Применение магнита при удалении внутримозговых металлических инородных тел

ИТ — инородное тело

СВО — специальная военная операция

ПХО — первичная хирургическая обработка

КТ — компьютерная томография

ХО — хирургическая обработка

ЧМР — черепно-мозговое ранение

Природный магнит (магнитный железняк) представляет собой магнитный камень с химическим составом 31% FeO и 69% Fe₂O₃, со свойством притягивать железо или стальные предметы. Это свойство люди стали использовать за много веков до нашей эры.

Актуальность применения магнитов в нейрохирургии продиктована структурой ранений пациентов, поступающих в нейрохирургические отделения военно-медицинских организаций с февраля 2022 г., требующих оперативных вмешательств, направленных на удаление инородных металлических ферромагнитных тел из полости черепа и других частей тела.

Цель исследования — изучить размеры, массу и магнитные свойства осколков, извлеченных в ходе хирургической обработки огнестрельных ранений, нанесенных современным оружием, для оценки целесообразности разработки приборов, устройств и инструментов для удаления инородных тел (ИТ).

Материалом послужили данные об ИТ, извлеченных из тела человека с момента начала специальной военной операции (СВО) в феврале 2022 г. в двух лечебных учреждениях: ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны России (далее ВМедА) (по 29.01.2024) и ФГБУ «Главный военный клинический госпиталь им. акад. Н.Н. Бурденко» Минобороны России (далее ГВКГ им. Н.Н. Бурденко) (по 30.06.2022). Мы стремились к удалению всех возможных ИТ для профилактики отдаленных инфекционных осложнений, если положение осколка, оснащение, опыт хирурга позволяли это сделать без заведомых послеоперационных осложнений. Изучались форма, размер, масса, магнитные свойства (магнитность) ИТ. Анализу подвергнуто 532 ИТ (497 операций), извлеченных в клинике нейрохирургии ВМедА, и 83 ИТ (79 операций), извлеченных в нейрохирургическом отделении ГВКГ им. Н.Н. Бурденко. Для обеих групп установлено распределение по анатомическим областям. Во время операций для извлечения ИТ в случае их магнитности использованы неодимовые магниты цилиндрической формы 3×20 мм и 5×20 мм, подводимые к цели при помощи стандартного хирургического или разработанного нами пинцетов или устройств (совмещенных с магнитом). Данные суммировались в табличном редакторе Excel, статистический анализ проводился при помощи пакета программ SPSS.

В клинике нейрохирургии ВМедА за указанный период было извлечено 532 ИТ из разных областей тела разными способами: под оптическим увеличением операционного микроскопа (в основном на структурах центральной нервной системы), в условиях эндоскопии, под рентгеноскопическим контролем из мягких тканей. Из них идентифицировано по анатомическим областям по протоколам операций 370 ИТ (остальные по анатомическим областям не идентифицированы, т.к. это не указано в протоколах операций): череп и головной мозг — 173 (46,8%); шейный отдел позвоночника — 61 (16,5%); грудной отдел позвоночника — 26 (7,0%); поясничный отдел позвоночника — 44 (11,9%); крестцовый отдел позвоночника (без нарушения целостности тазового кольца) — 6 (1,6%); таз (в т.ч. с проникновением в малый таз) — 14 (3,8%); верхние конечности и/или плечевое сплетение — 21 (5,7%); нижние конечности — 25 (6,8%). В нейрохирургическом отделении ГВКГ им. Н.Н. Бурденко за обозначенный период было извлечено 83 ИТ следующей локализации: головной мозг — 29 (34,9%); позвоночник и позвоночный канал — 16 (19,3%); мягкие ткани — 38 (45,8%). Ввиду возможного развития отдаленных инфекционных осложнений мы стремились удалить все ИТ либо по траектории ранящего снаряда, либо проекционным доступом, однако в 8,8% наблюдений ИТ не были извлечены вследствие труднодоступной локализации и положения, при котором извлечение могло бы заведомо ухудшить исход.

