Применение пациент-специфичных имплантов в хирургии распространенных объемных образований краниофациальной зоны

Резюме

Актуальность. Удаление обширных объемных образований краниофациальной зоны сопровождается формированием крупных дефектов костей черепа, которые для достижения оптимальных эстетических и функциональных исходов сохранения качества жизни пациента требуют проведения одномоментной реконструкции.

Этап реконструкции должен быть максимально быстрым и минимально травматичным. Возможность отказаться от забора донорских тканей позволяет уменьшить объем хирургического вмешательства, а применение современных материалов и технологий компьютерного моделирования и трехмерной печати позволяют создавать импланты, максимально соответствующие анатомическим особенностям конкретного пациента.

Цель - проанализировать применение пациент-специфичных имплантов (ПСИ) для одно- моментной реконструкции сложных дефектов черепа после удаления объемных образований краниофациальной зоны.

Материал и методы. С 2013 по 2021 г. в исследование включены 8 пациентов с объемными образованиями в краниофациальной зоне, после удаления которых была проведена одномоментная реконструкция обширных костных дефектов ПСИ из титана или полиэфирэфиркетона на базе стереолитографических моделей или с помощью трехмерной печати.

Результаты. Во всех наблюдениях применение ПСИ позволило добиться оптимального косметического и функционального результата, уменьшить время операции за счет устранения этапа интраоперационного моделирования импланта.

Заключение. Современные технологии компьютерного моделирования и трехмерной печати позволяют производить ПСИ из широкого спектра алломатериалов. Но импланты из алломатериалов по-прежнему не позволяют протезировать сложные функции, не способны к увеличению у растущих детей, не лишены рисков инфицирования и аутоиммунных реакций. Перспективно создание альтернативных стратегий изготовления ПСИ с использованием разработок регенеративной медицины, которая комбинирует в себе принципы клеточной и молекулярной биологии, биоинженерии, тканевой инженерии.

Ключевые слова:краниофациальная реконструкция; пациент-специфичные импланты; хирургия краниофациальных опухолей

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Васильев С.А., Левин Р.С., Аслануков М.Н., Ощепков С.К. Применение пациент-специфичных имплантов в хирургии распространенных объемных образований краниофациальной зоны // Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2022. Т. 10, № 3. С. 83-88. DOI: https://doi.org/10.33029/2308-1198-2022-10-3-83-88

Удаление обширных объемных образований краниофациальной зоны сопровождается формированием крупных дефектов костей черепа, которые для достижения оптимальных эстетических и функциональных исходов, сохранения качества жизни пациента требуют проведения одномоментной реконструкции.

Этап реконструкции должен быть максимально быстрым и минимально травматичным, так как удаление объемного образования уже само по себе сопровождается значимой операционной травмой. Возможность отказаться от забора донорских тканей позволяет уменьшить объем хирургического вмешательства.

Создание пациент-специфичного импланта (ПСИ) для реконструкции костных структур пораженной краниофациальной зоны с оптимальной формой, учитывая сложные анатомические особенности поверхности лицевого скелета, индивидуальные черты, реконструкции дефекта черепа большой площади при необходимости, возможно лишь посредством компьютерного предоперационного моделирования и автоматизированного изготовления импланта на основании созданных трехмерных моделей. Применение ПСИ, предварительно изготовленных посредством автоматизированного планирования и производства, позволяет не тратить время на ручное интраоперационное формирование импланта, адаптацию его формы и положения, помогает моделировать имплант вместо утраченных костных структур оптимальной формы с точностью до 0,5 мм [1, 2]. При одностороннем поражении структур лобно-скулоорбитальной области сохранная противоположная сторона может служить шаблоном для изготовления импланта, за счет чего можно достичь идеальной симметрии краниофациальной зоны [3].

Совершенствование технологий компьютерного моделирования и трехмерной печати предоставляет новые возможности в изготовлении ПСИ.

Цель - проанализировать применение ПСИ для одномоментной реконструкции сложных дефектов черепа после удаления объемных образований краниофациальной зоны.

