Сегодня: 03.12.2024
RU / EN
Последнее обновление: 30.10.2024

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

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.


prikhodko-tablitsa-1.jpg Таблица 1. Распределение пациентов по локализации поражения и нозологической форме опухолевого поражения, абс. числа

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).


prikhodko-ris-1.jpg Рис. 1. Предоперационное планирование с использованием 3D-моделирования

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


prikhodko-ris-2.jpg

Рис. 2. Навигационная система «Автоплан»:

а — регистрация костного ориентира; б — изображения на экране навигационной системы

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).


prikhodko-ris-3.jpg Рис. 3. Определение линии предполагаемой резекции

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.

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±σ, где М — среднее арифметическое, σ — 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.


prikhodko-tablitsa-2.jpg

Таблица 2. Ближайшие результаты хирургического лечения пациентов сравниваемых групп (М±σ)


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.


Журнал базах данных

pubmed_logo.jpg

web_of_science.jpg

scopus.jpg

crossref.jpg

ebsco.jpg

embase.jpg

ulrich.jpg

cyberleninka.jpg

e-library.jpg

lan.jpg

ajd.jpg

SCImago Journal & Country Rank