Список сокращений

ИА — индекс асимметрии

КИ — краниальный имплантат

КМ — компьютерное моделирование

КО — краниоорбитальный

КП — компьютерное планирование

ПММА — полиметилметакрилат

ПФ — пресс-форма

ПЭЭК — полиэфирэфиркетон

СВМПЭ — сверхвысокомолекулярный полиэтилен

СМОБ — синдром МакКьюна—Олбрайта

ТМО — твердая мозговая оболочка

ФД — фиброзная дисплазия

Введение

Фиброзная дисплазия (ФД) — это доброкачественное новообразование костей, характеризующееся замещением их нормальной структуры фиброзно-костной тканью. В последней классификации ВОЗ ФД стали относить к доброкачественным новообразованиям костей [1]. Это редкое заболевание опорно-двигательного аппарата и всего организма составляет около 2,5% от всех костных опухолей [2]. Оно может значительно ухудшать качество жизни по причине появления экспансивных фиброзных очагов в костях организма, способных провоцировать патологические переломы, деформации, функциональные расстройства и выраженный болевой синдром. Очаги ФД становятся клинически видимыми уже в раннем детстве, прогрессируют в подростковом возрасте и становятся относительно стабильными в раннем взрослом периоде [3, 4]. Из-за динамики развития скелета, сложности минерального метаболизма, мозаичного характера болезни и непредсказуемости ее течения ФД оставляет еще много неразрешенных медицинских вопросов.

Появление ФД связано с возникновением ранних постзиготических активирующих мутаций в гене GNAS, кодирующем альфа-субъединицу стимулирующего G-белка [5]. Поражение черепа встречается у 27% пациентов с монооссальной и у 50% пациентов с полиоссальной клинической формой болезни [6].

В 1990 г. Y.R. Chen и M.S. Noordhoff представили классификацию форм ФД с выделением 4 основных зон, в каждой из которых предлагалась своя хирургическая тактика [5]. Краниоорбитальная (КО) область была включена в зону 1, в которой обосновали радикальную резекцию всей ФД костной ткани с одномоментной реконструкцией. После резекции кости предложены различные методы реконструкции КО области с применением титановой сетки, полиметилметакрилата (ПММА), полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), гидроксиапатита или аутоматериалов в виде расщепленных реберных и черепных костных трансплантатов [7—14]. В последнее время было показано явное преимущество ксенотрансплантатов перед аутоматериалами. С их использованием удается сократить время операции и избежать нежелательных явлений в области забора донорской кости [14, 15]. После резекции часто возникает несоответствие размера и формы подготовленного краниального имплантата (КИ) и полученного костного дефекта. Коррекция КИ требует значительных усилий и не всегда оптимальна. Чтобы обеспечить это соответствие, нами использовалась концепция хирургических шаблонов [10, 16]. Такие шаблоны проектируют в ходе предоперационного компьютерного планирования (КП), и их границы четко очерчивают планируемое к удалению поражение. Параллельно с шаблоном возможно смоделировать и конгруэнтный будущему дефекту КИ.

Цель исследования — оценка результатов хирургического лечения пациентов с ФД костей свода и основания черепа с использованием КП и компьютерного моделирования (КМ).

Материал и методы

В исследование были включены 32 пациента: 18 (56,3%) мальчиков и 14 (43,7%) девочек в возрасте 12,2±3,68 лет, прооперированные в период с января 2008 по июнь 2024 г. в ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» МЗ РФ. Несиндромальная ФД была выявлена у 26 (81,3%) пациентов, у 6 (18,7%) отмечался синдром МакКьюна—Олбрайта (СМОБ). У всех больных показанием к хирургическому лечению были признаки прогрессии ФД, подтвержденные клинически и рентгенологически.

