Пластика сложных дефектов черепа имплантатами из титана

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Пластика сложных дефектов черепа имплантатами из титана
и полиэтерэтеркетона (PEEK), изготовленными по САD/САМ
технологиям
К.м.н. С.А. ЕОЛЧИЯН
ФБГУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» (дир. — акад. РАН и РАМН А.Н. Коновалов) РАМН, Москва
Приоритетной задачей нейрохирурга при устранении сложных дефектов черепа, особенно локализующихся в лобноорбитальной области, является достижение предсказуемого и стабильного функционального и косметического результата.
Цель исследования — анализ опыта использования имплантатов из титана и полимерного материала полиэтерэтеркетона
(PEEK), изготовленных по CAD/CAM технологиям, для устранения сложных дефектов черепа. Материал и методы. С 2005
по 2013 г. прооперированы 9 пациентов (5 женщин, 4 мужчины), которым была выполнена краниопластика с использованием имплантатов из титана и полимерного материала PEEK, изготовленных по CAD/CAM технологиям на основе данных
спиральной компьютерной томографии высокого разрешения. Компьютерное планирование операции с созданием CAD/
CAM имплантатов проводилось в 3 наблюдениях. У 8 из 9 пациентов имелись сложные посттравматические дефекты
черепа преимущественно в лобно-орбитальной области. У 2 из них проведены одноэтапные вмешательства по устранению
лобно-орбитальных дефектов и сочетанных деформаций прилежащих костных структур крыши орбиты и средней зоны
лицевого скелета. Одной пациентке проведена одноэтапная пластика дефекта черепа после удаления очага фиброзной
дисплазии краниоорбитальной области. У 4 из 9 пациентов использованы имплантаты из титана, у 5 — из материала PEEK.
Период наблюдения после операции составил от 6 мес до 8,5 года (медиана 4,4 года). Результаты. Во всех наблюдениях
отмечалось хорошее прилегание имплантата к краям костного дефекта. Все пациенты перенесли операцию хорошо,
заживление раны происходило первичным натяжением. Осложнений не отмечалось ни в одном наблюдении. Клинический
и КТ контроль свидетельствовал о высокой точности имплантатов, хорошем функциональном и косметическом результате
у всех пациентов. Выводы. Применение CAD/CAM имплантатов, изготовленных из титана и материала PEEK, оптимизирует задачу устранения сложных дефектов черепа, уменьшает травматичность и продолжительность операции, обеспечивает предсказуемый хороший функциональный и косметический результат. При устранении посттравматических сочетанных дефектов и деформаций, а также удалении доброкачественных костных опухолей краниоорбитальной локализации,
CAD/CAM имплантаты должны быть изготовлены на основе компьютерного планирования операции, что позволяет проводить одноэтапные реконструктивные вмешательства с достижением необходимой симметрии.
Ключевые слова: сложные дефекты черепа, краниопластика, компьютерное планирование операции, CAD/CAM
имплантаты, титан, полиэтерэтеркетон (PEEK), фиброзная дисплазия, одноэтапные операции.
Complex skull defects reconstruction with САD/САМ titanium
and polyetheretherketone (PEEK) implants
S.A. EOLCHIYAN
Burdenko Neurosurgical Institute, Moscow, Russia
Predictable and stable functional and aesthetic result is the aim of priority for the neurosurgeon dealing with the reconstruction of
large cranial bone defects and complex-formed skull defects involving cranio-orbital region.
Aim — the paper presents the experience with САD/САМ titanium and polyetheretherketone (PEEK) implants for complex-formed
and large skull bone defects reconstruction. Material and methods. Between 2005 and 2013 nine patients (5 females and 4 males)
underwent cranioplasty and cranio-facial reconstruction with insertion of the customized САD/САМ titanium and PEEK implants.
Computer-assisted preoperative planning was undertaken by the surgeon and the engineer together in 3 cases to provide accurate
implant design. Eight patients had complex-formed and large posttraumatic defects of fronto-orbital (7 cases) and parietal (one
case) regions. In two of these cases one-step reconstruction surgery for posttraumatic fronto-orbital defects combined with adjacent
orbital roof (one case) and orbito-zygomatic (one case) deformities was performed. One patient underwent one-step primary
cranioplasty after cranio-orbital fibrous dysplasia focus resection. Titanium implants were used in 4 cases while PEEK implants —
in 5 ones. The follow-up period ranged from 6 months till 8,5 years (median 4,4 years). Results. The accuracy of the implant
intraoperative fit was perfect in all cases. Postoperative wounds healed primary and there were no any complications in the series
presented. Post-op clinical assessment and CT data testified to high implants precision, good functional and aesthetic outcomes in
all patients. Conclusion. САD/САМ titanium and PEEK implants application should allow for optimal reconstruction in the
challenging patients with complex-formed and large skull bone defects providing predictable good functional and aesthetic result
together with surgery morbidity and duration reduction. Computer-assisted preoperative planning should be undertaken for САD/
САМ implants creation in the cases of posttraumatic defects combined with adjacent bone structures deformities and benign bone
tumors of cranio-orbital region, thus enabling one-step reconstructive surgery resulted in essential symmetry attained.
Key words: complex skull defects, cranioplasty, computer-assisted preoperative planning, САD/САМ implants, titanium,
polyetheretherketone (PEEK), fibrous dysplasia, one-step surgery.
