Список сокращений

ЧМТ — черепно-мозговая травма

ПММА — полиметилметакрилат

СТЛМ — стереолитографическое моделирование

CAD/CAM — computer aided design and manufacturing (компьютерный дизайн и изготовление)

Устранение дефектов черепа относится к древнейшим операциям, что подтверждено археологическими находками [1, 2]. Между тем проблема восстановления целости черепа после вдавленных переломов, огнестрельных ранений и других патологических состояний остается актуальной [3—6]. Количество пациентов с дефектами черепа постоянно увеличивается в связи с увеличением частоты черепно-мозговых травм (ЧМТ) и ее последствий, а также расширением показаний к декомпрессионной трепанации черепа при рефрактерной внутричерепной гипертензии, опухолевых поражениях костей черепа и сосудистой патологии головного мозга [7, 8].

Среди клинических форм последствий ЧМТ, подлежащих хирургическому лечению, дефекты черепа составляют более 30% [9—11]. Герметизация черепа восстанавливает защиту мозга от воздействия внешних факторов, прежде всего — перманентного влияния атмосферного давления, что предотвращает развитие синдрома «трепанированных» [12—14]. Нормализация показателей церебральной гемодинамики, циркуляции ликвора обусловливает улучшение неврологических и когнитивных функций [15—18]. Реконструкция косметически значимых дефектов способствует социальной адаптации пациентов. Все изложенное позволяет рассматривать краниопластику в качестве необходимого этапа реабилитации пациентов с последствиями ЧМТ [14—20].

В последние годы возрос интерес к изучению различных аспектов реконструкции дефектов черепа — оптимизации временны́х параметров оперативного вмешательства, поиску новых пластических материалов, разработке различных методик пластики, включая интраоперационное изготовление имплантатов [21—26].

1. Временн ы` е параметры восстановления целости черепа

Сроки выполнения пластики дефектов черепа являются предметом постоянного обсуждения [27—29]. На основе серии ретроспективных исследований рядом авторов [30—32] подчеркивается, что временной промежуток от момента удаления фрагментов костей черепа до их пластики не влияет на риск развития инфекции и общий исход.

В настоящее время нет и не может быть догматических показаний к срокам проведения операции, и нет четких временны́х рамок краниопластики [33]. По мнению ряда авторов [34—36], ранняя краниопластика (≤90 дней) имеет преимущество перед поздней (≥90 дней), так как снижает риск развития осложнений после декомпрессивных трепанаций, улучшая кровоток и метаболизм мозга, прежде всего в области дефекта. Другим преимуществом ранней краниопластики является предотвращение развития синдрома «запавшего кожного лоскута» [27—29, 36]. Однако после перенесенной локальной инфекции, при сопутствующих воспалительных осложнениях, изменениях мягких тканей в области дефекта рекомендуется выполнение оперативной реконструкции в более поздние сроки [37, 38].

Данные литературы и опыт Центра нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко также свидетельствуют о необходимости индивидуального подхода к решению вопроса о сроках реконструктивной операции [39, 40].

2. Пластические материалы в реконструктивной хирургии дефектов черепа

Развитию реконструктивной нейрохирургии способствовала разработка современных биосовместимых пластических материалов (ПМ) естественного и синтетического происхождения. Идеальным является материал, наиболее близкий по всем своим характеристикам к замещаемым тканям, поэтому свежая аутокость остается «золотым стандартом».

Часто нейрохирурги прибегают к сохранению аутокости на этапе декомпрессивной трепанации в подкожном пространстве передней брюшной стенки, криоконсервации (–17, –80 °С), помещению в антисептические растворы и т. д. Реимплантированная аутокость снижает риск аутоиммунных реакций, является основой и каркасом прорастания костной ткани и сосудов, а также уменьшает стоимость лечения. Однако при этих достоинствах остается высокий риск инфицирования (>10%) в результате бактериального обсеменения [28, 30, 41, 42]. Другим частым осложнением при использовании аутокости является ее резорбция, которая встречается в 25—50% наблюдений [4, 28, 29, 43]. Факторами, ей способствующими, являются: фрагментарные лоскуты, молодой возраст (<30 лет), шунтозависимость, дефекты черепа площадью более >120 см³ [44, 45]. К существенным ограничениям использования аутокости относится недостаточность трансплантационного материала, особенно при реконструкции обширных дефектов черепа [5, 6, 46].