В 27 (84,4%) наблюдениях резецировали очаги ФД КО локализации, причем у 25 (92,6%) из них — с односторонним, в 2 (7,4%) — с двухсторонним распространением. В 2 (6,3%) случаях удаление ФД проводилось только в пределах свода черепа, а в 3 (9,4%) наблюдениях выполнялось одномоментное удаление очагов в КО и области свода черепа. Во всех наблюдениях были использованы методы КП и КМ.

Всем пациентам в сроки 6—12 мес после операции проводилась контрольная спиральная КТ (СКТ) с генерацией 3D-модели черепа. Используя метод наложения 3D-моделей прооперированного черепа и черепа после КП, осуществляли анализ отклонений поверхностей (Part Comparison Analysis).

Использованные методы КП и КМ

Принцип КП резекции по границам неизмененной кости ранее описывался в литературе [6]. Основой для маркировки границы резекции являются срезы СКТ высокого разрешения (толщина среза<1 мм). На аксиальных срезах в костном режиме определяли границы патологической костной ткани (рис. 1). В другой работе [17] предлагалось очерчивать эту границу с отсутупом 5 мм кнаружи от видимых краев очага (рис. 1 в). Далее по этой границе формировали хирургический шаблон, наружная граница которого соответствовала планируемой трепанации. Вычитая из цельной модели черепа модель новообразования, получали череп с виртуальным дефектом. По этому дефекту моделировали виртуальный КИ. Причем при дефектах, не пересекающих среднюю линию, использовалась методика «зеркального отображения». Здесь модель КИ формировалась на основе противоположной, непораженной стороны черепа. Если дефект выходил за среднюю линию, то применялся метод «виртуального донора». Из банка 3D-моделей черепов выбирали такую, которая была близка по форме к черепу пациента. На ее основе моделировали требуемый КИ [8]. КП завершали изготовлением физических моделей для проверки соответствия. При успешности последней в лаборатории изготавливали физический КИ и шаблон из официнального материала (рис. 2). Изделия очищались, стерилизовались и стерильно упаковывались для использования в операционной. Такая технология была основой предоперационной технологии изготовления КИ.

Рис. 1. Определение границ патологической костной ткани на компьютерных томограммах.

а — исходная компьютерная томограмма; б — выделение очага фиброзной дисплазии на фоне неизменной костной ткани; в — исключение выделения фиброзной дисплазии из общего выделения кости.

Рис. 2. Физические модели предоперационного компьютерного планирования и компьютерного моделирования.

а — череп с планируемым краниотомическим дефектом, модель имплантата для проверки конгруэнтности и хирургический имплантат из титана; б — модель черепа с планируемым костным дефектом, проверочная модель имплантата, хирургический резекционный шаблон, пресс-форма.

В ряде случаев КИ изготавливали интраоперационно. По данным КП инженер создавал виртуальные персонифицированные модели пуансона и матрицы пресс-формы (ПФ). Далее фрезерованием на станках с ЧПУ производили физические детали из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) марки «Inkulen-500». В комплект ПФ также включали универсальную струбцину для плотного и регулируемого сжатия деталей ПФ. Все детали очищали, стерилизовали и герметично упаковывали. Преимуществами ПФ из СВМПЭ были механическая прочность, полная химическая инертность, отсутствие ограничений при транспортировке и хранении, отсутствие склонности к набуханию и деформации, отсутствие прилипания материала к ПФ, простота производства КИ. Все это обеспечивало высокую надежность и предсказуемость при изготовлении КИ из ПММА во время операции (рис. 2). Для производства КИ таким способом использовался коммерческий материал Palacos MV («Heraeus», Германия).

Производство КИ в ходе операции использовалось у 10 (31,3%) пациентов нашей группы. У остальных 22 пациентов КИ производился до операции специализированными организациями. Из них в 1 наблюдении использовался титан, в 2 случаях — ПЭЭК, а в остальных 19 случаях применяли традиционный ПММА.

