Застосування CAD/CAM технології при хірургічному лікуванні переломів головки нижньої щелепи

THE USE OF CAD/CAM TECHNOLOGY IN SURGICAL TREATMENT
OF CONDYLAR HEAD FRACTURE

Pavlychuk Tetiana

Department of Stomatology, O.O. Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine

Chernogorskyi Denis

Laboratory of the computer modeling and digital dentistry, O.O. Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine

Chepurnyi Yurii

Department of Stomatology, O.O. Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine

Kopchak Andrii

Department of Stomatology, O.O. Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine

Management of the condylar head fractures is still one of the most controversial issues of the maxillofacial surgery. The aim of the present study was to increase the accuracy and quality of the surgical treatment of condylar head fracture with the use of navigation surgical guide and patient specific reinforcement two-component plate and individualized fixator with the use of CAD/CAM technology. In study was included 8 patient with 10 condylar head fractured. In 5 cases was used navigation guides, in 4 cases (the biomechanical unfavorable) was used the patient specific two-component plate and only in one case we used individualized patient specific plate. A CT scan was done immediately after the operation. The reduction of the fragments and the location of the screws, plate and fixator were checked on the same view in the preoperative and postoperative pictures on the computer. The relation between the screw and the cortical bones was clearly shown on CT, and the sizes of the bicortical screws were suitable with no injury to the articular cartilage or surrounding tissue. The three-dimensional objects showed that the screw was in the designated position and the condyle had been replaced and fixed in the normal position. The height of the ramus on the fractured side was restored immediately postoperatively. The malocclusion was corrected and the passive mouth opening of each patient was never less than 3 cm. One patients had transient paralysis of the temporal branch of the facial nerve postoperatively, which gradually recovered within a 2 month. Postoperative clinical examination showed good occlusion and mouth opening of at least 3 cm in all patients after 3 months without pain. All patients regained normal mandibular movements and had short and invisible scars at 6 months' follow-up. Given the small number of patients, this issue needs further study in randomized prospective studies involving more patients and evaluating long-term postoperative outcomes.

Key words. Condylar head fracture, CAD/CAM technology, surgical guides, individualized plate.

Анотація

Лікування переломів голівки нижньої щелепи залишається одним із найбільш суперечливих питань щелепно-лицевої травматології через велику кількість незадовільних клінічних результатів. Метою даного дослідження було підвищення точності та якості хірургічного лікування переломів голівки нижньої щелепи за рахунок розробки дизайну та створення навігаційних, репозиційних шаблонів та індивідуалізованих конструкцій із застосуванням CAD/CAM технологій. Серед всіх пацієнтів, що увійшли в дослідну групу (8 пацієнтів з 10 переломами голівки нижньої щелепи) у 5 випадках були використані навігаційні хірургічні шаблони та гвинтова фіксація, у 4 випадках (біомеханічний несприятливий тип) використовували гвинтову фіксацію у поєднанні з індивідуалізованою розвантажувальною пластиною, і в одному випадку було проведено фіксацію фрагментів індивідуальним пацієнтспецифічним фіксатором. Точність спів- ставлення фрагментів, розташування гвинтів та пластин перевіряли поєднуючи спланований попередньо та отриманий на післяопераційному КТ результат, порівнюючи одні і самі зрізи КТ. При цьому в усіх випадках відзначали задовільне співвідношення між гвинтами та кісткою, бікортикальні гвинти були встановлені без пошкодження суглобового хряща або навколишніх тканини. Тривимірні моделі показали, що гвинти та пластини знаходились у попередньо-визначеному положенні, із відхиленням, що не перевищувало 1 мм, анатоміна форма і правильне положення голівки було відновлено. Висота гілки нижньої щелепи на пошкодженій стороні вірогідно не відрізнялась від неушкодженої (або прооперованої) протилежної гілки. У одного пацієнта спостерігали післяопераційний транзиторний парез лобної гілки лицевогового нерва, який поступово відновився протягом 2 місяців. Післяопераційне клінічне обстеження показало відновлення оклюзії та відкриття рота не менше 3 см у всіх пацієнтів в строк 3 місяці після операції. У всіх випадках спостерігалось відновлення бокових і пердньо-задніхрухів нижньої щелепи. Бо-льовий синдром при рухах нижньої щелепи і пережовуванні м'якої їжі у всіх хворих зникав до 3-х місяців після операції. Контрольні КТ, проведені через 3 місяці після втручання підтвердили стабільність фіксації та відсутність вторинних зміщень в наведеній серії. Враховуючи малу кількість пацієнтів дане питання потребує подальшого вивчення в рандомізованих проспективних дослідженнях із залученням більшої кількості пацієнтів та оціною віддалених післяопераційних результатів.