© C.А. Еолчиян, 2014
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
e-mail: SEolch@nsi.ru
3
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ПМ — пластические материалы
PЕЕК — полиэтерэтеркетон
ПММА — полиметилметакрилаты
СКТ — спиральная компьютерная томография
СТЛ — стереолитографический (-ая)
ФД — фиброзная дисплазия
ЧМТ — черепно-мозговая травма
ЧПУ — числовое программное управление
CAD — сomputer aided designe
CAM — сomputer aided manufacturing
Устранение дефектов черепа у пациентов, оперированных по поводу черепно-мозговой травмы
(ЧМТ), опухолей, сосудистых заболеваний головного мозга, является актуальной проблемой реконструктивной нейрохирургии. Цель проведения краниопластики — восстановление целостности и формы черепа. Приоритетной задачей для хирургов является достижение стабильного функционального и
косметического результата вмешательства, что позволяет устранить психологические проблемы пациентов, повысить качество их жизни и улучшить
социальную адаптацию.
Наибольшие трудности при восстановлении
нормальных контуров и конфигурации свода черепа возникают в случаях дефектов больших размеров и/или сложной формы. К последним относятся
дефекты лобно-орбитальной области, включающие верхний край и крышу орбиты, что обусловлено особенностями ее анатомии и эстетическим
значением. В связи с этим большую роль играет
выбор пластического материала (ПМ) и способ моделирования имплантата. В литературе представлен опыт применения большого количества ПМ
для устранения дефектов черепа: костных аутотрансплантатов, полиметилметакрилатов (ПММА),
титана, керамических и других материалов, описаны их преимущества и недостатки [2—4, 12, 15, 16,
21, 27, 29, 30].
Моделирование имплантатов во время операции сужает выбор ПМ, снижает предсказуемость
косметического результата, а также увеличивает
продолжительность вмешательства. В последние годы в медицинскую практику внедряются современные компьютерные технологии производства индивидуальных имплантатов для устранения дефектов
черепа на основе данных спиральной компьютерной томографии (СКТ). Они позволяют изготовить
имплантат практически из любого аллопластического материала прямым или непрямым способом
[12, 15]. При непрямом изготовлении предварительно, методом компьютерного моделирования, создается дизайн имплантата — computer aided designe
(CAD). Затем готовится шаблон имплантата методом быстрого прототипирования [9—11, 17]. Примером может являться методика производства сте4
реолитографических (СТЛ) моделей черепа пациента с областью костного дефекта и пресс-формы для
изготовления имплантатов из ПММА, которая была
разработана в НИИ лазерных технологий (ИПЛИТ
РАН, Шатура) и успешно используется в Институте
нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко с 1999 г. [1—4].
Индивидуальный имплантат из ПММА готовится
по пресс-форме вручную, что может отражаться на
его точности и требует определенного опыта. Методика предусматривает возможность проведения доработки имплантата на стерильных СТЛ моделях и
их подгонку к краям дефекта высокоскоростными
фрезами [3, 4]. Более совершенным является прямое
промышленное изготовление индивидуальных имплантатов из титана, полимерных материалов, керамики с использованием различных производственных технологий: высокоскоростного фрезерования,
селективного лазерного спекания, литья на высокоточных станках, оснащенных системой компьютерного управления — computer aided manufacturing
(CAM) [13—15, 22]. Таким образом, при использовании систем автоматизированного проектирования и автоматизированного производства (CAD/
CAM технологии), индивидуальный имплантат создается напрямую, т.е. без получения промежуточной физической модели его шаблона и необходимости ручного моделирования на пресс-форме. Изготовление СТЛ модели при этом уже не требуется, но
она может быть использована для примерки и оценки точности имплантата.
Цель исследования — анализ опыта использования индивидуальных имплантатов из титана и полимерного материала PEEK, изготовленных по CAD/
CAM технологиям, для устранения сложных дефектов черепа.
Материал и методы
С 2005 по 2013 г. прооперированы 9 пациентов (5 женщин, 4 мужчины) в возрасте от 10 до 44 лет (медиана 23
года), которым была выполнена краниопластика с использованием индивидуальных имплантатов из титана и
полимерного материала PEEK, изготовленных по CAD/
CAM технологиям. Из 9 пациентов 8 перенесли тяжелую
ЧМТ и были оперированы в остром периоде травмы в
больницах по месту первичной госпитализации. Указания
в анамнезе на гнойно-воспалительные осложнения имели
место у 3 пациентов (см. таблицу). Краниопластика проводилась в сроки от 9 до 38 мес после травмы. Из 9 наблюдений — у 1 пациентки с фиброзной дисплазией (ФД) краниоорбитальной области проводилась одноэтапная операция с резекцией пораженной костной ткани и первичной пластикой дефекта черепа.
Локализация дефекта черепа: лобно-орбитальная область — 7 наблюдений, лобная область с двух сторон —
одно наблюдение, теменно-височная область — одно наблюдение (см. таблицу). Минимальная площадь дефекта —
30 см2, максимальная — 163 см2. Период наблюдения после операции от 6 мес до 8,5 года (медиана 4,4 года).