Хирургическое лечение. Интраоперационно после скелетирования на очаг ФД накладывался стерильный персонифицированный резекционный шаблон. Его позиционировали по принципу ключ-замок, что исключало смещение и, следовательно, неправильное определение границ резекции. Контур шаблона очерчивали маркером, и по этой границе проводилась резекция ФД. Костный дефект устранялся персонифицированным КИ, который фиксировали к краям отверстия.

Клинический пример: Пациент, 14 лет, обратился с жалобами на прогрессирующее выбухание в КО области слева, наблюдавшееся с 7 лет, периодические головные боли. При КТ была выявлена типичная для ФД КО области картина (рис. 3 а). Произведено КП и КМ операции. Определены границы очага ФД (см. рис. 1). Смоделирован резекционный шаблон (рис. 3 б), осуществлена виртуальная краниотомия (рис. 3 в) и методом «виртуального донора» смоделирован персонифицированный КИ (рис. 3 г). Изготовлены проверочные модели (рис. 3 д—з) и выполнена проверка конгруэнтности сборки. Изготовлен индивидуальный шаблон и КИ из ПЭЭК, который в дальнейшем очистили, стерилизовали и герметично упаковали. Во время операции после скелетирования КО области слева (рис. 3 и) на череп был наложен хирургический шаблон и определены границы резекции (рис. 3 к). После резекции (рис. 3 л) был установлен КИ, который фиксирован титановыми пластинами и винтами (рис. 3 м).

Рис. 3. Этапы виртуального компьютерного моделирования удаления очага фиброзной дисплазии краниоорбитальной области слева (а—г); физическое моделирование полученных результатов при помощи стереолитографии (д—з); интраоперационные фотографии (и—м).

Послеоперационный период был неосложненным, пациент выписан по месту жительства на 8-е сутки. Контрольная КТ подтвердила радикальность удаления ФД и удовлетворительное качество реконструкции черепа (рис. 4).

Рис. 4. 3D-модели черепа пациента, созданные на основе спиральной компьютерной томографии до операции (а—в) и после операции (г—е).

Методы оценки эффективности моделирования.

Для изучения качества хирургического лечения проводили оценку симметрии черепа пациентов до и после операции методом краниометрического анализа их 3D-моделей, полученных на основе СКТ [18]. Для количественной оценки асимметрии вычисляли индексы асимметрии (ИА) для гомологических краниометрических точек, которые определяли как частное расстояний между исследуемыми точками слева и справа и точкой Sella (sel). При расчете в числителе всегда помещали большее значение расстояния. Такие измерения проведены для верхних точек края орбиты (mso), латеральных точек края орбиты (fmo), точки наиболее выступающей части очага ФД и гомологичной ей, зеркально расположенной относительно сагиттальной плоскости точки с противоположной стороны (таблица, рис. 5). Значение ИА в случае большей симметричности объекта стремится к значению «1», а при выраженной асимметричности значительно превышают это значение. Причем чем выше степень деформации, а следовательно, и асимметрия объекта, тем больше значение индексов асимметрии.

Описание использованных краниометрических точек и расстояний

Рис. 5. Схема построения векторов точек mso D, mso S, fmo D, fmo S, Prom D, Prom S от точки sel в прямой (а), нижней (б) и аксиальной (в) проекциях.

Для количественной оценки степени различий между спланированной виртуальной моделью черепа и 3D-моделью, полученной после операции, был использован метод «Сравнительного анализа деталей» (Part Comparison Analysis) в программе Materialise 3-matic Medical (Бельгия). Разные модели сравнивали поточечным анализом, и значения среднего различия представлялись в числовой форме (мм) или в виде цветовых диаграмм (рис.7).

Рис. 7. Цветовые диаграммы результатов сравнительного анализа областей 3D-моделей двух (а, б) пациентов.

Результаты

Продолжительность операций с применением методик КП и КМ составила 308,27±91,32 мин. Объем кровопотери при операциях с использованием КП составил 291,7±215,7 мл, что в 2 (6,3%) наблюдениях потребовало проведения гемотрансфузии. При удалении патологической костной ткани отмечалась спаянность последней с твердой мозговой оболочкой (ТМО), а в 3 случаях отмечено ее повреждение. ТМО ушивалась наглухо, в послеоперационном периоде ликвореи не отмечалось. В 1 (3,1%) наблюдении потребовалась коррекция индивидуального КИ, изготовленного интраоперационно при помощи ПФ.