К современным краниопластическим материалам предъявляется широкий спектр требований: биосовместимость, возможность и легкость моделирования имплантатов любой формы и размеров, способность удерживать форму, резистентность к теплу и холоду, пластичность, минимальный риск инфекционных осложнений и, наконец, приемлемая стоимость [47—51].

Анализируя литературу [48—51], можно встретить много публикаций по применению аллопластических и титановых имплантатов в реконструктивной хирургии дефектов черепа. Выделяют следующие этапы в их создании и усовершенствовании:

— биоинертные (первое поколение) — не поддерживают процессы остеосинтеза; отсутствие контакта между имплантатом и костной тканью (вследствие образования фиброзной капсулы);

— биоактивные (второе поколение) — возможности остеокондукции и остеоинтеграции;

— остеоиндуктивные (третье поколение) — способствуют регенерации кости — будущее краниопластики.

Из аллопластических имплантатов в настоящее время наиболее часто используют полиметилметакрилат (ПММА), медицинский титан, пористый полиэтилен высокой плотности, гидроксиапатит, полиэфирэфиркетон и др. В литературе [47—52] широко освещен опыт их применения, описаны преимущества и недостатки, которые представлены в таблице.

Современные возможности реконструктивной хирургии с использованием компьютерных технологий позволяют изготавливать имплантаты в полном соответствии с конфигурацией и размерами дефекта конкретного пациента практически из любых биосовместимых ПМ [53, 54].

Высокая частота инфицирования современных аллопластических материалов при контакте с лобной пазухой и полостью носа затрудняет их использование при определенном паттерне повреждений, например кранио-орбито-фациальных дефектах. Исключение составляют изделия из титана. Для преодоления этого ограничения была разработана методика комбинированного применения аутокости и аллопластических материалов, позволяющая не только изолировать, но и дистанцировать имплантат от верхних придаточных пазух носа и воздухоносных путей, что позволяет снизить риск его инфицирования [51, 54, 55].

Интересы исследователей в настоящее время сосредоточены на поиске и разработке новых поколений краниопластических материалов, повышению точности изготовления имплантатов, снижению их стоимости.

3. 3D-изображение и компьютерная томография в восстановительной нейрохирургии

Трехмерное (3D) изображение нашло применение в медицине еще до появления рентгеновского компьютерного томографа: трехмерные модели тканей и органов человеческого тела создавались из воска для изучения анатомии и патологии [56].

Одна из первых публикаций, посвященных трехмерной реконструкции нейрональных структур путем компьютерной обработки серии двухмерных изображений гистологических срезов, полученных при помощи светового или электронного микроскопа, принадлежит J. Mazziotta, В. Hamilton [57] и относится к 70-м годам. Использование трехмерных изображений анатомических структур на основе данных аксиальной компьютерной томографии (КТ) при устранении врожденных и приобретенных краниофациальных деформациях впервые описал P. Teisser [58]. Низкая разрешающая способность КТ того времени и ее несовершенное программное обеспечение обусловили некоторый скептицизм у специалистов. Дальнейшее развитие методов нейровизуализации повысило точность воспроизведения различных анатомических структур черепа и головного мозга и построения их 3D-моделей, которые стали общедоступными и надежными опциями диагностики и дооперационного планирования. Визуализация структур черепа, истинных размеров деформаций и дефектов, особенностей их конфигурации по 3D-модели на этапе дооперационного планирования позволяла более успешно выполнять сложные реконструктивные вмешательства и объективно оценивать их результат [59—61].

В Центре нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко трехмерные КТ-изображения начали использовать в 90-е годы у пациентов с краниобазальными и краниофациальными повреждениями для виртуального моделирования дефектов и деформаций черепа и выбора оптимального доступа при удалении инородных тел [62—64].