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
Краткая характеристика оперированных пациентов
№
наблюдения
1
2
3
Пол/возраст,
годы
Ж/24
М/44
Ж/23
4
5
6
7
8
9
Ж/23
М/22
М/10
Ж/16
М/25
Ж/23
Одноэтапные с краниопластикой вмешательства
Реконструкция скулоорбитального комплекса и дна орбиты
Реконструкция дна орбиты
Резекция очага ФД
Локализация и размеры дефекта
черепа
Л-орб слева, РПС, 8,8×3,5 см
Теменно-височная область справа, 11×10,5 см
Л-орб слева 6,5×6,5 см
Лобная область с двух сторон, 15,5×10,5 см
Л-орб справа, РПС, 7,0×6,5 см
Л-орб справа 6×5 см
Л-орб, по средней линии, 10×6,5 см
Л-орб, по средней линии, 6×5 см
Л-орб справа, 8×7 см
Материал
Титан
Титан
Титан
Титан
PEEK
PEEK
PEEK
PEEK
PEEK
Примечание. Л-орб — лобно-орбитальная область; РПС — распространение на противоположную сторону.
Для создания высокоточного индивидуального имплантата определяющее значение имеет качество КТ сканирования [13—15, 22]. В представленной серии наблюдений выполнялась СКТ всего черепа высокого разрешения
(с толщиной среза 1 мм). Данные КТ переносились на
электронный носитель в формате DICOM и пересылались
фирме-производителю для компьютерного моделирования имплантата с использованием соответствующих программ и его изготовления. У 2 пациентов с посттравматической деформацией костных структур, прилежащих к
дефекту (наблюдения №3, 6), и у пациентки с ФД (наблюдение №9) совместно с инженерами проводилось компьютерное планирование операции для создания имплантата соответствующего дизайна.
Во всех наблюдениях компьютерный дизайн обсуждался и согласовывался с оперирующим хирургом, и только после его принятия осуществлялся следующий этап:
производство имплантата из медицинского титана (фирма «CranioConstruct Bochum») и полимерного материала
polyetheretheketone — PEEK (компания «DePuySynthes»)
на фрезеровочных станках с числовым программным
управлением (ЧПУ). У 4 из 9 пациентов использованы
имплантаты из титана (рис. 1, 2), у 5 — из материала PEEK
(рис. 3, 4). При выборе ПМ учитывали медицинскую ситуацию и пожелания пациента. Указания в анамнезе на
предшествующие гнойные осложнения послужили основанием для выбора титанового имплантата у двух пациентов. У двух пациентов детского возраста предпочтение отдали в пользу PEEК имплантата. Особенности титановых
имплантатов заключались в том, что они имели тонкие
конические края, заходящие за края костного дефекта, и
отверстия по всему периметру для фиксации титановыми
минивинтами диаметром 1,5 мм. Физические свойства
PEEK примерно соответствуют физическим свойствам
кортикальной пластинки свода черепа [6]. В отличие от
титановых имплантатов PEEK имплантаты поддаются обработке фрезами и фиксируются к краям костного дефекта посредством титановых минипластин и минивинтов.
На имплантатах из титана и PEEK в ходе их изготовления
также высверливались отверстия для дренажа и улучшения интеграции мягких тканей (см. рис. 1, б; 3, д, е; 4, ж).
После получения готового имплантата с соответствующим сертификатом у 7 из 9 пациентов проводилась его
примерка на СТЛ моделях (см. рис. 3, д; 4, ж). Сроки установки имплантата с момента проведения КТ сканироваВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
ния не должны превышать 6 мес, поскольку возможны
изменения краев дефекта вследствие нарастания костной
ткани, затрудняющие точную припасовку имплантата.
Стерилизация имплантатов производилась в автоклаве в
стандартном режиме.
Результаты
В наблюдении №4 в качестве первого этапа оперативного лечения выполнена облитерация лобной пазухи, сообщающейся с зоной дефекта, свободным лоскутом с широчайшей мышцы спины на сосудистой
ножке (совместно с пластическим хирургом д-ром
мед. наук В.И. Шаробаро). Микрохирургический анастомоз произведен c поверхностной височной артерией и конкомитантной веной. Приживление мышечного лоскута, помимо облитерации лобной пазухи, позволило нарастить толщину и улучшить трофику мягких тканей над дефектом. Установка имплантата из
титана была произведена через 6 мес.
Все операции выполнялись под общим обезболиванием с оротрахеальной интубацией. У 8 пациентов с лобно-орбитальными (у 7) и бифронтальным (у
1) дефектами применялся коронарный разрез. У пациента с дефектом в теменно-височной области проводился дугообразный разрез, окаймляющий зону
дефекта. Во всех наблюдениях отмечалось хорошее
прилегание имплантата к краям костного дефекта
(см. рис. 1, б; 3, е). У 4 пациентов с титановыми имплантатами во время операции был использован материал Norian CRS (Сalcium phosphate bone cement),
который наносился поверх большей части имплантата и на его стыках с краями костного дефекта, что
обеспечивало сглаженность границы перехода на
кость. Края PEEK имплантатов у 2 из 5 пациентов
минимально обрабатывались высокоскоростными
фрезами для адаптации к ложу, стабилизации положения и уменьшения выраженности перехода на
границе с костью, а также для уменьшения сдавления надкостничного лоскута в области края дефекта,
прилежащего к лобной пазухе.
5
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
а
б
в
г
Рис. 1. Посттравматический костный дефект в теменно-височной области справа (наблюдение №2).