Медиана массы удаленных осколков в клинике нейрохирургии ВМедА составила 0,385 (Q₁—Q₃=0,12—1,435; min—max≤0,01—30,5) г, в ГВКГ им. Н.Н. Бурденко — 0,4 (Q₁—Q₃≤0,001—1,6; min—max≤0,01—11,4) г (p=0,164). В обеих клиниках ИТ были магнитными: в 501 (94,2%) случае в ВМедА, в 74 (94,8%) случаях в ГВКГ им. Н.Н. Бурденко.

Для извлечения магнитных ИТ из глубоких ран мозга в ходе первичной и повторной хирургической обработки нами применялся неодимовый магнит цилиндрической формы, который представляет собой магнит с высокой мощностью притяжения и с высокой стойкостью к размагничиванию из сплава редкоземельного элемента неодима, бора и железа (Nd₂Fe₁₄B), кристаллическая структура которого имеет тетрагональную форму. Эти магниты подвержены коррозии, теряют свойства при ударах, деформации и нагревании (от 80°C до 200°C в зависимости от марки магнита).

Все осколки имели вариабельную форму, вплоть до идеально круглой, и разный размер (по длиннику Me (Q₁—Q₃)=9 (5,5—14) мм, по поперечнику Me (Q₁—Q₃)=5,45 (3,5—8) мм). При использовании неодимового магнита, который удерживался пинцетом и погружался на разную глубину в узкую мозговую рану для извлечения осколка, было отмечено, что магнит цилиндрической формы может отклоняться от заданного по оси браншей пинцета положения (поведение магнита вне мозговой раны в стандартном хирургическом пинцете продемонстрировано на рис. 1), это вызывало определенные неудобства и дискомфорт при осуществления хирургического приема на большой дистанции в глубине раны.

Рис. 1. Отклонение цилиндрического магнита от оси браншей стандартного байонетного пинцета. Демонстрация вне раны.

а — магнит расположен по оси браншей; б — магнит отклонился от оси браншей.

В этой связи для устранения нестабильности положения магнита нами была разработана линейка микрохирургических пинцетов байонетной формы с углом наклона браншей 15° относительно рукоятки с нанесенными поперечными насечками. Длина рабочей части пинцета составляет 55 мм, 75 мм, 95 мм и 115 мм, а на верхнюю и наружную поверхности браншей нанесены метки с шагом 10 мм для ориентации хирурга в глубине раны. Особенностью пинцета являются кончики браншей вогнутой формы по радиусу кривизны, соответствующему радиусу кривизны используемого неодимового магнита цилиндрической формы. Конструкция браншей позволяет ориентировать цилиндрический магнит по оси браншей пинцета и жестко удерживать его в фиксированном положении, а угол наклона браншей дает возможность не ограничивать обзор узкой глубокой раны в окуляры микроскопа. Визуальное пояснение разработанного пинцета представлено на рис. 2, 3. На данную разработку получен патент на полезную модель [11].

Рис. 2. Внешний вид разработанного пинцета.

1 — концы браншей вогнутой формы; 2 — метки на верхней и наружной поверхностях браншей по всей длине через каждые 10 мм; 3 — рукоятка пинцета с поперечными насечками; 4 — угол наклона 15° рабочей части (5) по отношению к рукоятке (3).

Рис. 3. Поперечный срез концов браншей пинцета.

1 — концы браншей вогнутой формы; 2 — радиус магнита цилиндрической формы.

В клинике нейрохирургии оперированы 392 пациента с использованием полного комплекса предоперационной диагностики. Сотрудниками кафедры в составе передовой группы медицинского усиления на базе ОГБУЗ «Городская больница №2 г. Белгорода» оперированы 68 пациентов с проникающими ранениями головного мозга с использованием сокращенного объема предоперационного обследования. Цель по удалению металлического ИТ с применением магнита была в целом достигнута в 91,2% случаев. Удалению ИТ способствовало использование интраоперационной ультразвуковой навигации, безрамного стереотаксиса, интраоперационной краниографии.

