, огнестрельных ранений и других патологических состояний остается актуальной [3—6]. Количество пациентов с дефектами черепа постоянно увеличивается в связи с увеличением частоты черепно-мозговых травм (ЧМТ) и ее последствий, а также расширением показаний к декомпрессионной трепанации черепа при рефрактерной внутричерепной гипертензии, опухолевых поражениях костей черепа и сосудистой патологии головного мозга [7, 8].

Среди клинических форм последствий ЧМТ, подлежащих хирургическому лечению, дефекты черепа составляют более 30% [9—11]. Герметизация черепа восстанавливает защиту мозга от воздействия внешних факторов, прежде всего — перманентного влияния атмосферного давления, что предотвращает развитие синдрома «трепанированных» [12—14]. Нормализация показателей церебральной гемодинамики, циркуляции ликвора обусловливает улучшение неврологических и когнитивных функций [15—18]. Реконструкция косметически значимых дефектов способствует социальной адаптации пациентов. Все изложенное позволяет рассматривать краниопластику в качестве необходимого этапа реабилитации пациентов с последствиями ЧМТ [14—20].

В последние годы возрос интерес к изучению различных аспектов реконструкции дефектов черепа — оптимизации временны́х параметров оперативного вмешательства, поиску новых пластических материалов, разработке различных методик пластики, включая интраоперационное изготовление имплантатов [21—26].

1. Временн ы` е параметры восстановления целости черепа

Сроки выполнения пластики дефектов черепа являются предметом постоянного обсуждения [27—29]. На основе серии ретроспективных исследований рядом авторов [30—32] подчеркивается, что временной промежуток от момента удаления фрагментов костей черепа до их пластики не влияет на риск развития инфекции и общий исход.

В настоящее время нет и не может быть догматических показаний к срокам проведения операции, и нет четких временны́х рамок краниопластики [33]. По мнению ряда авторов [34—36], ранняя краниопластика (≤90 дней) имеет преимущество перед поздней (≥90 дней), так как снижает риск развития осложнений после декомпрессивных трепанаций, улучшая кровоток и метаболизм мозга, прежде всего в области дефекта. Другим преимуществом ранней краниопластики является предотвращение развития синдрома «запавшего кожного лоскута» [27—29, 36]. Однако после перенесенной локальной инфекции, при сопутствующих воспалительных осложнениях, изменениях мягких тканей в области дефекта рекомендуется выполнение оперативной реконструкции в более поздние сроки [37, 38].

Данные литературы и опыт Центра нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко также свидетельствуют о необходимости индивидуального подхода к решению вопроса о сроках реконструктивной операции [39, 40].

2. Пластические материалы в реконструктивной хирургии дефектов черепа

Развитию реконструктивной нейрохирургии способствовала разработка современных биосовместимых пластических материалов (ПМ) естественного и синтетического происхождения. Идеальным является материал, наиболее близкий по всем своим характеристикам к замещаемым тканям, поэтому свежая аутокость остается «золотым стандартом».

Часто нейрохирурги прибегают к сохранению аутокости на этапе декомпрессивной трепанации в подкожном пространстве передней брюшной стенки, криоконсервации (–17, –80 °С), помещению в антисептические растворы и т. д. Реимплантированная аутокость снижает риск аутоиммунных реакций, является основой и каркасом прорастания костной ткани и сосудов, а также уменьшает стоимость лечения. Однако при этих достоинствах остается высокий риск инфицирования (>10%) в результате бактериального обсеменения [28, 30, 41, 42]. Другим частым осложнением при использовании аутокости является ее резорбция, которая встречается в 25—50% наблюдений [4, 28, 29, 43]. Факторами, ей способствующими, являются: фрагментарные лоскуты, молодой возраст (<30 лет), шунтозависимость, дефекты черепа площадью более >120 см3 [44, 45]. К существенным ограничениям использования аутокости относится недостаточность трансплантационного материала, особенно при реконструкции обширных дефектов черепа [5, 6, 46].

