Применение 3D-моделирования и компьютерной навигации в хирургическом лечении пациентов с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями трубчатых костей скелета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение 3D-моделирования и компьютерной навигации в хирургическом лечении пациентов с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями трубчатых костей скелета

С.А. Приходько, Г.П. Котельников, А.Н. Николаенко, С.С. Чаплыгин, В.В. Иванов, Н.В. Попов, П.М. Зельтер, А.В. Колсанов

Введение

Ключевые слова: доброкачественные опухоли костей; 3D-моделирование внутрикостной резекции; компьютерная навигация при операционном доступе; онкоортопедия.

Цель исследования -- оценить возможности применения 3D-моделирования и компьютерной навигации в лечении доброкачественных опухолей и опухолеподобных заболеваний трубчатых костей скелета.

Материалы и методы. В исследование вошли 19 пациентов с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями трубчатых костей скелета, которые были разделены на две группы. Основную группу составили 10 пациентов, которым на этапе предоперационного планирования в дополнение к рентгенографии и компьютерной томографии выполняли построение трехмерной модели пораженного сегмента кости. Оперативное лечение проводили с применением навигационной системы. В контрольную группу вошли 9 пациентов, которым на этапе предоперационного планирования выполняли только рентгенографию и компьютерную томографию пораженного сегмента.

Результаты. Применение 3D-моделирования в диагностике и компьютерной навигации в ходе хирургического лечения доброкачественных опухолей и опухолеподобных заболеваний трубчатых костей позволило сократить время операции с 121,5±11,3 до 81,1±9,7 мин, интраоперационную кровопотерю -- с 718,7±43,2 до 364,2±28,4 мл, интенсивность болевого синдрома по визуально-аналоговой шкале -- с 7,6±1,9 до 5,3±1,2 баллов. Данного результата удалось добиться путем разработки интуитивно простой для оператора системы пространственной ориентации в операционном поле в режиме реального времени, проведения более точных и дозированных хирургических манипуляций, более точного расчета необходимого объема трансплантата, что сводит к минимуму травматизацию донорской области, оказывая положительное влияние на снижение послеоперационного болевого синдрома.

Заключение. Использование 3D-моделирования и компьютерной навигации для лечения пациентов с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями трубчатых костей позволяет улучшить ближайшие результаты хирургического лечения, тем самым способствуя скорейшей социальной и функциональной адаптации пациентов.

Основным методом лечения доброкачественных опухолей и опухолеподобных заболеваний трубчатых костей является хирургический, при этом предпочтение отдается органосохраняющим методам, применение которых возможно при различных вариантах внутрикостных резекций с соблюдением всех онкологических принципов радикальности. Данные методы должны быть основаны на точном представлении о персонифицированной анатомии конкретного пациента, в том числе измененной опухолевым поражением. Статистические данные последних лет свидетельствуют о неуклонном интенсивном росте этой нозологии, что увеличивает актуальность данной проблемы. Чаще всего заболевают дети и лица молодого возраста, т.е. самый социально весомый и значимый контингент населения [1, 2].

Определяющее влияние на результаты оперативного вмешательства у данной категории пациентов оказывают предоперационное планирование и информационная и аппаратная поддержка операций [3-5].

Одним из обязательных обследований на этапе планирования оперативного вмешательства является выполнение компьютерной томографии для уточнения локализации, протяженности и объема опухолевого поражения [3, 6-8]. Без построения трехмерной модели зоны интереса представляется затруднительной оценка индивидуальных анатомо-топографических особенностей пациента и точный расчет объема замещаемого материала. Стандартным методом определения зоны оперативного вмешательства признана интраоперационная рентгенография [1, 2, 4], однако разрешающая способность данного способа не позволяет точно оценить объем и протяженность зоны костной резекции, кроме того, метод связан с дополнительной лучевой нагрузкой [9-12].

Перспективным направлением предоперационного планирования в настоящее время является использование 3D-моделирования зоны опухолевого поражения [9, 13]. Этот метод дает возможность выполнять интраоперационное сопровождение хирургических манипуляций с применением навигационной системы [3, 14, 15].

Цель исследования -- оценить возможности оперативного лечения пациентов с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями трубчатых костей скелета с применением 3D-моделирования и компьютерной навигации.