Ключові слова: переломи голівки нижньої щелепи, CAD/CAM технології, хірургічні шаблони, індивідуалізовані пластини.

індивідуалізований фіксатор перелом щелепу

Вступ

Лікування переломів голівки нижньої щелепи залишається одним із найбільш суперечливих питань щелепно-лицевої травматології через велику кількість незадовільних клінічних результатів (Eckelt et al., 2006; Hlawitschka et al., 2005; Kolk &Neff, 2015). Вибір адекватного методу лікування та визначення показань до проведення відкритої репозиції при даному виді травми залежно від наявних клінічних умов є предметом дискусії, причому позиції авторів с цього приводу часто є діаметрально протилежними (Eckelt et al., 2006, Hlawitschka et al., 2005). Водночас, в ряді мультицентрових ран- домізованих досліджень останніх років було показано, що при застосуванні відкритої репозиції та внутрішньої фіксації фрагментів (ORIF) вдається досягти вірогідно кращих морфологічних та функціональних результатів та підвищити якість життя пацієнтів з даним видом травми порівняно з консервативним лікуванням (Kolk &Neff, 2015, Eckelt et al., 2006). ORIF забезпечує анатомічно точну репозицію зміщених фрагментів та відновлення нормальної висоти гілки нижньої щелепи. Це дозволяє уникнути обмеження рухів нижньої щелепи, порушення прикусу або внутрішніх порушень функції скронево-нижньощелепного суглоба (СНЩС) ( Hlawitschka et al., 2005, Kolk &Neff, 2015, GuoS-s et al., 2015, Wysocki et al., 2011). Останні дослідження також продемонстрували, що адекватна реконструкція голівки нижньої щелепи та малоінвазив- на ревізія навколишніх м'яких тканин є основними факторами сприятливого функціонального прогнозу при тривалому спостереженні (Hlawitschka et al., 2005; Kolk &Neff, 2015; Neff 2018; Boffano, 2016; Al-Moraissi&Ellis, 2015). У той же час відкрита репозиція та стабільна фіксація такого виду травми залишається викликом для хірурга черезобмежений хірургічний доступ, погану візуалізацію, складний механізм травми, специфічну анатомію та біомеханічні співвідношення травмованої ділянки (Neff, 2018; Al-Moraissi&Ellis, 2018).

Описано багато способів фіксації фрагментів голівки нижньої щелепи при переломі, що передбачають використання різноманітних мікро- та міні пластин, спиць, гвинтів та пінів(Хіп et al., 2014; Kozakiewicz, 2018; Neff, 2005). З них найбільш поширеною є фіксація за допомогою довгих бікортикальних гвинтів виготовлених з титану (Neff, 2004; Smolka et al.,