Материал и методы

С 2013 по 2021 г. в исследование включены 8 пациентов, прооперированных в нейрохирургическом отделении ФГБНУ "РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского", которым удалены краниофациальные объемные образования с одномоментной реконструкцией костного дефекта ПСИ.

Критерии включения: наличие объемного образования в краниофациальной зоне, после удаления которого была необходима реконструкция дефекта костей черепа, с максимальным размером дефекта >9 см и/или распространявшимся на края орбиты, так как при данных параметрах интраоперационное мануальное формирование импланта корректной анатомичной формы из стандартной титановой сетки или костного цемента не представлялось возможным.

Критерии исключения: пациенты с опухолями, которым в послеоперационном периоде требовалось проведение лучевой терапии, так как у этой группы повышались риски трофических изменений кожи [4].

Всем пациентам на дооперационном этапе на основании данных компьютерной (КТ) и магнитно-резонансной томограммы (МРТ), с использованием трехмерных компьютерных моделей выполнено планирование зоны резекции, а также параметров и формы импланта. ПСИ изготовлены из титана или полиэфирэфиркетона (PEEK) на базе стереолитографических моделей или с помощью трехмерной печати в специализированных компаниях.

Результаты

В исследование вошли 8 пациентов: 6 (75%) мужчин и 2 (25%) женщины; средний возраст составил 33,4±16,3 года (от 18 до 64 лет). Всем пациентам выполнена одномоментная реконструкция костей черепа с помощью предварительно изготовленных ПСИ после удаления различных новообразований.

У 5 пациентов образования краниофациальной зоны были представлены фиброзной дисплазией, в 3 случаях - менингиомами с интра-/экстракраниальным распространением. У 5 пациентов операции выполнены первично, у 3 повторно, из них в 2 случаях - после ранее выполненных операций в других лечебных учреждениях в связи с рецидивом менингиом: у 1 пациента ранее проведено 3 операции по удалению менингиомы и последующих рецидивов, а также стереотаксическое радиохирургическое лечение на аппарате "Гамма-нож", еще у 1 пациента проведено 3 операции по удалению менингиомы и последующих рецидивов, а также 1 операция по краниопластике. У 1 пациента с распространенной полиоссальной фиброзной дисплазией проведено этапное хирургическое лечение в РНЦХ (см. таблицу).

Представлены сводные данные по пациентам, включенным в исследование: диагноз, жалобы при поступлении, ранее перенесенные операции или лучевая терапия, максимальный диаметр дефекта, материал импланта, послеоперационное изображение КТ черепа и импланта.

В исследованной группе отсутствовали инфекционные осложнения или некротические изменения мягких тканей. Но у пациентов после повторных хирургических вмешательств и проведенной лучевой терапии отмечались уменьшение толщины и умеренная атрофия кожно-апоневротического лоскута.

7 пациентам для краниопластики был выбран титан из-за его доступности, прочности, низких рисков инфицирования и инертности. У 1 пациента с обширной полиоссальной фиброзной дисплазией левых лобной и теменной костей для краниопластики был использован имплант из PEEK. Необходимость выбора PEEK-материала обусловлена аллергией на титан отечественного производства, выявленной у пациента в ходе лечения.

В данном случае при первом этапе операции выполнено удаление зоны фиброзной дисплазии теменной кости и установка титановой сетки. Проведение операции на фронтоорбитальной области планировалось вторым этапом. Но на 83-и сутки после первого этапа операции произошло расхождение краев раны. Предпринятые меры консервативного лечения не принесли результатов. Лабораторные методы исследования не выявили инфекционного поражения.

Проведено исследование на аллергонепереносимость титана (КДЦ МГМСУ, лаборатория клинической иммунологии): к изделиям из медицинского титана отечественного производства (2 образца) выявлена повышенная чувствительность, степень сенсибилизации 2,5 балла при 4 возможных. В этой связи потребовалось удаление первично установленной титановой сетки. Через 11 мес пациенту выполнена повторная операция: удаление второго участка фиброзной дисплазии лобной кости и пластика обширного дефекта левых лобной и теменной костей ПСИ из PEEK. Осложнений в катамнезе более 8 лет не выявлено.