а — аксиальный срез КТ до операции; б — этап операции: титановый имплантат установлен в зоне дефекта и фиксирован титановыми минивинтами по
его периметру; в — аксиальные КТ в тканевом (слева) и костном (справа) режимах; г — CКТ 3D после операции. Визуализируется восстановление конфигурации свода черепа, точное прилегание титанового имплантата к краям дефекта.
6
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
а
б
г
в
д
Рис. 2. Посттравматический костный дефект лобно-орбитальной области и деформация скулоорбитального комплекса слева (наблюдение №3).
а—в — этапы компьютерного планирования операции и создания дизайна титанового имплантата для замещения дефекта лобной кости.
а — компьютерная 3D-модель черепа (смещенная скуловая кость выделена светло-зеленым цветом); б — зеркально симметричные участки свода черепа
и средней зоны лицевого скелета с правой интактной стороны наложены на область дефекта и деформации (выделены желтым цветом); в — виртуальная
репозиция левой скуловой кости (обозначена темно-зеленым цветом) и дизайн имплантата для устранения дефекта лобно-орбитальной области (коричневый цвет) с указанием пунктов фиксации по его краям (зеленые овалы). Отверстия для фиксации к имплантату лобного отростка скуловой кости и
височной мышцы обозначены черным цветом; г — СКТ 3D до операции; д — СКТ 3D после операции. Восстановлены форма и контуры лобно-скулоорбитальной области слева после одноэтапной операции: краниопластики лобно-орбитальной области титановым имплантатом, остеотомии и репозиции
скуловой кости, реконструкции дна орбиты слева.
В наблюдении №3 с последствиями краниофациальной травмы в виде дефекта лобно-орбитальной области и деформации скулоорбитального комплекса (см. рис. 2) потребовалось компьютерное
планирование операции. После выделения на интактной стороне участков свода черепа и средней
зоны лицевого скелета, зеркально симметричных
области дефекта и деформации, произведено их наложение на сторону повреждения, определены хаВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
рактер и степень смещения левой скуловой кости.
Далее выполнена виртуальная репозиция левой скуловой кости в анатомически правильное положение, после чего создан окончательный дизайн имплантата (см. рис. 2, а—в). Во время операции последовательность хирургических действий была
противоположной: первоначально в зоне дефекта
были проведены установка и фиксация титанового
имплантата с восстановлением нормального конту7
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ж
а
б
в
г
д
е
з
и
Рис. 3. Посттравматический дефект лобной кости, распространяющийся на верхний край и крышу орбиты справа (наблюдение №5).
а, б — аксиальный и фронтальный срезы КТ до операции; в — компьютерная 3D-модель черепа; г — виртуальный дизайн имплантата для замещения
дефекта лобно-орбитальной области; д — оценка точности PEEK имплантата на СТЛ модели; е — этап операции: PEEK имплантат установлен в зоне
дефекта и фиксирован титановыми минипластинами и минивинтами; ж — и — аксиальный (ж) , фронтальный (з) и сагиттальный (и) срезы КТ через
1 год после операции. Визуализируется восстановление нормальных контуров и конфигурации лобной кости, верхнего края и крыши орбиты справа,
точное прилегание PEEK имплантата к краям дефекта.
8
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
б
а
в
д
г
ж
е
з
Рис. 4. Фиброзная дисплазия краниоорбитальной области справа (наблюдение №9)
а — СКТ 3D до операции; б—д — этапы компьютерного планирования операции: б, в — компьютерная 3D-модель черепа до и после виртуального удаления очага ФД с формированием костного дефекта; г — дизайн шаблона для определения границ резекции пораженной костной ткани; д — дизайн имплантата для пластики пострезекционного костного дефекта; е — СТЛ шаблон для определения границ резекции очага ФД; ж — оценка точности PEEK
имплантата на СТЛ модели; з — СКТ 3D: разные ракурсы после одноэтапной операции удаления очага ФД и пластики костного дефекта PEEK имплантатом. Визуализируется точное соответствие размеров и формы имплантата зоне пострезекционного дефекта с восстановлением конфигурации краниоорбитальной области справа.
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
9
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ра и конфигурации левой лобно-орбитальной области. Это позволило использовать его в качестве анатомического шаблона и ориентира при одноэтапной
остеотомии и репозиции скуловой кости. Фиксация
лобного отростка скуловой кости к имплантату проведена титановым проволочным швом. Одномоментно выполнена реконструкция дна орбиты расщепленными костными аутотрансплантатами со
свода черепа. По данным послеоперационной СКТ
отмечается восстановление формы и контуров лобно-скулоорбитальной области слева (см. рис. 2, д).
В 3 наблюдениях с лобно-орбитобазальной локализацией дефекта PEEK имплантат использовался для восстановления нормального контура и конфигурации не только чешуи лобной кости и верхнего края орбиты, но и ее крыши (см. рис. 3, 4). В одном из них (наблюдение №6) дефект верхнего края
и передних отделов крыши орбиты сочетался с деформацией ее задних отделов вследствие консолидированного перелома со смещением отломков
книзу, что привело к формированию менингоэнцефалоцеле и гипофтальму. Учитывая задачи реконструктивного вмешательства, проведено компьютерное планирование и моделирование операции с
виртуальной резекцией деформированного участка
крыши орбиты. Соответствующее увеличение размера дефекта было учтено при создании окончательного дизайна имплантата. В ходе операции и по
данным контрольной СКТ точность имплантата была подтверждена.