2018) . У зв'язку зі складними умовами навантаження СНЩС в умовах здійснення жувальної функції необхідно встановлювати щонайменше 2 фіксаційні гвинти для компенсації ротаційних деформацій та рівномірного розподілу напружень (Xin et al., 2014; Kozakiewicz, 2018; Neff, 2005). Методика застосування двох титанових гвинтів при переломах голівки нижньої щелепи вперше була описана Rasse et al. (2000) та згодом модифікована (Neff et al., 2004, 2005; Kolk &Neff, 2015), які суттєво вдосконалили методику і довели її ефективність у клінічних та біомеханічних дослідженнях. Цей спосіб фіксації є мало- інвазивним, анатомічно обґрунтованим та має низку переваг перед використанням міні- або мікропластин, стягуючих гвинтів та резорбтивних пінів. Основна проблема, з якою стикається хірург при її застосуванні, полягає в тому, щоб забезпечити правильну репозицію фрагментів і утримувати їх у відповідному положенні під час встановлення гвинтів. Це може бути досить складно через обмежений хірургічний доступ та погану візуалізацію, особливо у випадках багато уламкових переломів чи фрагментації кортикального шару кістки (перелом по типу «метелика») в ділянці латерального полюса або на задній поверхні голівки нижньої щелепи, коли основні анатомічні орієнтири втрачені. Точна репозиція та фіксація є ключовими задачами при проведенні хірургічного лікування переломів голівки нижньої щелепи. Отже, пошук ефективного методу підвищення точності репозиції є актуальним питанням останніх років і залишається серйозною проблемою(Han et al., 2018).

Останнім часом комп'ютерне мо- деювання (CAD) та виробництво за допомогою комп'ютера (CAM) успішно використовуються в щелепно-лицевій травматології та реконструктивній хірургії для підвищення точності і прогно- зованості хірургічних процедур в складних клінічних випадках (Huangetal.,

2019) . Технологія CAD/CAMнадає можливість хірургам моделювати операцію на комп'ютері, виконувати віртуальну репозицію фрагментів, щоб обрати відповідний спосіб фіксації та підвищити точність хірургічних втручань шляхом виготовлення та застосування хірургічних навігаційних шаблонів або пацієн- то-специфічних імплантатів. Хірургічні шаблони та пацієнто-специфічні фіксатори успішно використовувались Suojanenetal. (2016), Chepurnyietal. (2019), Yangetal. (2018) в ортогнатичній хірургії, реконструкції орбіти, середньої зони обличчя та нижньої щелепи. Автори зазначили, що CAD/CAMтехнологія дозволяє зменшити час операції, забезпечує більш точне співставленя та кращу стабільність систем фіксації (Chepurnyi et al., 2019; Yang et al., 2013; Leiggeneretal., 2009). При переломах голівки нижньої щелепи до цього часу використовувався лише комп'ютерний дизайн (CAD) Wanget al. (2013), Yang et. al. (2013), Smolka et al. (2018), Han et al. (2018) для віртуальної репозиції фрагментів голівки, а також для прийняття рішень про відповідний тип, довжину та кут нахилу гвинтів, оцінки можливих ін- траопераційних ризиків. В літературі відсутні дані про хірургічні навігаційні шаблони або пацієнто-специфічні фіксатори при переломах голівки нижньої щелепи або високих переломах шийки виросткового відростка.

Метою даного дослідження є підвищення точності та якості хірургічного лікування переломів голівки нижньої щелепи за рахунок розробки дизайну та створення навігаційних, репозиційних шаблонів та індивідуалізованих фіксаторів із застосуванням CAD/CAM технологій.

Методологія та методи дослідження

Матеріалом дослідження було 8 пацієнтів (7 чоловіків та 1 жінка) віком від 19 до 58 (середній вік 35,3 ± 14,8 років) з переломами голівки нижньої щелепи, що проходили лікування на базі Центру щелепно-лицевої хірургії та стоматології КОКЛ з грудня 2018 року по листопад 2019 року. Всім пацієнтам було проведено відкриту репозицію та фіксацію фрагментів із застосуванням CAD/CAM технології, що передбачало виготовлення пацієн- тоспецифічних навігаційних шаблонів та індивідуалізованих фіксаторів. Операцію проводили під загальним знеболенням, застосовуючи завушний доступ (Neffet al., 2005; Axhausen, 1931; Bockenheimer P,

1920). Кожному пацієнту було проведено клінічне обстеження із визначенням функціонального стану скронево-нижньощелепних суглобів та мультиспіраль- ну комп'ютерну томографію в до- та післяопераційному періоді (одразу після операції та через 3 місяці після встановлення фіксаторів). Враховували наступні показники прикус, величину відкривання рота, латеротрузія, наявність болю, хрускоту чи клацання при рухах нижньої щелепи, неврологічний дефіцит, тощо.