Лишь у 1 (3,1%) пациента с полиоссальной ФД на фоне СМОБ отмечалось послеоперационное осложнение в виде эпидуральной гематомы, развившейся на 1-е сутки после операции. Произведено ее удаление, после чего КИ был фиксирован в исходное положение.

Сравнительный анализ запланированных моделей с реально полученным результатом показал высокую степень соответствия. Различие между моделями в среднем составило 0,057±0,58 мм (рис. 7). При этом существенных различий между группой, в которой использовались предоперационно изготовленные КИ, и группой с КИ, изготовленными интраоперационно при помощи ПФ, не было выявлено.

Оценка динамики ИА у оперированных выявила увеличение уровня симметрии (рис. 6). Использованные подходы предоперационного КП, КМ, изготовления хирургических шаблонов и персонифицированных КИ существенно улучшили качество хирургической реконструкции черепа.

Рис. 6. Динамика индексов асимметрии после хирургического лечения.

а — индекс асимметрии верхних точек края глазницы (mso) (p<0,01); б — индекс асимметрии латеральных точек края глазницы (fmo) (p=0,1); в — индекс асимметрии наиболее выступающей точки очага фиброзной дисплазии (prom) (p<0,01).

Обсуждение

Хирургическое лечение пациентов с ФД костей свода и основания черепа часто связано со значительными сложностями. Среди существующих хирургических подходов лечения ФД выделяют два основных по радикальности: ограниченная резекция, которая заключается в частичном контурном иссечении пораженной кости с формированием выгодной функциональной и косметической формы, и радикальная резекция патологического очага.

При частичной резекции основной задачей является коррекция формы области, что не требует реконструкции. Данный вид вмешательства менее травматичен, но не исключает прогрессии заболевания [19]. Контурную резекцию используют при условии стабильности очагов ФД у взрослых пациентов или в случае сложной локализации очага, создающей опасность повреждения функционально значимых анатомических образований [20—22]. В наблюдениях с явной прогрессией очагов ФД данный метод неприменим.

Радикальная резекция ФД подразумевает полное иссечение в пределах здоровых тканей и требует одномоментной реконструкции, выполняемой либо аутокостью, либо ксеноматериалами. В ранних публикациях указывалось, что использование радикального метода было существенно ограничено слабой разработкой и дороговизной ксеноматериалов, а также недоступностью изготовления персонифицированных КИ для реконструкции дефектов. Развитие технологий КТ, доступного программного обеспечения, методик КП и КМ, а также аддитивных технологий в медицине изменили данную ситуацию. Новые биосовместимые ксеноматериалы и возможности использовать их в аддитивном производстве показали новый горизонт для краниопластики. Вначале эти методы использовали только для устранения дефектов свода и основания черепа [23], но потом стали использовать и в лечении новообразований костей черепа [7—9].

Для исследования нами тщательно отбирались пациенты, требовавшие хирургического лечения в связи с прогрессией ФД или появлением тяжелых функциональных нарушений. Активность патологической ткани обуславливала показания к радикальному подходу с одномоментной реконструкцией. В ранние годы выполнение условия радикальности было затруднено тем, что границы патологической костной ткани было практически невозможно точно определить, что создавало риск рецидива и прогрессии ФД [3]. Стремление к радикальности также поддерживает и то, что по последней гистологической классификации ФД была отнесена к доброкачественным опухолям [1]. КП открыло возможность точно определять края патологической костной ткани и переносить полученные данные на пациента при помощи специальных хирургических шаблонов [9]. В большинстве случаев границы резекции планируют значительно шире, чем визуально определяемые границы очага ФД, то есть использование КП и КМ способствует большей радикальности и осуществляется хирургом до операции виртуально. Участие инженеров на этом этапе позволяет смоделировать и изготовить хирургические шаблоны, ограничивающие зону резекции, и КИ наиболее точно.