Пациент А-н. По данным компьютерной томографии выявлено металлическое ИТ (рис. 4а, 4б — 7), располагающееся в веществе головного мозга, у средней линии головы. Входное отверстие (рис. 4в—4е — 8) расположено в правой височной области. Ход раневого канала косо-восходящий: снизу-вверх и справа-налево (см. рис. 4в). В связи с характером ранения, наличием верифицированной аневризмы корковой ветви правой средней мозговой артерии (рис. 4е — 10) было принято решение об извлечении металлического ИТ через раневой канал вместо проекционного парасагиттального доступа и о клипировании аневризмы для профилактики внутричерепного кровоизлияния (рис. 4д, 4е — 9). Дистанция от поверхности коры головного мозга до ИТ превышает 10 см (см. рис. 4в). В ходе оперативного вмешательства выполнена резекционная трепанация черепа в правой височной области. В условиях оптического увеличения операционного микроскопа визуализирована и клипирована аневризма. По ходу раневого канала осуществлен доступ к ИТ, которое на глубине более 10 см было трудно распознаваемо, а захват и извлечение его пинцетом было невозможно ввиду высоко риска повреждения расположенных рядом сосудистых структур и вещества головного мозга. Для удаления ИТ использован неодимовый магнит, подведенный ко дну раневого канала при помощи разработанного пинцета. Пластика трепанационного дефекта выполнена при помощи сетчатой титановой пластины. На контрольных компьютерных томограммах (рис. 4ж, 4з) видна клипса на аневризме (рис. 4ж — 11), ИТ отсутствует, трепанационный дефект закрыт (рис. 4ж, 4з — 12).

Рис. 4. Клинический случай 1. Данные дооперационной компьютерной томографии, иллюстрирующие характер ранения, и результаты контрольного послеоперационного компьютерно-томографического обследования.

Пояснения в тексте. 12 — титановая сетчатая пластина; 15 — место ранее располагавшегося металлического инородного тела; 16 — отсутствие свертков крови в раневом канале.

Пациент Р-в. На этапе оказания специализированной медицинской помощи выполнена первичная хирургическая обработка раны без извлечения металлического ИТ из глубины мозговой раны. В клинике нейрохирургии пациент был обследован, на предоперационных компьютерных томограммах (рис. 5а—5в) определяется металлический осколок (рис. 5а, 5в — 7), расположенный в проекции ножки мозга справа, свертки лизирующейся гематомы по ходу раневого канала (рис. 5б — 13). Осколок залегал на глубине 7 см от поверхности мозга (см. рис. 5а). С целью профилактики отсроченных инфекционных осложнений вследствие проникающего ранения головного мозга на основании комплексного предоперационного обследования было принято решение о выполнении повторной хирургической обработки раны, направленной на санацию раневого канала от свертков крови, удаление ИТ, краниопластику. По раневому каналу осуществлен доступ к намеченной цели. Раневой канал санирован. В связи с глубинным залеганием ИТ свободные манипуляции микрохирургическим инструментарием, в т.ч. пинцетом, для его захвата, были недопустимы ввиду высокой вероятности дополнительной травматизации функционально значимой зоны головного мозга. Был использован узкий (d=5 мм) неодимовый магнит, введенный при помощи пинцета ко дну раневого канала. ИТ удалено. Результат оперативного вмешательства представлен на послеоперационной компьютерной томограмме (рис. 5г—5е).

Рис. 5. Клинический случай 2. Данные дооперационной компьютерной томографии, иллюстрирующие характер ранения, и результаты контрольного послеоперационного обследования.

Пояснения в тексте.