В наблюдении №9 для выполнения одноэтапной пластики костного дефекта после удаления обширного очага ФД краниоорбитальной области также проведено компьютерное планирование операции (см. рис. 4). На основе данных СКТ была выполнена виртуальная резекция очага ФД. Область резекции захватывала лобную кость и распространялась на верхний и латеральный края орбиты, крышу
и латеральную стенку орбиты, большое крыло клиновидной кости.
Соответственно образовавшемуся виртуальному
дефекту создан компьютерный дизайн имплантата,
который в дальнейшем был изготовлен из материала
PEEK. Для определения правильных границ резекции патологического очага был смоделирован шаблон, изготовленный вместе с СТЛ моделью, в точном соответствии с формой и кривизной прилегающих краев виртуального дефекта (см. рис. 4, е). Во
время операции после удаления патологически измененной ткани PEEK имплантат был установлен в
области сформированного костного дефекта и фиксирован к его краям. Получен хороший функциональный и косметический результат (см. рис. 4, з).
Все пациенты перенесли операцию хорошо, заживление раны происходило первичным натяжением. Осложнений не отмечалось ни в одном наблюдении.
10
Клинический результат оценивали исследованием зоны реконструкции, сравнением симметрии
восстановленной анатомической зоны с интактной
стороной. Данные послеоперационной СКТ позволяли визуализировать прилегание имплантатов к
краям дефекта и восстановление симметричной
конфигурации черепа. Для более точной визуализации границ и контуров титанового и PEEK имплантатов изменяли параметры окна (см. рис. 1, в; 3,
ж—и). По собственным данным плотность PEEK
имплантата составила 160—170 ед. Хаунсфилда.
Клинический и КТ-контроль свидетельствовал о
высокой точности имплантатов, хорошем функциональном и косметическом результатах во всех наблюдениях. Субъективная оценка результатов операции самими пациентами при этом была очень высокой и соответствовала уровню их эстетических
ожиданий.
Обсуждение
Модифицированные методики краниопластики
с применением СТЛ моделей и шаблонов имплантатов были разработаны и начали активно использоваться с конца 90-х годов прошлого века [9—11, 17].
Аллопластические имплантаты, полученные с помощью компьютерного дизайна, произвели революционные перемены в концептуальном подходе к
краниопластике и стали надежной и безопасной
альтернативой [10, 12, 19]. Тем не менее существуют
некоторые проблемы в точности изготовления имплантата с сохранением очень тонких деталей по его
шаблону [26]. Степень сложности компьютерного
моделирования и изготовления имплантата возрастает при увеличении размеров дефекта более 100 см2,
распространении дефекта за среднюю линию и при
вовлечении в зону дефекта верхнего края орбиты
[24]. Технологические инновации в компьютерном
проектировании и промышленном изготовлении
индивидуальных имплантатов привели к значительному повышению их точности и надежности применения [15, 22].
В настоящей работе представлен собственный
опыт применения CAD/CAM имплантатов, изготовленных промышленным способом на станках с
ЧПУ из титана и PEEK. Практика применения титановых имплантатов довольно обширна [7, 13—15,
19]. Физические и химические свойства титана —
высокая механическая прочность, низкий удельный
вес, отсутствие магнитных свойств, коррозионная
устойчивость, отсутствие токсичности, биологическая инертность, — позволяют использовать его для
замещения дефектов черепа. Биосовместимость титана обеспечивает низкий риск развития воспалительных осложнений. По мнению ряда авторов [7,
15], титан является наилучшим аллопластическим
материалом. К недостаткам титанового имплантата
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
можно отнести наличие артефактов при проведении
КТ-исследования, затрудняющих оценку изображения подлежащего к дефекту черепа вещества головного мозга. В то же время магнитно-резонансная
томография в режиме Т1 обеспечивает хорошую визуализацию интракраниальных структур в проекции
титанового имплантата и возможность динамического контроля у нейроонкологических пациентов
[15]. Несмотря на то что титан обладает сравнительно низкой теплопроводностью по сравнению с другими металлами, при имплантатах больших размеров имеется вероятность появления локальных парестезий и болевых ощущений различного характера и интенсивности в условиях низкой или высокой
температуры окружающей среды, а также чувства
инородного тела. Возможность неблагоприятного
термического воздействия титанового имплантата
на ткань головного мозга, обусловленного температурой окружающей среды, до настоящего времени
не была доказана [15].