Используемые для краниопластики сегодня ксеноматериалы подразделяются на две группы [15]: полимерные (ПММА, ПЭЭК и др.) и металлические (титановые). Персонифицированные КИ из титана и ПЭЭК можно изготовить только до операции, в то время как КИ из ПММА изготавливают как до операции, так и интраоперационно при помощи ПФ. При выборе материала для краниопластики нужно учитывать его резистентность к инфекционным агентам. В большем числе наших наблюдений использовались КИ из ПММА. В связи с невысокой их резистентностью к инфекциям, при резекции приходилось избегать областей с высоким риском вскрытия придаточных пазух носа. Это в определенной степени снижало радикальность операций. Но появление в последнее время КИ из титана и ПЭЭК позволило не ограничивать объем костной резекции по этой причине.

Применение аутокости для реконструкции черепа связано со следующими рисками: неудовлетворительным эстетическим результатом, резорбцией аутокости в области реконструкции, негативными последствиями в зоне забора трансплантата, большой продолжительностью оперативного вмешательства и значительной кровопотерей, инфекционными осложнениями и др. [15]. Наличие этих существенных недостатков усиливает развитие ксеноматериалов и технологий работы с ними.

Анализ динамики ИА моделей черепа пациентов с ФД после операций показал статистически достоверное уменьшение выраженности асимметрии (рис. 6). Хотя ИА после лечения и не равнялись единице, известно, что у черепов здоровых людей имеется некоторая асимметричность. Также достижению абсолютной симметрии у данной группы пациентов препятствуют вторичные деформации непораженных ФД костных структур. При КП резекции здоровая, но деформированная костная ткань не входит в зону иссечения. Не позволяет добиться идеальной симметрии и полиоссальное поражение костей черепа, когда радикальное удаление ФД невозможно.

Среди различных типов КИ титановые сетчатые пластины имеют важное преимущество [24]. Это накладной КИ с размером, превышающим ожидаемый дефект черепа. Однако между пластиной и ТМО создается мертвое пространство [15]. Проблема гидроксиапатитовых изделий в краниопластике заключается в необходимости соответствия размера и формы дефекта черепа и КИ. Определение границы краниотомии в ходе КП для радикальной резекции требовало приблизительно 30 минут. Иногда эта процедура сокращала время и риски реальной операции, а также нагрузку за счет отсутствия необходимости забора аутоматериала и полного знания предстоящей ситуации хирургом [25]. Кроме того, в большинстве наблюдений не потребовалось интраоперационной коррекции КИ.

Таким образом, КП и КМ и использование хирургического шаблона существенно повысили эффективность и безопасность хирургического лечения пациентов с ФД краниоорбитальной локализации [24].

Заключение

Современные технологии КП и КМ с использованием аддитивных технологий в виде стереолитографических моделей черепа, хирургических шаблонов и изготовление персонифицированных КИ значительно увеличили эффективность лечения пациентов с ФД костей свода и основания черепа. Представленные в работе ИА могут использоваться для оценки эффективности проведенного предоперационного КМ и достигнутого результата лечения в целом.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Ракитянский М.М., Сатанин Л.А., Иванов А.Л., Руднев С.Г.

Сбор и обработка материала — Ракитянский М.М., Сатанин Л.А., Иванов А.Л., Сахаров А.В. Семушин М.А., Дувидзон В.Г., Бурхан Е.С.

Статистическая обработка — Руднев С.Г., Ракитянский М.М., Сатанин Л.А.

Написание текста — Ракитянский М.М., Сатанин Л.А., Руднев С.Г., Семушин М.А.

Редактирование — Ракитянский М.М., Сатанин Л.А., Руднев С.Г., Сахаров А.В., Рогинский В.В.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.