В настоящее время компьютерные технологии позволяют получать трехмерные изображения краниоцеребральных образований, сосудов головного мозга по данным КТ и МРТ, проводить их анализ и манипулировать ими, выполнять виртуальные хирургические вмешательства [65].

Новое поколение спиральных КТ и их широкое внедрение в клиническую практику в значительной степени расширили возможности использования этой прогрессивной технологии в реконструктивной хирургии дефектов черепа (рис. 1).

4. Трехмерное моделирование имплантата с использованием автоматизированного проектирования (CAD) и производства (CAM)

При обширных и геометрически сложных дефектах черепа и краниофациальной области точное анатомическое восстановление является особенно значимым, так как заметно влияет на внешний вид пациента и на его социальную адаптацию. Ручное изготовление имплантатов сложной формы во время операции ограничивает выбор пластических материалов, снижает ожидаемые косметические результаты, увеличивает продолжительность оперативного вмешательства и наркоза, что может негативно влиять на пациента. При анализе большой серии пациентов, оперированных в течение 10 лет, K. Shibahashi и соавт. [66] указывают, что местные послеоперационные инфекционные осложнения (12,3% наблюдений) коррелировали с длительностью проводимой операции.

Методика предоперационного изготовления имплантатов с помощью данных КТ и последующим использованием CAD/САМ-технологий была разработана в 1996 г. в Иллинойском университете США [67—69]. Суть методики состоит в создании дизайна имплантата на основе обработки и сегментации данных КТ с помощью специальных программ (компьютерное моделирование — computer aided designe, CAD). Затем готовится имплантат с использованием предварительно снятой 3D-модели быстрого прототипирования (computer-aided manufacturing — CAM) — 3D-принтинг [70, 71]. Индивидуально изготовленные имплантаты по CAD/CAM-технологии имеют несомненные достоинства: высокая точность и надежность, уменьшение травматичности, сокращение длительности операции и в конечном счете достижение предсказуемого стабильного функционального и косметического результата [72, 73]. Однако при их широком применении в клинической практике следует учитывать высокую стоимость, а при возможном развитии каких-либо осложнений, требующих удаления имплантата, — проведение повторных вмешательств и, следовательно, увеличение расходов [74, 75].

Одним из широко распространенных методов CAD/CAM-технологии является лазерная стереолитография, которая активно используется в реконструктивной хирургии дефектов черепа и челюстно-лицевой хирургии.

5. Реконструкция дефектов черепа с использованием лазерной стереолитографии

До середины 80-х годов для получения трехмерных физических объектов по их цифровым 3D-моделям использовали только технологии, основанные на принципе вычитания (удаления) материала посредством точения, фрезерования, электроэрозионной обработки или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка). Для этого использовались станки с числовым программным управлением.

В 80-е годы интенсивное развитие получили технологии производства путем постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства (аддитивные технологии). В 1986 г. C. Hull [76] запатентовал аппарат для стереолитографического производства точных трехмерных акриловых объектов на основе их компьютерной модели путем послойного наращивания из жидкой фотополимерной композиции, отвердевающей под действием лазерного луча.

Прямое преобразование компьютерных моделей в физический, осязаемый объект получило название «быстрое прототипирование» (Rapid Prototyping), другие названия этого способа — настольное производство (Desktop Manufacturing), трехмерная печать (3D-printing), плоттер. В настоящее время известно более 20 типов промышленных установок, основанных на принципе послойного добавления материала. Основные технологии аддитивного производства — это лазерная стереолитография, селективное лазерное спекание, прямое лазерное спекание металла, селективное лазерное плавление и др. [76—80].