В последние годы в качестве биосовместимого
ПМ было предложено использовать медицинский
полиэтерэтеркетон — PЕЕК. Последний относится
к семейству линейных ароматических полимеров,
которые называются полиарилэтэркетоны. Они довольно широко применяются в аэрокосмической,
электротехнической и автомобильной промышленности вот уже более 25 лет [32]. Отличные механические и химические свойства материала, а также биологическая безопасность быстро привели к разработке полимеров, пригодных для производства медицинских имплантатов, что завершилось созданием в 1998 г. PEEK-OPTIMA LT [16, 23, 28]. PEEKOPTIMA LT — полукристаллический термопластик,
использовавшийся для производства имплантируемых медицинских устройств, которые должны были
находиться в контакте с кровью или тканями более
30 сут [16, 23, 28]. Эффективное сопротивление,
жесткость и эластичность материала сравнимы с
аналогичными показателями для аутологичной кости [6]. PEEK характеризуется отличной химической устойчивостью к кислотам и коррозии, высокой биосовместимостью, отсутствием аллергических реакций, проницаемостью для излучения при
рентгеновском и КТ-исследовании, отсутствием
артефактов при проведении МРТ. После появления
на медицинском рынке PEEK получил признание
как очень надежный биосовместимый ПМ, особенно в спинальной хирургии (кейджи для межпозвонкового артродеза) и ортопедии (имплантаты бедра)
[16, 20, 23, 28]. Сочетание прочности, жесткости,
упругости и возможность повторной стерилизации
без потери механических свойств делают PEEK перспективной альтернативой другим аллопластическим материалам. Основной недостаток РЕЕК, как
и у всех аллопластических материалов, связан с риском развития послеоперационной инфекции. ИмеВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
ются единичные публикации зарубежных авторов,
где представлен опыт использования САD/САМ
PEEK имплантатов для устранения дефектов черепа
[8, 22, 27]. Каких-либо осложнений, встречающихся
при использовании большинства аллопластических
материалов (инфицирование, гнойно-воспалительные процессы, экструзия, реакция на инородное тело и др.), в ближайшем и отдаленном сроках после
операции с применением PEEK имплантатов в литературе описано не было.
Необходимым условием для безопасности и надежности использования САD/САМ имплантатов
из титана и PEEK является удовлетворительное состояние мягких тканей над костным дефектом. Для
достижения стабильного, долговременного результата в ряде случаев необходимы предварительные
вмешательства, направленные на улучшение их состояния. Во всех случаях, когда имеется дефект лобной кости, обращается внимание на состояние лобной пазухи. Она должна быть либо отграничена от
зоны дефекта, либо предварительно краниолизирована или облитерирована. Для обеспечения надежной лобно-базальной герметизации и отграничения
костного дефекта от лобной пазухи часто используются местные лоскуты. Распространенные дефекты
основания черепа с наличием широкого сообщения
полости черепа с придаточными пазухами носа или
же дефекты покрывающей кожи в редких случаях
могут потребовать использования микроваскуляризированных свободных лоскутов [14, 31].
Описанные в настоящей статье наблюдения дают представление о возможности применения индивидуальных имплантатов из титана и материала
PEEK, изготовленных по CAD/CAM технологиям, в
различных клинических ситуациях. Особый интерес
представляет их использование при сочетании
сложных дефектов и деформаций краниоорбитальной локализации, а также при удалении доброкачественных костных опухолей. В этих случаях CAD/
CAM имплантаты должны быть изготовлены на основе компьютерного планирования операции, для
чего необходимо тесное взаимодействие между хирургом и инженером. Компьютерное моделирование операции проводилось в 3 наблюдениях. В первом наблюдении PEEK имплантат был изготовлен с
учетом планируемого увеличения лобно-орбитального дефекта за счет виртуальной резекции деформированного отдела крыши орбиты. В ходе операции и по данным послеоперационной СКТ точность
имплантата была подтверждена. Во втором наблюдении с лобно-орбитальным дефектом и сочетанной
деформацией скулоорбитального комплекса титановый имплантат был изготовлен с учетом планируемой репозиции скуловой кости. Имплантат, установленный в области дефекта, был использован в
качестве шаблона и анатомического ориентира при
одноэтапной репозиции скуловой кости, что облег11
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
чило выполнение реконструктивного вмешательства с достижением необходимой симметрии.
Таким образом, впервые продемонстрированы
преимущества использования индивидуальных
CAD/CAM имплантатов для проведения одноэтапных вмешательств по устранению сложных лобноорбитальных дефектов и деформаций прилежащих
костных структур передней черепной ямки (крыши
орбиты) и средней зоны лицевого скелета.
Ранее в единичных работах был уже описан опыт
выполнения одноэтапных операций с резекцией доброкачественных костных опухолей и проведением
первичной пластики костных дефектов CAD/CAM
имплантатами из различных ПМ [5, 12, 13, 18, 25].
С целью повышения точности вмешательства используют СТЛ шаблоны для определения границ
резекции, интраоперационную навигацию. В представленной серии наблюдений одной пациентке с
ФД краниоорбитальной области была успешно выполнена подобная операция с использованием
PEEK имплантата. Компьютерное планирование
операции позволило точно определить границы резекции зоны опухолевого поражения, создать дизайн имплантата для первичной пластики дефекта и
провести вмешательство в один этап. Такая тактика
хирургического лечения предупреждает инвалидизацию пациента, неизбежную при традиционном
подходе с проведением отсроченной пластики костного дефекта.
Применение индивидуальных имплантатов, изготовленных по CAD/CAM технологиям из титана и
материала PEEK-Optima, продемонстрировало их
неоспоримые достоинства, которые заключаются,
прежде всего, в высокой точности и надежности,
уменьшении травматичности, сокращении длительности операции и в конечном счете в достижении
предсказуемого стабильного функционального и
косметического результата. Существенным сдержи-
вающим фактором для широкого применения таких
имплантатов является их высокая стоимость.