Материалы и методы. В исследование вошли 19 пациентов с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями трубчатых костей скелета. Основную группу составили 10 пациентов, которым на этапе предоперационного планирования в дополнение к компьютерной томографии и рентгенографии выполняли построение трехмерной модели пораженного сегмента кости. Оперативное лечение проводили с применением компьютерно-ассистированной навигационной системы «Автоплан», разработанной в Центре прорывных исследований Самарского государственного медицинского университета [9].

Основной задачей навигационной системы является выбор правильного положения хирургического инструмента внутри пациента в текущий момент времени.

Контрольную группу составили 9 пациентов, которым на этапе предоперационного планирования выполняли стандартную рентгенографию и компьютерную томографию пораженного сегмента кости [1].

Средний возраст пациентов составил 30,4±2,8 года в основной группе и 32,1±3,2 года -- в контрольной группе (p>0,05). Мужчин в основной группе было 4, женщин -- 6; в контрольной группе 3 и 6 человек соответственно.

Распределение пациентов по локализации и нозологическим формам опухолевого поражения представлено в табл. 1.

Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией, принятой в июне 1964 г. (Хельсинки, Финляндия) и пересмотренной в октябре 2000 г. (Эдинбург, Шотландия), и одобрено Этическим комитетом Самарского государственного медицинского университета. От каждого пациента получено информированное согласие.

В основной группе предоперационное планирование и оперативное лечение проводили по следующему алгоритму. На дооперационном этапе выполняли рентгенографию с помощью аппарата Precision 500 D (GE Healthcare, США) и серию компьютерных томограмм с контрастным усилением на аппарате GE LightSpeed Ultra 16 Slice CT Scanner (США) с сохранением изображений в формате DICOM. Использовали изображения с изотропным разрешением 0,8-1,0 мм. Эти данные применяли для построения виртуальной трехмерной модели опухолевого очага. Полученная 3D-модель полностью соответствовала по форме, объему и протяженности существующему патологическому очагу, что позволяло планировать границы резекции кости с учетом принципов абластичности и рассчитывать необходимый объем пластического материала [16] (рис. 1).

Интраоперационно на основании костных ориентиров в навигационной системе с использованием специального маркера с отражающими сферами производили пространственную регистрацию зоны вмешательства (рис. 2).

Далее виртуальную модель костной опухоли совмещали с материальной основой на операционном столе. Таким образом, во время операции хирург получает данные о локализации и протяженности внутрикостного опухолевого процесса и имеет возможность точно контролировать выполнение манипуляций (рис. 3).

В результате внутрикостная резекция кости осуществляется в запланированных пределах [17, 18], а замещение дефекта происходит запланированным объемом трансплантата. Точность резекции составляет 0,80±0,12 мм. Сформировавшуюся полость после удаления опухолевой массы перед замещением дефекта с целью дополнительной абластичности обрабатывали потоком низкотемпературной плазмы [19]. После костной пластики выполняли этап остеосинтеза. Препарат отправляли на гистологическое исследование. хирургический опухолеподобный кость

Предоперационное планирование в контрольной группе осуществляли с помощью рентгенографии и компьютерной томографии пораженного сегмента кости. Определение границ резекции проводили интраоперационно с помощью рентгеноскопии. Основным недостатком данного способа считаем субъективность метода.

После этого дефект замещали трансплантатом, моделирование которого выполняли интраоперационно, забор материала проводили с помощью остеотома в донорской зоне (крыло подвздошной кости) [1-3].

Для оценки ближайших результатов использовали следующие критерии: длительность операции, объем интраоперационной кровопотери, интенсивность болевого синдрома в раннем послеоперационном периоде по визуально-аналоговой шкале (ВАШ). На 2-3-и сутки послеоперационного периода всем пациентам выполняли контрольную рентгенографию оперированной конечности в двух проекциях. При этом оценивали объем выполненной резекции, адекватность замещения дефекта и состояние металлоостеосинтеза. По показаниям проводили обследование донорской области костного трансплантата [19].

Статистическую обработку результатов осуществляли с помощью программы Statistica 9.0. Для изучаемых параметров производили вычисление средних арифметических величин (М±у, где М -- среднее арифметическое, у -- среднее квадратическое отклонение). Статистическую разницу между данными групп сравнения вычисляли с использованием критерия Стьюдента. Критическое значение уровня значимости считали при p<0,05.