К современным краниопластическим материалам предъявляется широкий спектр требований: биосовместимость, возможность и легкость моделирования имплантатов любой формы и размеров, способность удерживать форму, резистентность к теплу и холоду, пластичность, минимальный риск инфекционных осложнений и, наконец, приемлемая стоимость [47—51].

Анализируя литературу [48—51], можно встретить много публикаций по применению аллопластических и титановых имплантатов в реконструктивной хирургии дефектов черепа. Выделяют следующие этапы в их создании и усовершенствовании:

— биоинертные (первое поколение) — не поддерживают процессы остеосинтеза; отсутствие контакта между имплантатом и костной тканью (вследствие образования фиброзной капсулы);

— биоактивные (второе поколение) — возможности остеокондукции и остеоинтеграции;

— остеоиндуктивные (третье поколение) — способствуют регенерации кости — будущее краниопластики.

Из аллопластических имплантатов в настоящее время наиболее часто используют полиметилметакрилат (ПММА), медицинский титан, пористый полиэтилен высокой плотности, гидроксиапатит, полиэфирэфиркетон и др. В литературе [47—52] широко освещен опыт их применения, описаны преимущества и недостатки, которые представлены в таблице.

Характеристики краниопластических материалов

Современные возможности реконструктивной хирургии с использованием компьютерных технологий позволяют изготавливать имплантаты в полном соответствии с конфигурацией и размерами дефекта конкретного пациента практически из любых биосовместимых ПМ [53, 54].

Высокая частота инфицирования современных аллопластических материалов при контакте с лобной пазухой и полостью носа затрудняет их использование при определенном паттерне повреждений, например кранио-орбито-фациальных дефектах. Исключение составляют изделия из титана. Для преодоления этого ограничения была разработана методика комбинированного применения аутокости и аллопластических материалов, позволяющая не только изолировать, но и дистанцировать имплантат от верхних придаточных пазух носа и воздухоносных путей, что позволяет снизить риск его инфицирования [51, 54, 55].

Интересы исследователей в настоящее время сосредоточены на поиске и разработке новых поколений краниопластических материалов, повышению точности изготовления имплантатов, снижению их стоимости.

3. 3D-изображение и компьютерная томография в восстановительной нейрохирургии

Трехмерное (3D) изображение нашло применение в медицине еще до появления рентгеновского компьютерного томографа: трехмерные модели тканей и органов человеческого тела создавались из воска для изучения анатомии и патологии [56].

Одна из первых публикаций, посвященных трехмерной реконструкции нейрональных структур путем компьютерной обработки серии двухмерных изображений гистологических срезов, полученных при помощи светового или электронного микроскопа, принадлежит J. Mazziotta, В. Hamilton [57] и относится к 70-м годам. Использование трехмерных изображений анатомических структур на основе данных аксиальной компьютерной томографии (КТ) при устранении врожденных и приобретенных краниофациальных деформациях впервые описал P. Teisser [58]. Низкая разрешающая способность КТ того времени и ее несовершенное программное обеспечение обусловили некоторый скептицизм у специалистов. Дальнейшее развитие методов нейровизуализации повысило точность воспроизведения различных анатомических структур черепа и головного мозга и построения их 3D-моделей, которые стали общедоступными и надежными опциями диагностики и дооперационного планирования. Визуализация структур черепа, истинных размеров деформаций и дефектов, особенностей их конфигурации по 3D-модели на этапе дооперационного планирования позволяла более успешно выполнять сложные реконструктивные вмешательства и объективно оценивать их результат [59—61].

В Центре нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко трехмерные КТ-изображения начали использовать в 90-е годы у пациентов с краниобазальными и краниофациальными повреждениями для виртуального моделирования дефектов и деформаций черепа и выбора оптимального доступа при удалении инородных тел [62—64].

В настоящее время компьютерные технологии позволяют получать трехмерные изображения краниоцеребральных образований, сосудов головного мозга по данным КТ и МРТ, проводить их анализ и манипулировать ими, выполнять виртуальные хирургические вмешательства [65].

Новое поколение спиральных КТ и их широкое внедрение в клиническую практику в значительной степени расширили возможности использования этой прогрессивной технологии в реконструктивной хирургии дефектов черепа (рис. 1).