В представленных наблюдениях она варьировала от
3000 до 5500 евро. Однако следует принять во внимание, что возможность длительного безопасного
нахождения в организме пациента без развития каких-либо осложнений, требующих удаления имплантата с проведением повторных вмешательств, и
гарантированное достижение максимально возможного косметического эффекта компенсируют его
высокую стоимость.
Дальнейшее развитие CAD/CAM технологий и
снижение себестоимости производства индивидуальных имплантатов сделает их более доступными,
что приведет к широкому использованию в практике нейрохирургов.
Выводы
1. Применение индивидуальных имплантатов,
изготовленных по CAD/CAM технологиям из титана и полимерного материала PEEK, оптимизирует
задачу устранения сложных дефектов черепа, уменьшает травматичность и продолжительность операции, обеспечивает предсказуемый хороший функциональный и косметический результат.
2. Использование CAD/CAM имплантатов, созданных на основе компьютерного планирования
операции, значительно облегчает задачу проведения
одноэтапных реконструктивных вмешательств с достижением необходимой симметрии при сложных
сочетанных дефектах и деформациях краниоорбитальной локализации.
3. Одноэтапная пластика костного дефекта черепа CAD/CAM имплантатом после резекции обширного патологического очага может являться методом выбора лечения доброкачественных костных
опухолей краниоорбитальной локализации.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Антонов А.Н., Евсеев А.В., Камаев С.В. и др. Лазерная стереолитография — технология послойного изготовления трехмерных объектов из
жидких фотополимеризующихся композиций. Оптическая техника
1998; 1: 3: 5—14.
2.
Еолчиян С.А., Потапов А.А., Серова Н.К. и др. Реконструктивная хирургия краниоорбитальных повреждений. Журн вопр нейрохир 2011;
75: 2: 25—40.
3.
Кравчук А.Д., Потапов А.А., Лихтерман Л.Б., Захарова Н.Е. Реконструктивная хирургия дефектов черепа. Реконструктивная и минимально инвазивная хирургия последствий черепно-мозговой травмы.
Под ред. А.Н. Коновалова, А.А. Потапова, Л.Б. Лихтермана и др. М
2012; 118—157.
4.
Потапов А.А., Корниенко В.Н., Кравчук А.Д. и др. Современные технологии в хирургическом лечении последствий травмы черепа и головного мозга. Вестн РАМН 2012; 9: 31—37.
5.
Сатанин Л.А. Клиника, диагностика и хирургическое лечение пациентов с фиброзной дисплазией костей свода и основания черепа: Автореф. дис. … канд. мед. наук. М 2012.
12
6.
Brown S.A., Hastings R.S., Mason J.J., Moet A. Characterization of shortfibre reinforced thermoplastics for fracture fixation devices. Biomaterials
1990; 11: 541—547.
7.
Cabraja M., Klein M., Lehmann T.N. Long-term results following titanium
cranioplasty of large skull defects. Neurosurg Focus 2009; 26: 6. E10. - doi:
10.3171/2009.3.FOCUS091.
8.
Camarini E.T., Tomeh J.K., Dias J.K., da Silva E.J. Reconstruction of Frontal Bone Using Specific Implant Polyether—Ether—Ketone. J Craniofac
Surg 2011; 22: 6: 2205—2207.
9.
Cheng A.C., Wee A.G. Reconstruction of cranial bone defects using alloplastic implants produced from a stereolithographically-generated cranial model. Ann Acad Med Singapore 1999; 28: 5: 692—696.
10.
D’Urso P.S., Earwaker W.J., Barker T.M. et al. Custom cranioplasty using
stereolithography and acrylic. Br J Plast Surg 2000; 53: 200—204.
11.
Dujovny M., Evenhouse R., Anger C. et al. Pre-formed prosthesis from computed tomography data: repair of large cranial defects. In.: Calvarial and
dural reconstruction: Neurosurgical topics. Eds. S. Com-Rengachary, E.
Bensel. AANS Publ 1998; 77—87.
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
12.
Eppley B.L. Craniofacial reconstruction with computer-generated HTR
patient-matched implants: Use in primary bony tumor excision. J Craniofac
Surg 2002; 13: 5: 650—657.
22.
Lethaus B., Ter Laak M.P., Laeven P. et al. A treatment algorithm for patients with large skull bone defects and first results. J Craniomaxillofac Surg
2011; 39: 6: 435—440.
13.
Eufinger H., Wittkampf A.R., Wehmoller M., Zonneveld F.W. Single-step
fronto-orbital resection and reconstruction with individual resection
template and corresponding titanium implant: a new method of computeraided surgery. J Craniomaxillofac Surg 1998; 26: 6: 373—378.
23.
PEEK-OPTTIMA Polymer Processing Guide. Invibio Ltd: ThorntonCleveleys UK 2004; 1—14.
24.
Eufinger H., Wehmoller M. Microsurgical tissue transfer and individual
computer-aided designed and manufactured prefabricated titanium implants for complex craniofacial reconstruction. Scand J Plast Reconstr Surg
Hand Surg 2002; 36: 326—331.
Poukens J., Laeven P., Beerens M. et al. A classification of cranial implants
based on the degree of difficulty in computer design and manufacture. Int J
Med Robotics Comput Ass Surg 2008; 4: 46—50.
25.
