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

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.

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).

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).

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).

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.

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.