В ходе анализа выполняемых технических приемов при извлечении ИТ магнитом, погружаемым пинцетом в узкую рану мозга, отмечено, что в момент продвижения магнита к намеченной цели в глубине раны возможно смещение и примагничивание других магнитных ИТ, находящихся в стенке раневого канала, что можно расценивать как положительный факт, а также ротационное неконтролируемое смещение целевого объекта (фиксировали ad oculus в операционном микроскопе или при просмотре интраоперационного видео) под воздействием постоянного магнитного поля погружаемого магнита, что нежелательно, т.к. может привести к непреднамеренному повреждению важных сосудистых структур, кровопотере и дополнительной травме.

Следует также отметить, что в указанные лечебные учреждения поступали раненые, которым в части случаев, очевидно, требовалась повторная хирургическая обработка (ХО) раны. В ряде наблюдений мнения о показаниях к повторной ХО среди врачебного состава расходились, что связано с разным уровнем профессионального опыта, доверия к опубликованным результатам ранее выполненных исследований и к применению современных антибактериальных препаратов, известным противоречием принципов лечения нейрохирургических раненых в 1945—1972 гг. [12] и опыта израильских нейрохирургов, полученного в ходе военных действий в Ливане [13]. При противоречивости показаний к повторной ХО окончательная тактика лечения определялась взвешенным мнением коллектива или решением руководителя.

Войны стимулируют развитие многих сфер жизни, в том числе способствуют прогрессу в науке и технике. Так, пионер французской нейрохирургии Тьерри де Мартель (Thierry de Martel, 1875—1940) на основании опыта лечения 5000 раненых рекомендовал удалять из головного мозга инородные металлические тела при помощи магнитного экстрактора с использованием магнитного «гвоздя» (Blessures du crâne et du cerveau. Clinique et traitemen, 1917) [1].

В современных войнах доминируют минно-взрывные черепно-мозговые ранения (ЧМР) с глубинным проникновением в вещество головного мозга металлических осколков и специальных ранящих снарядов. Такие ранения достигают 93% в структуре повреждений [2—4]. Зачастую ИТ оказываются металлические магнитные предметы разных форм и размеров, которые при анатомической доступности в большинстве случаев следует удалять.

Извлечение металлических тел большинством авторов ранее признавалось обязательным, хотя в половине случаев не представлялось возможным. Несмотря на широкое распространение метода зондирования раневого канала для удаления металлических ИТ, предложенного Н.Н. Бурденко в 1943 г. по опыту Великой Отечественной войны [5], использование магнитов в этих целях не получило широкого распространения. О применении электромагнита для извлечения ферромагнитных осколков в ближайшие сроки после ранения упоминается в сборнике «Опыт советской медицины в Великой Отечественной войне» профессором И.С. Бабчиным [9]. По данным Б.А. Самотокина, штифт-магниты были внедрены в широкую практику в последующих вооруженных конфликтах [7].

Хирургическая обработка ЧМР в любом случае сопряжена с удалением металлических ИТ и подразумевает наличие специального оснащения. Необходимость иметь в оснащении штифт-магнит приводится в основных руководствах по нейротравматологии [6]. В то же время штифт-магниты имеют конструкцию, ограничивающую обзор раны и манипуляции в ее глубине за счет прямой формы рукоятки, а в ряде случаев слишком массивны.

Начиная со времен Первой мировой войны испытывались и применялись электромагниты большой мощности, извлекавшие из глубины мозга железные, чугунные и стальные осколки. Однако такой метод весьма опасен: под мощным действием тяги магнитного поля ИТ быстро устремляется кнаружи и не всегда по наиболее безопасной траектории — по ходу раневого канала, в результате чего возможно вторичное повреждение мозга и сосудов [8].

По данным литературы и при патентном поиске обнаружен ряд моделей для извлечения магнитных ИТ.