У одной пациентки с рецидивом менингиомы опухоль прорастала участок кожи диаметром до 9 см, что потребовало его иссечения и одномоментного закрытия образовавшегося дефекта перемещенным кожно-апоневротическим лоскутом.

У 7 (87,5%) пациентов образования распространялись на придаточные носовые пазухи: у 6 - на лобные пазухи, у 1 - лобную и клиновидную пазухи, а также на ячейки решетчатой кости. В 3 случаях выполнена краниализация лобных пазух и их герметизация фрагментами аутотканей и биологическим клеем, в 1 случае осуществлена пластика дна передней черепной ямки надкостничным лоскутом на питающем основании, биологическим клеем и фрагментами расщепленной кости, в 2 случаях при небольших дефектах лобной пазухи проводили их герметизацию фрагментами аутотканей и биологическим клеем без краниализации. Благодаря герметичному комбинированному отграничению придаточных пазух ни в одном наблюдении не отмечено назальной ликвореи и инфекционных осложнений, несмотря на близкое расположение имплантов из аллопластических материалов.

Пример результатов хирургического лечения пациентки с фиброзной дисплазией лобной кости представлен на рисунке.

Во всех наблюдениях применение ПСИ позволило добиться оптимального косметического и функционального результата, уменьшить время операции за счет устранения этапа интраоперационного моделирования импланта. Кроме того, в представленных наблюдениях ручное изготовление во время операции имплантов необходимой формы и большого размера из стандартных материалов, таких как костный цемент или титановые сетки, не представлялось возможным.

Стоит отметить, что более эффективны для реконструкции костей черепа импланты из PEEK, так как данный материал, помимо его инертности и высокой биосовместимости, обладает наиболее близкими к кости биомеханическими свойствами, а также не приводит к возникновению артефактов при выполнении КТ и МРТ, что особенно важно у пациентов с онкологическими заболеваниями, требующими выполнения данных исследований в послеоперационном периоде [5-7].

В настоящее время изготовление имплантов большого размера из PEEK в России не проводится, а цена имплантов из PEEK иностранного производства несопоставимо высока в сравнении с аналогичными изделиями из титана, изготовленными в РФ. Цена ПСИ среднего размера из PEEK иностранного производства превышает 9000 долларов США, в то время как цена титанового импланта аналогичного размера, произведенного в российской компании, составляет ~1000 долларов. В этой связи в большинстве случаев мы применяли титановые импланты.

Заключение

Современные технологии компьютерного моделирования и трехмерной печати позволяют производить ПСИ из широкого спектра алломатериалов, таких как титан, PEEK, различные виды костного цемента, биокерамика, практически любого необходимого размера и сложной структуры. Применяются различные сочетания материалов для улучшения свойств имплантов. Например, для повышения способности PEEK к интеграции с прилежащей костью разрабатываются технологии придания материалу пространственной микроструктуры и интеграция его с гидроксиапатитами, что позволяет достичь остеоиндуктивных свойств у полученного композита [8]. Но импланты из алломатериалов по-прежнему не позволяют протезировать сложные моторные и сенсорные функции, не способны к увеличению у растущих детей, не лишены рисков инфицирования и аутоиммунных реакций. В настоящее время трансплантаты из васкуляризированных аутотканей остаются наилучшими по биосовместимости, но их забор сопровождается повреждением донорской зоны, а формирование из них имплантов большого размера и сложной формы для реконструкции краниофациальной зоны не представляется возможным. В этой связи перспективным является создание альтернативных стратегий изготовления ПСИ с использованием разработок регенеративной медицины, которая комбинирует в себе принципы клеточной и молекулярной биологии, биоинженерии, тканевой инженерии [9, 10].