Рис. 1. Объемное 3D-изображение черепа после обработки аксиальных срезов высокоразрешающей спиральной КТ головы. Визуализируется обширный сложный дефект лобно-височной области с двух сторон.

4. Трехмерное моделирование имплантата с использованием автоматизированного проектирования (CAD) и производства (CAM)

При обширных и геометрически сложных дефектах черепа и краниофациальной области точное анатомическое восстановление является особенно значимым, так как заметно влияет на внешний вид пациента и на его социальную адаптацию. Ручное изготовление имплантатов сложной формы во время операции ограничивает выбор пластических материалов, снижает ожидаемые косметические результаты, увеличивает продолжительность оперативного вмешательства и наркоза, что может негативно влиять на пациента. При анализе большой серии пациентов, оперированных в течение 10 лет, K. Shibahashi и соавт. [66] указывают, что местные послеоперационные инфекционные осложнения (12,3% наблюдений) коррелировали с длительностью проводимой операции.

Методика предоперационного изготовления имплантатов с помощью данных КТ и последующим использованием CAD/САМ-технологий была разработана в 1996 г. в Иллинойском университете США [67—69]. Суть методики состоит в создании дизайна имплантата на основе обработки и сегментации данных КТ с помощью специальных программ (компьютерное моделирование — computer aided designe, CAD). Затем готовится имплантат с использованием предварительно снятой 3D-модели быстрого прототипирования (computer-aided manufacturing — CAM) — 3D-принтинг [70, 71]. Индивидуально изготовленные имплантаты по CAD/CAM-технологии имеют несомненные достоинства: высокая точность и надежность, уменьшение травматичности, сокращение длительности операции и в конечном счете достижение предсказуемого стабильного функционального и косметического результата [72, 73]. Однако при их широком применении в клинической практике следует учитывать высокую стоимость, а при возможном развитии каких-либо осложнений, требующих удаления имплантата, — проведение повторных вмешательств и, следовательно, увеличение расходов [74, 75].

Одним из широко распространенных методов CAD/CAM-технологии является лазерная стереолитография, которая активно используется в реконструктивной хирургии дефектов черепа и челюстно-лицевой хирургии.

5. Реконструкция дефектов черепа с использованием лазерной стереолитографии

До середины 80-х годов для получения трехмерных физических объектов по их цифровым 3D-моделям использовали только технологии, основанные на принципе вычитания (удаления) материала посредством точения, фрезерования, электроэрозионной обработки или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка). Для этого использовались станки с числовым программным управлением.

В 80-е годы интенсивное развитие получили технологии производства путем постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства (аддитивные технологии). В 1986 г. C. Hull [76] запатентовал аппарат для стереолитографического производства точных трехмерных акриловых объектов на основе их компьютерной модели путем послойного наращивания из жидкой фотополимерной композиции, отвердевающей под действием лазерного луча.

Прямое преобразование компьютерных моделей в физический, осязаемый объект получило название «быстрое прототипирование» (Rapid Prototyping), другие названия этого способа — настольное производство (Desktop Manufacturing), трехмерная печать (3D-printing), плоттер. В настоящее время известно более 20 типов промышленных установок, основанных на принципе послойного добавления материала. Основные технологии аддитивного производства — это лазерная стереолитография, селективное лазерное спекание, прямое лазерное спекание металла, селективное лазерное плавление и др. [76—80].

Лазерная стереолитография, изначально разработанная для аэрокосмической и автомобильной промышленности, вызвала большой интерес в медицине, прежде всего в области реконструктивной кранио-фациальной хирургии. Результаты использования стереолитографического моделирования (СТЛМ) черепа (3D-биомодели) в краниофациальной хирургии впервые представили T. Lambrecht и соавт. [81] в 1987 г., N. Mankovich и соавт. [82] в 1990 г., H. Sailer и соавт. [83] использовали СТЛМ для диагностики и планирования вмешательств при врожденных краниофациальных деформациях и посттравматических дефектах черепа и отметили значительное его превосходство в сравнении с традиционными методами диагностики. По мнению авторов, наиболее привлекательными аспектами СТЛМ является возможность использовать точную физическую модель черепа для оценки реальных размеров и формы имеющейся деформации или дефекта как на этапе дооперационного планирования, так и во время проведения вмешательства. Кроме того, 3D-модели позволяют оценить качество костной ткани, определить границы остеотомии, а также резекции очагов фиброзной дисплазии. Банк данных СТЛМ для пациентов с редкими краниофациальными деформациями может использоваться с исследовательской и учебной целью.

