Как 3D-печать помогла пациенту с серьезным дефектом скуловой кости

Реконструкция дефекта скуловой кости с помощью 3D-печати | Описание клинического случая | Интеграция титанового имплантата, созданного по SLM-технологии | Кто был задействован в проекте | Заключение

Краткий обзор

Восстановление обширного дефекта скуловой кости – сложная хирургическая операция, в ходе которой необходимо сделать лицо пациента симметричным, пропорциональным и анатомически естественным. В данном исследовании поврежденную кость заменили имплантатом, созданным по технологии селективного лазерного плавления (SLM).

Спроектированный на компьютере имплантат обладал идеальной геометрией, а операция по его установке прошла именно так, как было запланировано. Наблюдение за пациентом в течение следующего года не выявило никаких осложнений.

Реконструкция дефекта скуловой кости с помощью 3D-печати

Дефект скуловой кости может быть результатом черепно-лицевой травмы, резекции опухоли или врожденным отклонением. Восстановление скуловой кости – вопрос не столько функциональности, сколько эстетики. У людей с такими дефектами возникает много сложностей как психологического, так и социального характера, поэтому особенно важно, чтобы после операции лицо пациента в точности восстановило симметрию и естественные пропорции.

Существует множество способов реконструкции скуловых костей, подробно описанных в специальной литературе. Среди них можно упомянуть остеотомию, аутогенную трансплантацию, свободную пересадку ткани и использование различных аллопластических имплантатов. Аутогенная костная трансплантация до сих пор считается классическим методом реконструкции скуловых костей. Однако у нее есть и существенные недостатки, ведь количество источников костной ткани ограничено, а после операции кость-донор деформируется. Сюда же стоит добавить непредсказуемую резорбцию и длительные болевые ощущения. 

Возможной альтернативой аутогенной трансплантации может служить применение аллопластических имплантатов: металлов, силикона, полимеров, гидроксиапатитов. Однако идеальный материал для реконструкции костей до сих пор не найден.

В результате применения SLM-технологии удалось добиться правильной геометрии имплантата, сократить время операции и минимизировать повреждение донорского участка

Имплантаты из перечисленных материалов производятся серийно и широко доступны, однако они имеют свои недостатки и не всегда применимы в сложных случаях. Очень часто они не соответствуют поврежденным участкам по форме, что приводит к неизбежным хирургическим вмешательствам. Напротив, создание имплантатов, учитывающих индивидуальные особенности пациента, с помощью CAD/CAM-систем помогает преодолеть недостатки классических методов реконструкции костной ткани. Операция проходит значительно быстрее, а клинические результаты предсказуемы и удовлетворительны.

В этой статье мы расскажем об опыте реконструкции травматического дефекта скуловой кости с помощью индивидуального имплантата, созданного методом селективного лазерного плавления. После года наблюдений имплантат показал хорошую интеграцию без признаков инфекции или осложнений. Насколько нам известно, это первый случай пластической операции с использованием SLM-технологии.

Описание клинического случая

43-летний мужчина обратился в отделение с тяжелым травматическим дефектом левой средней зоны лица, который он получил 6 годами ранее в результате автомобильной аварии. Клиническое исследование выявило потерю переднезадней и медиолатеральной (поперечной) проекций левой скуловой кости. Глазное яблоко немного западало внутрь глазницы. Также в зоне травмы присутствовала гипотрофия мягких тканей. Результаты обследования были подтверждены компьютерной томограммой в осевой и корональной плоскостях (рис. 1, 2).

Поврежденная кость была восстановлена с помощью индивидуального титанового имплантата, главным образом по эстетическим причинам. Сканирование поврежденного участка с последующим созданием точной 3D-модели выполнялось на оборудовании Siemens Somatom Sensation в Эрлангене (Германия). Затем инженеры компании Materialise (Левен, Бельгия) обработали данные с помощью программы Mimics. Окончательная виртуальная 3D-модель имплантата была создана фирмой 3D Systems из Калифорнии (США). Ее специалисты «отзеркалили» здоровую скуловую кость пациента с помощью программы Freeform Modeling Plus. Поскольку полноценный титановый имплантат был бы слишком тяжел для трансплантации, было решено изготовить его полую версию, которая крепилась бы к остаточной кости с помощью штифтов (рис. 3, 4).

3D-печать имплантата взяла на себя компания SLM Solutions (Любек, Германия). Он был изготовлен из технически чистого титана 2 класса на установке SLM. Компания Stratasys из Миннесоты напечатала модель черепа пациента из белого акрилового фотополимера, применив технологию многоструйного моделирования. Имплантат SLM испытали на пластиковой модели черепа, чтобы проверить совместимость и правильность посадки. Точно подошедший имплантат не нуждался в какой бы то ни было дальнейшей подгонке. Готовое изделие оставалось лишь подвергнуть пескоструйной обработке, сверлению отверстий для штифтов, чистке и стерилизации в автоклаве.

Интеграция титанового имплантата, созданного по SLM-технологии

Имплантат установили на запланированное место, сделав три разреза: полукорональный, в ротовой полости и на нижнем веке. Когда врачи убедились, что имплант установлен верно, они приступили к его фиксации. Для этого использовали три 2-мм титановых штифта Stryker®, изготовленные Мичигане, США (рис. 5). Пространство между имплантатом и оставшейся скулой заполнили материалом, взятым из подвздошной кости. Также хирурги сделали подтяжку мягких тканей лица, а левый висок укрепили титановой сеткой. Разрезы послойно зашили и наложили повязки.

