3D печать в челюстно-лицевой хирургии

Грант Забунян - первый врач-онколог в Клиническом онкологическом диспансере №1 г.Краснодар, осуществивший планирование операций на нижней челюстной кости с помощью 3D модели и выполнивший реконструкцию нижней челюсти пациента после резекции.

Злокачественные новообразования представляют для общества одну из наиболее серьезных проблем, причем не только медицинского, но и социального и экономического характера. В России, как и во многих других странах, отмечается неуклонный рост онкозаболеваний, что влечет за собой необходимость совершенствования организаций, оказывающих специализированную помощь в данной сфере. Новые подходы к решению подобных вопросов привели к использованию в том числе и аддитивных технологий.

3D печать находит широчайшее применение в различных областях медицины. Представленный проект - результат сотрудничества врача онкологического отделения ГБУЗ «Клинический онкологический диспансер №1» министерства здравоохранения Краснодарского края Гранта Забуняна и Артёма Соболева, руководителя обучающего направления «Станции трёхмерной печати» в Краснодаре.

Грант Забунян, врач-онколог

Патогенез* опухолей ротовой полости поликомпонентен. Основными причинами появления раковых образований в ротовой полости врачи называют пристрастие к алкоголю и курению. К развитию опухолей также приводят и ранее некачественно установленные импланты, которые травмировали слизистую ротовой полости, а также предраковые заболевания и папилломавирус человека (ВПЧ).

Раньше при подобных поражениях целостность челюсти не восстанавливалась. Фрагмент с опухолью удалялся, болезнь была побеждена, но, в большинстве случаев, снижалось качество жизни пациента, который впоследствии испытывал трудности с жевательной функцией и артикуляцией.

В нашей клинике сделано 6 резекций* нижней челюсти с одномоментными реконструктивным этапом с использованием фрагмента лопатки, одна- с использованием подвздошной кости и одна - с фрагментом малоберцовой кости. В представленных примерах реконструкций с использованием фрагмента лопатки мы делали только копию нижней челюсти, на которой могли прорепетировать уровень резекций и длину забираемого трансплантата. В случаях с малоберцовым лоскутом требуется выполнить проектирование длины, углов отпила забираемого материала. К тому же, необходимо придать прямой кости форму подковы (подобное моделирование требуется чаще всего). Это делается путём выпиливания клинов определенного вида в некоторых местах, чтобы полностью воссоздать резецированную челюсть.

Мой выбор пал на 3D печать, потому что не существует других способов, чтобы потрогать руками поражённую опухолью челюсть целиком, отбросив все мягкие ткани или прицелиться и отточить операцию до её начала. На представленных фотографиях изображен снимок челюсти пациента, где трансплантатом является фрагмент лопатки в позиции резецированной нижней челюсти справа (то, что находится между металлическими пластинами). Как можно заметить, произошла полная консолидация краев, т.е. резецированная кость полностью замещена фрагментом лопатки! Реабилитация больного прошла успешно и качество его жизни вернулось на прежний уровень.

Артём Соболев, руководитель обучающего направления

В 2015 году Грант обратился ко мне с интересным предложением - для его работы необходимо было создать 3D модель челюсти пациента, основываясь на компьютерной томограмме черепа и DICOM* - файлах. Интерес и желание попробовать свои силы и помочь страдающему от недуга человеку стали двигателями проекта. К слову, впервые о печати фрагментов человеческих костей я узнал во время перевода книги «Доступная печать для науки образования и устойчивого развития» с группой единомышленников в 2014 году, а в предложенном проекте мне представился шанс самому попробовать напечатать подобную модель. При подготовке проекта к печати необходимо было убрать «артефакты» (побочные шумы), которые присутствовали на томограмме. Для создания 3D модели я использовал программное обеспечение Blender, которое позволяет не только смоделировать прототип, но и проверить его на наличие ошибок и адаптировать для 3D печати. В настоящее время, за год сотрудничества с докторами ГБУЗ «Клинический онкологический диспансер №1» министерства здравоохранения Краснодарского края мной было распечатано 7 прототипов челюстей с различными степенями поражения. Для наиболее сложных моделей я использовал древовидную поддержку, созданную в программе Meshmixer. Проект выполнялся на трех принтерах PICASO 3D Designer. Так как это односопельные принтеры, удаление поддержек из того же материала из геометрически сложных моделей - сложный, кропотливый процесс.

Данная программа позволяет оптимизировать затраты пластика, а построенные поддержки оставляют менее заметные следы на поверхности модели и легче удаляются. Так как для конечного прототипа требуется дополнительная обработка, при печати мы используем ABS пластик. Все используемые мной программы (Blender, InVesalius, Meshmixer) доступны для бесплатного использования, и достаточно легки в освоении.

Подводя итоги: Процедура применения прототипа при планировании операции достаточно проста и заключается в следующем: врач изучает дефект, держа модель в руках, определяет необходимость и степень хирургического вмешательства.

Затем делаются необходимые замеры на распечатанном прототипе, чтобы впоследствии, во время операции, взять с лопатки или ребра этого же пациента фрагмент кости, необходимый для восстановления повреждённого участка челюсти. Подобное планирование сокращает время проведения операции и уменьшает риск возникновения осложнений. В ближайшем будущем врачи ГБУЗ «Клинический онкологический диспансер №1» министерства здравоохранения Краснодарского края планируют осуществить проект по изготовлению шаблона для создания челюстного импланта на основе малоберцовой кости.

*DICOM (англ. Digital Imaging and Communications in Medicine) — отраслевой стандарт создания, хранения, передачи и визуализации медицинских изображений и документов обследованных пациентов.

*РЕЗЕКЦИЯ (от лат. resectio — отсекание) мед. — удаление операционным путём части органа или тела, повреждённой или поражённой болезнью.

*ПАТОГЕНЕЗ (от греч. páthos — страдание, болезнь и genesis - происхождение, возникновение) мед. — последовательность возникновения и развития болезненного процесса или болезни в целом; раздел патологии, изучающий этот процесс.

А в следующем посте мы покажем, как будет выглядеть данная модель, если ее распечатать с растворимыми поддержками из PLA и PVA пластиков.