J. Bill и соавт. [84] успешно использовали СТЛМ для устранения краниального дефекта сложной формы после удаления менингиомы и гнойного осложнения, отмечая точное прилегание имплантата к краям дефекта с достижением отличного функционального и косметического результата.

В России СТЛМ впервые начали использовать в начале 2000-х годов при устранении дефектов и деформаций черепа и лицевого скелета [85—88]. В течение последних 20 лет в НМИЦ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко накоплен опыт свыше 500 успешных реконструктивных вмешательств при обширных и сложных дефектах черепа с использованием этого метода.

5.1. Интраоперационное изготовление имплантатов

Одним из преимуществ стереолитографии является возможность получения не только модели черепа, но и пресс-форм, соответствующих конфигурации дефекта, которые позволяют изготовить имплантат интраоперационно или на этапе хирургического планирования с последующей стерилизацией [85, 86, 89, 90].

P. d’Urso и соавт. [91] сообщили об опыте устранения дефектов свода черепа акриловыми имплантатами, изготовленными до операции с использованием стереолитографических биомоделей и пресс-форм (30 пациентов). Имплантаты подвергались газовой стерилизации и автоклавированию. В ходе операции была подтверждена их высокая точность, что позволило значительно сократить время вмешательства и достигнуть отличного косметического результата. Применение имплантатов, изготовленных по этой методике, признано экономически эффективным. К аналогичным выводам пришли С. Agner и соавт. [92], отметив также минимальную инвазивность реконструкции дефектов черепа и сокращение сроков госпитализации.

E. Tan и соавт. [93] описали использование пресс-формы, по которой был изготовлен имплантат из ПММА для устранения дефекта свода черепа. Результат вмешательства оценивался по индексу краниальной симметрии, который составил 96,2%. Эта методика позволила значительно снизить стоимость 3D-биомоделей и индивидуального имплантата.

Следует отметить, что использование пресс-форм требует определенного опыта в силу быстро меняющейся текучести и пластичности полимерных материалов. Традиционные планирование и выполнение операций при дефектах черепа имеют существенные ограничения в реализации пространственных анатомических взаимоотношений, особенно в сложных зонах, таких как парабазальные, базальные и краниофациальные. Дефекты данных локализаций могут оказаться совершенно разными. Они имеют сложную форму с неровными краями и, как правило, распространяются в сторону основания черепа. Использование пресс-форм в подобных случаях наилучшим способом обеспечивает оценку анатомии области дефекта на исходно изготовленной модели, вследствие чего формируется имплантат, конгруэнтный анатомической кривизне области планируемой реконструкции [94—96].

В течение последних 20 лет НМИЦ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко использует модели черепа и их пресс-формы на основе стереолитографии. Накоплен большой опыт успешных реконструктивных вмешательств обширных и сложных дефектов черепа с использованием пресс-форм из фотополимеризующихся растворов [97, 98]. В ходе этой работы выявились и определенные особенности: фотополимерный материал хрупок и во время формования имплантатов велика вероятность поломки и деформации (рис. 2).

Рис. 2. Пресс-форма и модели черепа из фотополимерного материала. а, б, в — образование внутренних трещин и поломка (указана стрелкой) после стерилизации; г, д — деформация модели черепа при длительном хранении.

Следует отметить, что стереолитографические пресс-формы для моделирования дефектов черепа не выдерживают длительного хранения и повторных стерилизаций, так как вследствие этого их пространственные параметры могут изменяться.