За даними КТ проведеного перед оперативним втручання, всім хворим створювали 3-D моделі нижньої щелепи з дислокованими фрагментами голівки та проводили оцінку типу перелому, відсутності чи наявності фрагментації, товщиникортикального шару голівки та латеральногополюсу, наявних біомеханічних умов. Після віртуальної репозиції кісткових фрагментів у програмному забезпеченні CAD була обрана система фіксації. У типових випадках переломів застосовували позиціонуючи титанові гвинти діаметром 1,7-1,8 мм, описані A. Neff(2004, 2005, 2015) із застосуванням хірургічного навігаційного шаблону змодельованого для забезпечення відповідного позиціонування та нахилу гвинта. У біомеханічно несприятливих випадках (тип р), пов'язаних з фрагментацією кортикального шару голівки по типу «метелика» в ділянці латерального полюса або на задній поверхні голівки для фіксації використовували індивідуалізовану двокомпонентну розвантажувальну пластину. У випадках багато уламкових переломів використовували пацієнтспецифічні індивідуалізовані фіксатори.

Дизайн навігаційного хірургічного шаблону, індивідуалізованої двокомпонентної розвантажувальної пластини та пацієнтспецифісних фіксаторів.

Дизайн навігаційних хірургічних шаблонів був спрямований на забезпечення правильного тривимірного позиціонування фрагментів та утримання останніх під час засверлювання та встановлення фіксуючих гвинтів. Основними аспектами, які враховували при індивідуальному моделюванні, були можливість встановлення та закріплення конструкції в анатомічно безпечних зонах, та необхідність уникнути функціонально важливих ділянок прикріплення латерального криловидного м'язу, капсули та зв'язок. Перша частина шаблона була створена для правильного позиціонування малого фрагмента на ділянці задньої поверхні голівки. Друга частина передбачала попередньо змодельоване та визначене позиціонування та кута нахилу гвинтів, за рахунок змодельованих позиціонуючих гільз. В дизайні конструкції було створено ряд невеликих отворів, для закріплення шаблону на медіальному та латеральному фрагментах мікрогвинтами та два позиці- онуючих отвори для бікортикальних фіксуючих гвинтів. Краї та поверхня шаблону були віртуально згладжені, відповідно до морфології кісткової поверхні після репозиції. Дві частини шаблону були змо- дельовані в такий спосіб, що вони могли контактувати між собою лише в одному правильному положенні. Після сверління частину з направляючими гільзами видаляли, проводили встановлення гвинтів, в наступному всі тимчасові фіксатори було видалено.

У біомеханічно-несприятливих випадках (тип р) після сверління та видалення другої частини шаблона гвинтову фіксацію проводили у поєднанні з індивідуалізованою розвантажувальною пластиною. Розвантажувальна пластина мала таку ж форму, як друга частина хірургічного навігаційного шаблону, тому фіксація могла проводитись лише у єдиному попередньо-визначному положенні. Використання даного виду фіксатора дозволяло зменшити градієнти напруження у кістці та збільшити жорсткість фіксації у порівнянні з традиційною методикою (рис. 1).

Рис. 1. Дизайн двокомпонентних індивідуалізованих розвантажувальних пластин та хірургічного шаблону

При багатоуламковій фрагментації голівки із втратою основних анатомічних орієнтирів та неможливістю проведення гвинтової чи комбінованої фіксації ми створювали індивідуалізований пацієнт- специфічний фіксатор з метою репозиції основних фрагментів та утримання їх у фіксованому положенні (рис. 2). Основні аспекти щодо анатомічно безпечних зон були збережені. Фрагменти фіксатора були змодельовані в ділянці кожного окремого фрагмента, отвори - в ділянках з достатнім об'ємом кісткової тканини для встанволення гвинтів.

Рис. 2. Дизайн індивідуалізованого пацієнтспецифічного фіксатора за умови великоуламкової фрагментації голівки нижньої щелепи, інтраопераційний вигляд фіксатора та отриманий післяопераційний результат