На протяжении последующей недели пациент 2 раза в сутки получал 1 г цефтриаксона, 80 мг гентамицина, 0,5 г метронидазола и 100 мг кетопрофена . Послеоперационный период протекал без осложнений, и пациента выписали через 8 дней. Обследования через месяц, полгода и год не обнаружили каких-либо отклонений. Единственной проблемой оставалась лишь небольшая асимметрия в скуловых областях (рис. 6), в то время как томограмма костей подтверждала хорошую проекцию восстановленного участка (рис. 7, 8). По мнению специалистов, асимметрия возникла из-за атрофии мягких тканей и не вызвана неправильной посадкой имплантата. Исследование также показало отличную интеграцию имплантата и отсутствие резорбции остаточной скулы.

Трехмерная реконструкция лицевой области – одна из самых сложных процедур в пластической хирургии. Нормальный анатомический контур и правильное положение скуловой кости имеют решающее значение для внешнего вида лица. Хотя спустя год после успешной имплантации положение скуловых костей было симметричным (рис. 7,8), у пациента осталась небольшая асимметрия мягких тканей лица. Вероятнее всего, это было вызвано посттравматической атрофией жировой прослойки, а также мимических мышц из-за паралича лицевого нерва.

Одна только остеотомия не могла бы в полной мере скорректировать проекцию лица, поскольку скуловая кость была сильно повреждена. Пациент отказался от варианта свободной пересадки ткани. Таким образом, единственным доступным решением стала аллопластическая имплантация. В случаях посттравматического дефекта скуловой кости используются различные материалы, преимущества и недостатки которых подробно описаны в специальной литературе.

Развитие CAD/CAM-технологии открыло новые перспективы в области аллопластической имплантации. После трехмерной реконструкции черепа будущий имплантат может быть изготовлен путем зеркального отображения здоровой стороны. Таким образом возможно восстановление симметрии и проекции лица.

SLM – одна из технологий 3D-печати, с помощью которой можно создавать пористые титановые имплантаты для костей. Титан часто применяется в пластической хирургии из-за хорошей биосовместимости и интеграции в ткани. По своим механическим свойствам титановые имплантаты SLM практически идентичны костной ткани. Эти сходства особенно важны, поскольку более жесткий материал может привести к адаптивной перестройке остаточной кости, и, как результат, к резорбции и медленному восстановлению. 

Считается, что резорбция кости способствует асептическому расшатыванию имплантатов. Пористые поверхности титановых имплантатов SLM, напротив, способствуют адгезии, миграции и врастанию клеток, и эти свойства приводят к быстрому вживлению имплантата. Когда имплантат вступает в контакт с остеогенными клетками, они мигрируют не только на его поверхность, но и в пористую структуру.

Учитывая преимущества титановых изделий, производимых SLM Solutions, специалисты разработали и изготовили индивидуальный имплантат для восстановления скуловой кости, использовав эту технологию (рис. 3, 4). Он идеально подходит к поврежденному участку и не требует подгонки во время операции (рис. 5). Аналогичные результаты также подробно описаны в литературе. Чтобы уменьшить вес изделия, его изготовили полым и для ускорения интеграции наполнили материалом, взятым из подвздошной кости. После операции имплантат повел себя полностью предсказуемо: не возникло ни осложнений, ни побочных эффектов.

Врачи решили не исправлять западение глазного яблока, поскольку это могло бы вызвать неполное смыкание век и обнажение роговицы. Следует отметить, что главную цель операции хирурги видели в устранении дефекта кости. Проблемой асимметрии лица пациента они планировали заняться позже, использовав пересадку жировой ткани.

По своим механическим свойствам титановые имплантаты SLM практически идентичны костной ткани

Селективное лазерное плавление – дорогостоящая технология. Тем не менее, временные и технологические затраты были оправданы – ведь удалось добиться правильной геометрии имплантата, сократить время операции и минимизировать повреждение донорского участка. Все действия врачей имеют теоретическое обоснование в медицинской литературе. Тем не менее, случай остается единичным, а послеоперационное наблюдение за пациентом – недостаточным. Окончательные выводы можно сделать только после более обширных клинических исследований.

Кто был задействован в проекте

Факультет медико-биологических наук университета FHNW готовит квалифицированных специалистов, востребованных на глобальном рынке. Сотрудники и студенты факультета работают над актуальными проблемами медицины и биологии, воплощая знания в практические решения и разработки.

MIMEDIS AG – производитель медицинского оборудования из Базеля (Швейцария). Разрабатывает и создает индивидуальные костные имплантаты, а также предлагает новые стратегии проектирования и прочие услуги для хирургических отделений. Генеральный директор компании, инженер Ральф Шумахер, тесно сотрудничает с другими производителями медтехники, учеными и маркетологами.

Университет медицины и фармакологии имени Юлию Хациегану, расположенный в городе Клуж-Напока, – один из ведущих вузов Румынии. Хорошо известен международными программами своих трех факультетов: медицины, стоматологии и фармацевтики. Доктор Хоратию Ротару преподает на факультете челюстно-лицевой хирургии.

Пациент дал письменное согласие на публикацию этого отчета и всех содержащихся в нем фотографий.

Заключение

Индивидуальные аллопластические имплантаты превосходно подходят для реконструкции скуловой кости, поскольку такая операция преследует как функциональные, так и косметические результаты. Титановые имплантаты SLM могут стать отличной альтернативой другим материалам благодаря своим геометрическим, биологическим и механическим свойствам.

Статья опубликована 21.02.2020 , обновлена 04.03.2022