Eufinger H., Weihe S., Scherer P. et al. Management of cranial and craniofacial bone defects with prefabricated individual titanium implants: follow-up
and evaluation of 166 patients with 169 titanium implants from 1994 to
2000. Int J Comp Ass Radiol Surg 2006; 1: 4: 197—203.
Puppa A., Mottaran R., Scienza R. Image-guided cranial osteoma resection
and bioceramic porous hydroxyapatite custom-made reconstruction in a
one-step surgical procedure. Technical notes and illustrative case. Acta
Neurochir 2010; 152: 1: 155—159.
26.
Rotaru H., Stan H., Florian I.S. et al. Cranioplasty with custom-made implants: analyzing the cases of 10 patients. J Oral Maxillofac Surg 2012; 70: 2:
169—176. doi: 10.1016/j.joms.2011.09.036.
16.
Eschbach L. Nonresorbable polymers in bone surgery. Injury 2000; 31:
22—27.
27.
17.
Fallahi B., Foroutan M., Motavalli S., Dujovny M., Limaye S. Computeraided manufacturing of implants for the repair of large cranial defects: an
improvement of the stereolithography technique. Neurol Res 1999; 21:
281—286.
Scolozzi P., Martinez A., Jaques B. Complex orbito-fronto-temporal reconstruction using computer-designed PEEK implant. J Craniofac Surg 2007;
18: 1: 224—228.
28.
Schlegel J., Green S. Polyetheretherketones (PEEK) — A biocompatible
high performance plastic. Med Plast 2002; 14: 12.1—12.10.
29.
Staffa G., Barbanera A., Faiola A. et al. Custom made bioceramic implants
in complex and large cranial reconstruction: A two-year follow-up. J Craniomaxillofac Surg 2011; doi:10.1016/j.jcms.2011.04.014.
30.
Tessier P. Autogenous bone grafts taken from the calvarium for facial and
cranial applications. Clin Plast Surg 1982; 9: 531—538.
31.
Yaremchuk M. Acquired cranial bone deformities in Plastic surgery 2-nd ed.
Ed. S.J. Mathes. Saunders Elsevier 2006; 547—563.
32.
William D.F., McNamara A. Potential of polyetheretherketone (PEEK) and
carbon-fibre-reinforced PEEK in medical application. J Mater Sci Lett
1987; 6: 188—190.
14.
15.
18.
Jalbert F., Boetto S., Nadon F. et al. One-step primary reconstruction for
complex craniofacial resection with PEEK custom-made implants. J Cranio-Maxillo-Facial Surg 2013; http://dx.doi.org/10.1016/j.jcms.2013.04.
001.
19.
Joffe J., Harris M., Kahugu F. et al. A prospective study of computer-aided
design and manufacture of titanium plate for cranioplasty and its clinical
outcome. Br J Neurosurg 1999; 13: 576—580.
20.
Kurtz S.M., Devine J.N. PEEK Biomaterials in Trauma, Orthopedic, and
Spinal Implants. Biomaterials 2007; 28: 4845—4869.
21.
Kuttenberger J.J., Hardt N. Long-term results following reconstruction of
craniofacial defect with titanium micro-mesh system. J Craniomaxillofac
Surg 2001; 29: 75—81. DOI: 10.1054/jcms.2001.0197.
Комментарий
Работа посвящена одному из актуальных вопросов реконструктивной нейрохирургии — устранению сложных
дефектов и деформаций черепа. В большинстве наблюдений дефекты локализовались в лобно-орбитальной области, что потребовало от автора уделить особое внимание
разработке алгоритма хирургического лечения для достижения хорошего функционального и косметического результата.
Представленная работа является первым сообщением
в отечественной литературе об использовании индивидуальных имплантатов из титана и полимерного материала
PEEK, изготовленных промышленным способом по
CAD/CAM технологиям. Автор убедительно демонстрирует возможности компьютерного планирования операции в наблюдениях с сочетанием сложных дефектов и деформаций, а также при удалении доброкачественных
костных опухолей краниоорбитальной локализации для
разработки и изготовления имплантата соответствующего
дизайна. В связи с этим заслуживает внимания описанная
в статье методика одноэтапной операции удаления обширного очага фиброзной дисплазии с использованием
стереолитографических шаблонов для определения гра-
ВОПРОСЫ НЕЙРОХИРУРГИИ 4, 2014
ницы резекции и проведения первичной краниопластики
индивидуальным CAD/CAM имплантатом. Такой подход,
безусловно, должен широко внедряться в повседневную
практику. Это позволит избежать дополнительной инвалидизации пациентов и необходимости проведения второго этапа лечения для устранения дефекта черепа, что
неизбежно приводит к увеличению общих сроков госпитализации и стоимости лечения.
Работа хорошо иллюстрирована данными КТ и интраоперационными снимками, подтверждающими высокую точность CAD/CAM имплантатов.
Автором убедительно продемонстрированы целесообразность и преимущества проведения реконструктивных
вмешательств при сложных дефектах черепа с использованием CAD/CAM имплантатов из титана и материала
PEEK. Для всесторонней и полной оценки преимуществ и
недостатков PEEK имплантатов и определения показаний
к их использованию требуются дальнейшие клинические
исследования и анализ отдаленных результатов лечения.
Представленная работа рекомендуется к печати, так
как имеет большой научный и практический интерес для
нейрохирургов.
О.Н. Древаль (Москва)
13