Литература/References

1.     Dean D., Min K., Bond A. Computer aided design of large-format prefabricated cranial plates. J Craniofac Surg. 2003; 14 (6): 819-32. DOI: https://doi.org/10.1097/00001665-200311000-00002  

2.     Scolozzi P. Maxillofacial reconstruction using polyetheretherketone patient-specific implants by "mirroring" computational planning. Aesthetic Plast Surg. 2012; 36 (3): 660-5. DOI: https://doi.org/10.1007/s00266-011-9853-2  

3.     Lai J., Sittitavornwong S., Waite P. Computer-assisted designed and computer-assisted manufactured polyetheretherketone prosthesis for complex fronto-orbito-temporal defect. J Oral Maxillofac Surg. 2011; 69 (4): 1175-80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.joms.2010.05.034  

4.     Sakamoto Y., Koike N., Takei H., Ohno M., Shigematsu N., Kishi K. Influence of backscatter radiation on cranial bone fixation devices. J Craniofac Surg. 2018; 29 (4): 1094-6. DOI: https://doi.org/10.1097/scs.0000000000004392  

5.     Jalbert F., Boetto S., Nadon F., Lauwers F., Schmidt E., Lopez R. One-step primary reconstruction for complex craniofacial resection with PEEK custom-made implants. J Craniomaxillofac. Surg. 2014; 42 (2): 141-8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcms.2013.04.001  

6.     Rudman K., Hoekzema C., Rhee J. Computer-assisted innovations in craniofacial surgery. Facial Plast. Surg. 2011; 27 (4): 358-65. DOI: https://doi.org/10.1055/s-0031-1283054  

7.     Hanasono M., Goel N., DeMonte F. Calvarial reconstruction with polyetheretherketone implants. Ann Plast Surg. 2009; 62 (6): 653-5. DOI: https://doi.org/10.1097/sap.0b013e318184abc7  

8.     Liao C., Li Y., Tjong S. Polyetheretherketone and its composites for bone replacement and regeneration. Polymers (Basel). 2020; 12 (12): 2858. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12122858  

9.     Roskies M., Jordan J., Fang D., et al. Improving PEEK bioactivity for craniofacial reconstruction using a 3D printed scaffold embedded with mesenchymal stem cells. J Biomater Appl. 2016; 31 (1): 132-9. DOI: https://doi.org/10.1177/0885328216638636  

10. Borrelli M., Hu M., Longaker M., Lorenz H. Tissue engineering and regenerative medicine in craniofacial reconstruction and facial aesthetics. J Craniofac Surg. 2020; 31 (1): 15-27. DOI: https://doi.org/10.1097/scs.0000000000005840

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Дземешкевич Сергей Леонидович
Доктор медицинских наук, профессор (Москва, Россия)
Вскрытие
Медицина сегодня
Уважаемые коллеги, до XI-го Национального конгресса с международным участием имени Н.О. Миланова "Пластическая хирургия, эстетическая медицина и косметология" осталось 3 дня

Уважаемые коллеги, до XI-го Национального конгресса с международным участием имени Н.О. Миланова "Пластическая хирургия, эстетическая медицина и косметология" осталось 3 дня! С 29 ноября по 1 декабря 2022 года в Москве пройдет XI Национальный конгресс "Пластическая хирургия,...

X конференция с международным участием "Креативная кардиология и кардиохирургия. Новые технологии диагностики и лечения заболеваний сердца"

6-7 декабря 2022 года состоится юбилейная X конференция с международным участием "Креативная кардиология и кардиохирургия. Новые технологии диагностики и лечения заболеваний сердца", которая будет проходить в очном и онлайн-формате в ФГБУ "НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева"...

Приглашаем 1 и 2 декабря в Москву на яркий профессиональный праздник - итоговую всероссийскую Школу РОАГ!

Приглашаем 1 и 2 декабря в Москву на яркий профессиональный праздник - итоговую всероссийскую Школу РОАГ! Школа в Москве занимает особое место в образовательном цикле Школ РОАГ. На ней подводятся итоги прошедшего сезона, обсуждаются темы, которые вызывают наибольший интерес...


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»