Лазерная стереолитография, изначально разработанная для аэрокосмической и автомобильной промышленности, вызвала большой интерес в медицине, прежде всего в области реконструктивной кранио-фациальной хирургии. Результаты использования стереолитографического моделирования (СТЛМ) черепа (3D-биомодели) в краниофациальной хирургии впервые представили T. Lambrecht и соавт. [81] в 1987 г., N. Mankovich и соавт. [82] в 1990 г., H. Sailer и соавт. [83] использовали СТЛМ для диагностики и планирования вмешательств при врожденных краниофациальных деформациях и посттравматических дефектах черепа и отметили значительное его превосходство в сравнении с традиционными методами диагностики. По мнению авторов, наиболее привлекательными аспектами СТЛМ является возможность использовать точную физическую модель черепа для оценки реальных размеров и формы имеющейся деформации или дефекта как на этапе дооперационного планирования, так и во время проведения вмешательства. Кроме того, 3D-модели позволяют оценить качество костной ткани, определить границы остеотомии, а также резекции очагов фиброзной дисплазии. Банк данных СТЛМ для пациентов с редкими краниофациальными деформациями может использоваться с исследовательской и учебной целью.

J. Bill и соавт. [84] успешно использовали СТЛМ для устранения краниального дефекта сложной формы после удаления менингиомы и гнойного осложнения, отмечая точное прилегание имплантата к краям дефекта с достижением отличного функционального и косметического результата.

В России СТЛМ впервые начали использовать в начале 2000-х годов при устранении дефектов и деформаций черепа и лицевого скелета [85—88]. В течение последних 20 лет в НМИЦ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко накоплен опыт свыше 500 успешных реконструктивных вмешательств при обширных и сложных дефектах черепа с использованием этого метода.

5.1. Интраоперационное изготовление имплантатов

Одним из преимуществ стереолитографии является возможность получения не только модели черепа, но и пресс-форм, соответствующих конфигурации дефекта, которые позволяют изготовить имплантат интраоперационно или на этапе хирургического планирования с последующей стерилизацией [85, 86, 89, 90].

P. d’Urso и соавт. [91] сообщили об опыте устранения дефектов свода черепа акриловыми имплантатами, изготовленными до операции с использованием стереолитографических биомоделей и пресс-форм (30 пациентов). Имплантаты подвергались газовой стерилизации и автоклавированию. В ходе операции была подтверждена их высокая точность, что позволило значительно сократить время вмешательства и достигнуть отличного косметического результата. Применение имплантатов, изготовленных по этой методике, признано экономически эффективным. К аналогичным выводам пришли С. Agner и соавт. [92], отметив также минимальную инвазивность реконструкции дефектов черепа и сокращение сроков госпитализации.

E. Tan и соавт. [93] описали использование пресс-формы, по которой был изготовлен имплантат из ПММА для устранения дефекта свода черепа. Результат вмешательства оценивался по индексу краниальной симметрии, который составил 96,2%. Эта методика позволила значительно снизить стоимость 3D-биомоделей и индивидуального имплантата.

Следует отметить, что использование пресс-форм требует определенного опыта в силу быстро меняющейся текучести и пластичности полимерных материалов. Традиционные планирование и выполнение операций при дефектах черепа имеют существенные ограничения в реализации пространственных анатомических взаимоотношений, особенно в сложных зонах, таких как парабазальные, базальные и краниофациальные. Дефекты данных локализаций могут оказаться совершенно разными. Они имеют сложную форму с неровными краями и, как правило, распространяются в сторону основания черепа. Использование пресс-форм в подобных случаях наилучшим способом обеспечивает оценку анатомии области дефекта на исходно изготовленной модели, вследствие чего формируется имплантат, конгруэнтный анатомической кривизне области планируемой реконструкции [94—96].

В течение последних 20 лет НМИЦ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко использует модели черепа и их пресс-формы на основе стереолитографии. Накоплен большой опыт успешных реконструктивных вмешательств обширных и сложных дефектов черепа с использованием пресс-форм из фотополимеризующихся растворов [97, 98]. В ходе этой работы выявились и определенные особенности: фотополимерный материал хрупок и во время формования имплантатов велика вероятность поломки и деформации (рис. 2).

Следует отметить, что стереолитографические пресс-формы для моделирования дефектов черепа не выдерживают длительного хранения и повторных стерилизаций, так как вследствие этого их пространственные параметры могут изменяться.