5.2. Применение имплантатов на основе пресс-форм из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Поиск более надежных методов интраоперационного изготовления имплантатов в реконструктивной нейрохирургии дефектов черепа привел к использованию пресс-форм из сверхвысокомолекулярного полиэтилена [99—101]. К его преимуществам относятся:

— прочность, способность выдерживать любые усилия во время формования имплантатов, включая механическое прессование [102];

— инертность, отсутствие необходимости использования разделительных материалов;

— наличие сертификата соответствия для применения в медицине;

— точность и удобство изготовления имплантатов различной сложности.

Заключение

Современные методики реконструктивных вмешательств с использованием компьютерного планирования и 3D-технологий быстрого прототипирования изменили хирургию дефектов черепа.

Улучшение качества интраоперационного изготовления имплантатов с применением новых пресс-форм позволяет добиваться более надежных результатов восстановительных операций при сложных и обширных дефектах черепа.

Одновременно со значительным прогрессом в реконструктивной нейрохирургии поиски и разработка новых технологий и методов краниопластики продолжаются.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: schobulov@nsi.ru

Комментарий

Статьяпосвященаобзорусовременных аспектов реконструктивных нейрохирургических операций при дефектах черепа. Актуальность проблемы не вызывает сомнений, так как среди клинических форм последствий ЧМТ, подлежащих хирургическому лечению, дефекты черепа составляют более 30%. Несмотря на то что проблема обсуждается давно, появление все новых технологий и материалов требует систематизации и анализа для определения оптимальной тактики хирургического лечения данной группы пациентов.

В последнее время появилось достаточно большое количество различных синтетических материалов, позволяющих выполнить закрытие посттрепанационного или посттравматического дефекта черепа с использованием 3D-технологий. Авторы статьи провели продуктивный анализ современных методик как на основе большого собственного опыта, так и на основании литературных данных. Систематизировали различные биосовместимые материалы и, что очень важно, указали их преимущества и недостатки. Бесспорным является то, что проведение подобного рода операций позволяет не только достичь хорошего косметического эффекта, но и дать пациенту шансы на более высокие результаты реабилитации и сокращение ее продолжительности при наличии неврологического дефицита.

Как справедливо указывают авторы, до настоящего времени нет четких критериев выбора того или иного вида материала. Нет также четких рекомендаций о сроках проведения реконструктивных операций. Настоящая работа в определенной степени восполняет этот недостаток и представляет несомненный интерес как для нейрохирургов, так и для специалистов по лучевой диагностике, неврологов, челюстно-лицевых и пластических хирургов.

Ш.Х. Гизатуллин (Москва)

Комментарий

Проблема восстановления целости черепа становится все более актуальной. Это связано, прежде всего, с широким распространением обширных декомпрессивных трепанаций как лечебного метода борьбы с неуправляемой внутричерепной гипертензией при ЧМТ и сосудистых церебральных катастрофах. В настоящее время появились новые возможности в реконструктивной нейрохирургии, которым посвящен данный обзор литературы. Преимущественно рассматриваются новые цифровые технологии последних десятилетий, радикально изменившие качество краниопластики при дефектах черепа. Особое внимание уделено важному обстоятельству — возможности интраоперационного изготовления имплантатов, конгруэнтных по размерам и геометрии устраняемому дефекту черепа. Используемые для этого различные методики, от ручного моделирования до исходно изготовленной пресс-формы, постоянно совершенствуются, но все еще недостаточно удовлетворяют современным требованиям. Авторы описывают методику изготовления пресс-форм в реконструктивной нейрохирургии из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Это одно из перспективных направлений интраоперационного изготовления имплантатов в пластической хирургии дефектов черепа. Читатель найдет в обзоре много полезных сведений о стереолитографии, технологии CAD/CAM, что позволит составить полное представление о современных методиках реконструктивной нейрохирургии и лучше ориентироваться в выборе пластических материалов. Все это, несомненно, будет способствовать улучшению результатов практической деятельности в области восстановительной нейрохирургии.

В.А. Лазарев (Москва)

Подтверждение e-mail

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

Подтверждение e-mail