Примером может служить магнитный экстрактор для удаления ферромагнитных ИТ из полых органов по авторскому свидетельству СССР №4291435. Экстрактор содержит гибкий катетер, в дистальном отделе которого жестко закреплена магнитная головка, состоящая из стальной обоймы с ножкой, магнитного стержня с диаметральной намагниченностью, выполненного из редкоземельных металлов, и колпачок. Недостатком данного решения является отсутствие возможности отключения магнитного поля в области операции при необходимости (осколок притягивается к устройству, а отделить его можно только вне области операции, что, в свою очередь, может нанести дополнительную травму во время удаления ИТ).

Еще одно устройство — «Магнитное устройство для удаления металлических инородных ферромагнитных тел из головного и спинного мозга», предложенное в 2023 г. Ш.Х. Гизатуллиным и соавт. Данное устройство содержит электромагнит, состоящий из сердечника из магнитномягкого материала и установленного на нем каркаса из электроизоляционного материала с намотанной на каркас обмоткой из низкорезистивного изолированного провода с выведенными контактами и с возможностью подключения к источнику напряжения через регулятор и кнопку, размыкающую сеть. При этом с одной стороны устройства сердечник выступает из изолированной части обмотки по меньшей мере на 4 мм, поверхность выступающей части сердечника покрыта биосовместимым покрытием [10].

На Международном военно-техническом форуме «Армия-2023» было представлено разработанное сотрудниками Самарского государственного медицинского университета и госпиталя им. Н.Н. Бурденко устройство, совместимое с навигационной станцией AUTOPLAN, позволяющее примагничивать металлические ИТ. Состоит устройство из блока питания, блока управления и инструмента (электромагнита) со сменными насадками. Насадки выполнены из металла диаметром 4,5 мм, рабочая часть длиной 100 мм. Инструмент оснащен системой быстрого съема и установки насадок. Блок управления может регулировать усилие магнита вплоть до полного отключения. Принцип работы заключается в следующем. Блок питания включается для подачи напряжения 16,5 В. В инструмент вставляется насадка, которая по раневому каналу в условиях трехмерной (3D) графической навигации подводится к цели (осколку). Блок управления включается на необходимое усилие, вследствие чего осколок примагничивается к насадке, после чего весь комплекс «инструмент — осколок» извлекается.

Известны также промышленные электромагниты, применение которых основано на способности притягивать предметы из железа и ряда других материалов. Их преимущество перед постоянными магнитами заключается в возможности регулировки подъемной силы электромагнита путем изменения силы тока в его обмотке.

Высокотехнологичные устройства, в частности электромагниты, не всегда могут находиться на обеспечении медицинских подразделений, в которых осуществляются операции по удалению осколков, а также требуют знаний и навыков работы с ними. Зачастую в условиях отсутствия сочетания вышеуказанных факторов при хорошей пространственной ориентации и знании анатомии нейрохирургу проще осуществить микрохирургический доступ к осколку и удалить его при помощи магнита и пинцета.

1. Черепно-мозговые ранения в условиях применения современного оружия характеризуются высокой частотой осколочных ранений, нанесенных металлическими инородными телами, обладающими магнитными свойствами в 94% случаев.

2. Применение неодимового магнита позволяет добиться удаления металлических инородных тел в 91% случаев без осложнений, связанных с непредсказуемой миграций ранящего снаряда.

3. Разработка электромагнита с регулируемой силой магнитного поля, совместимого с системами интраоперационной навигации и микрохирургической техникой операций, представляется оптимальным направлением, что позволяет избежать непредсказуемой миграции инородного тела в постоянном магнитном поле.

4. Вопрос о формулировании показаний к удалению ранящих снарядов в ходе первичной и особенно повторной хирургической обработки черепно-мозговых ранений требует проведения дальнейших исследований.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Мартынов Р.С., Свистов Д.В.

Сбор и обработка материала — Чистяков А.Е., Станишевский А.В., Васильева Н.К., Алексеев Д.Е., Бабичев К.Н.

Статистический анализ данных — Мартынов Р.С., Бабичев К.Н.

Написание текста — Мартынов Р.С., Станишевский А.В., Алексеев Д.Е.

Редактирование — Свистов Д.В.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.