5.2. Применение имплантатов на основе пресс-форм из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Поиск более надежных методов интраоперационного изготовления имплантатов в реконструктивной нейрохирургии дефектов черепа привел к использованию пресс-форм из сверхвысокомолекулярного полиэтилена [99—101]. К его преимуществам относятся:

— прочность, способность выдерживать любые усилия во время формования имплантатов, включая механическое прессование [102];

— инертность, отсутствие необходимости использования разделительных материалов;

— наличие сертификата соответствия для применения в медицине;

— точность и удобство изготовления имплантатов различной сложности.

Современные методики реконструктивных вмешательств с использованием компьютерного планирования и 3D-технологий быстрого прототипирования изменили хирургию дефектов черепа.

Улучшение качества интраоперационного изготовления имплантатов с применением новых пресс-форм позволяет добиваться более надежных результатов восстановительных операций при сложных и обширных дефектах черепа.

Одновременно со значительным прогрессом в реконструктивной нейрохирургии поиски и разработка новых технологий и методов краниопластики продолжаются.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: schobulov@nsi.ru

Статьяпосвященаобзорусовременных аспектов реконструктивных нейрохирургических операций при дефектах черепа. Актуальность проблемы не вызывает сомнений, так как среди клинических форм последствий ЧМТ, подлежащих хирургическому лечению, дефекты черепа составляют более 30%. Несмотря на то что проблема обсуждается давно, появление все новых технологий и материалов требует систематизации и анализа для определения оптимальной тактики хирургического лечения данной группы пациентов.

В последнее время появилось достаточно большое количество различных синтетических материалов, позволяющих выполнить закрытие посттрепанационного или посттравматического дефекта черепа с использованием 3D-технологий. Авторы статьи провели продуктивный анализ современных методик как на основе большого собственного опыта, так и на основании литературных данных. Систематизировали различные биосовместимые материалы и, что очень важно, указали их преимущества и недостатки. Бесспорным является то, что проведение подобного рода операций позволяет не только достичь хорошего косметического эффекта, но и дать пациенту шансы на более высокие результаты реабилитации и сокращение ее продолжительности при наличии неврологического дефицита.

Как справедливо указывают авторы, до настоящего времени нет четких критериев выбора того или иного вида материала. Нет также четких рекомендаций о сроках проведения реконструктивных операций. Настоящая работа в определенной степени восполняет этот недостаток и представляет несомненный интерес как для нейрохирургов, так и для специалистов по лучевой диагностике, неврологов, челюстно-лицевых и пластических хирургов.

Ш.Х. Гизатуллин (Москва)

Проблема восстановления целости черепа становится все более актуальной. Это связано, прежде всего, с широким распространением обширных декомпрессивных трепанаций как лечебного метода борьбы с неуправляемой внутричерепной гипертензией при ЧМТ и сосудистых церебральных катастрофах. В настоящее время появились новые возможности в реконструктивной нейрохирургии, которым посвящен данный обзор литературы. Преимущественно рассматриваются новые цифровые технологии последних десятилетий, радикально изменившие качество краниопластики при дефектах черепа. Особое внимание уделено важному обстоятельству — возможности интраоперационного изготовления имплантатов, конгруэнтных по размерам и геометрии устраняемому дефекту черепа. Используемые для этого различные методики, от ручного моделирования до исходно изготовленной пресс-формы, постоянно совершенствуются, но все еще недостаточно удовлетворяют современным требованиям. Авторы описывают методику изготовления пресс-форм в реконструктивной нейрохирургии из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Это одно из перспективных направлений интраоперационного изготовления имплантатов в пластической хирургии дефектов черепа. Читатель найдет в обзоре много полезных сведений о стереолитографии, технологии CAD/CAM, что позволит составить полное представление о современных методиках реконструктивной нейрохирургии и лучше ориентироваться в выборе пластических материалов. Все это, несомненно, будет способствовать улучшению результатов практической деятельности в области восстановительной нейрохирургии.

В.А. Лазарев (Москва)