Эффективность предлагаемого метода оценивали по стандартам доказательной медицины.

Результаты и обсуждение. Наиболее частой локализацией патологического процесса являлись плечевая и бедренная кости, наиболее распространенной гистологической формой -- хондрома. Статистически значимых различий между группами не выявлено (p>0,05).

Ближайшие результаты хирургического лечения пациентов групп сравнения представлены в табл. 2.

С применением нового подхода в хирургическом лечении доброкачественных опухолей и опухолеподобных заболеваний трубчатых костей скелета удалось сократить время операции почти в 1,5 раза, интраоперационную кровопотерю -- почти в 2 раза, а интенсивность болевого синдрома по визуально-аналоговой шкале -- почти в 1,5 раза (p<0,05). Такого результата удалось добиться за счет интуитивно простой для оператора пространственной ориентации в операционной зоне в режиме реального времени, возможности проведения более точных и дозированных хирургических манипуляций с помощью прецизионного расчета объема необходимого трансплантата, что сводит к минимуму травматизацию донорской области.

Контрольное рентгенологическое исследование, выполненное на 2-3-и сутки после оперативного вмешательства, выявило смещение границ выполненной резекции в основной группе на 0,90±0,14 мм, в контрольной -- на 4,20±0,93 мм от запланированной линии (р<0,05). У одного пациента контрольной группы в раннем послеоперационном периоде была отмечена резкая болезненность в донорской зоне, что можно связать с неадекватно большим объемом забранного для трансплантации материала.

Таким образом, предоперационное 3D-моделирование и интраоперационная компьютерная навигация могут быть рекомендованы при лечении данной категории пациентов с целью моделирования внутрикостного опухолевого поражения с учетом индивидуальных топографо-анатомических данных конкретного больного, для повышения точности внутрикостной резекции и объема замещаемого трасплантата. Они могут быть использованы как в качестве рутинного метода, так и в сложных клинических случаях, повышая качество оказания специализированной медицинской помощи. Кроме того, применение навигационной системы для интраоперационного контроля хирургических манипуляций позволяет снизить лучевую нагрузку на пациента и медицинский персонал.

Заключение

Применение 3D-моделирования и компьютерной навигации для хирургического лечения пациентов с доброкачественными опухолями и опухолеподобными заболеваниями трубчатых костей скелета позволяет существенно улучшить результаты хирургического лечения, тем самым осуществить скорейшую социальную и функциональную адаптацию пациентов и повысить социально-экономический эффект лечения.

Финансирование исследования. Работа выполнена при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ в рамках федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности на период до 2020 года и дальнейшую перспективу», утвержденной постановлением Правительства РФ от 17.02.2011 г. №91. Государственный контракт на выполнение научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы №14411.2049999.19.013 от 07.04.2014 г.

Конфликт интересов. У авторов нет конфликта интересов.

Литература

1. Детская онкология. Национальное руководство. Под ред. Алиева М.Д., Полякова В.Г., Менткевича Г.Л., Маяковой С.А. М: РОНЦ; 2012; 684 c.

2. Young P., Bell S., Mahendra A. The evolving role of computer-assisted navigation in musculoskeletal oncology. Bone Joint J 2015; 97-B(2): 258-264,https://doi.org/10.1302/0301-620x.97b2.34461.

3. Ould-Slimane M., Thong P., Perez A., Roussignol X., Dujardin F. The role of intraoperative 3D navigation for pelvic bone tumor resection. Orthop Traumatol Surg Res 2016; 102(6): 807-811, https://doi.org/10.1016/j.otsr.2016.03.019.

4. Фирсов С.А. Анализ возможности системы кинематической компьютерной навигации в эндопротезировании коленного сустава. Мир науки, культуры, образования 2015; 1(50): 414-416.

5. Zhang Y., Wen L., Zhang J., Yan G., Zhou Y., Huang B. Three-dimensional printing and computer navigation assisted hemipelvectomy for en bloc resection of osteochondroma. Medicine (Baltimore) 2017; 96(12): e6414, https://doi.org/10.1097/md.0000000000006414.

6. Валиев А.К., Борзов К.А., Щипахин С.А., Сафронов Д.И., Неред А.С., Мусаев Э.Р. Использование навигационной системы у больных опухолевым поражением шейного отдела позвоночника. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи 2014; 2: 3-8.

7. Дубровин В.Н., Егошин А.В., Фурман Я.А., Роженцов А.А., Ерусланов Р.И. Первый опыт применения технологии дополненной реальности на основе 3D-моделирования для интраоперационной навигации при лапароскопической резекции почки. Медицинский альманах 2015; 2(37): 45-47.

8. Song S., Bae D. Computer-assisted navigation in high tibial osteotomy. Clin Orthop Surg 2016; 8(4): 349-357, https://doi.org/10.4055/cios.2016.8.4.349.

9. Колсанов А.В., Зельтер П.М., Манукян А.А., Чаплыгин С.С., Колесник И.В. Применение системы по предоперационному моделированию на основе данных компьютерной томографии у больного эхинококкозом печени. Российский электронный журнал лучевой диагностики 2016; 6(2): 111-114, https://doi.org/10.21569/2222-7415-2016-6-2-111-114.

10. Merloz Ph., Tonetti J., Milaire M., Kerschbaumer G., Ruatti S., Dao-Lena S. Вклад 3D-визуализации в хирургию позвоночника. Гений ортопедии 2014; 1: 51-57. Merloz Ph., Tonetti J., Milaire M., Kerschbaumer G., Ruatti S., Dao-Lena S. 3D visualization contribution to the spine surgery. Genij Ortopedii 2014; 1: 51-57.

11. Белецкий А.В., Мазуренко А.Н., Макаревич С.В., Зарецкий С.В., Петренко А.М., Воронович И.Р., Юрченко С.М. Установка транспедикулярных винтов в поясничном отделе позвоночника с применением компьютерной навигации. Ортопедия, травматология и протезирование 2010; 3(580): 89-95.

12. Котельников Г.П., Каганов О.И., Приходько С.А, Колсанов А.В., Волова Л.Т., Николаенко А.Н., Долгушкин Д.А., Иванов В.В. Использование 3D моделирования для пластики костных дефектов при резекции опухолей костей. В кн.: Материалы первого съезда хирургов Приволжского федерального округа (с международным участием). Н. Новгород; 2016; с. 90-91.

13. Приходько С.А. Новый подход к хирургическому лечению больных с опухолями костей. В кн.: Аспирантские чтения -- 2016. Материалы научно-практической конференции с международным участием «Молодые ученые -- от технологий XXI века к практическому здравоохранению». Самара; 2016; с. 28-29.

14. Левченко О.В., Михайлюков В.М., Давыдов Д.В. Безрамная навигация в хирургии посттравматических дефектов и деформаций краниоорбитальной области. Нейрохирургия 2013; 3: 9-14.

15. Меркулов О.А., Панякина М.А. Роль компьютерно-ассистированных навигационных систем при эндоскопических эндоназальных подходах к основанию черепа у детей. Вестник Национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова 2012; 7(1): 37-41.

16. Котельников Г.П., Козлов С.В., Приходько С.А., Каганов О.И., Колсанов А.В., Волова Л.Т., Николаенко А.Н., Долгушкин Д.А., Иванов В.В. Способ пластики костных дефектов. Уведомление о поступлении заявки на выдачу патента РФ 2016100690. Дата поступления 11.01.2016.

17. Котельников Г.П., Козлов С.В., Приходько С.А., Каганов О.И., Колсанов А.В., Долгушкин Д.А., Николаенко А.Н., Иванов В.В. Способ резекции костей. Уведомление о поступлении заявки на выдачу патента РФ 2016112828. Дата поступления 04.04.2016.

18. Котельников Г.П., Козлов С.В., Приходько С.А., Каганов О.И., Колсанов А.В., Долгушкин Д.А., Николаенко А.Н., Иванов В.В. Шаблон для резекции трубчатых костей. Патент РФ 164811. 2016.

19. Терсков А.Ю., Иванов В.В. Применение плазменной деструкции костной ткани в хирургическом лечении пациентов с опухолеподобными заболеваниями скелета. Аспирантский вестник Поволжья 2012; 1-2: 205-206.

Размещено на Allbest.ru