В наши дни 3D технологии находят свое применение во многих областях медицины. Например, уже проведены испытания по изготовлению костных хрящей для коленных чашечек, носа и ушей. Также ученные работают над возможностью создания искусственных глазных яблок. Это сложнейшая работа, но в случае ее успешного завершения, станет возможно восстанавливать зрение слепым людям. Все говорит о том, что недалек тот день, когда 3D биопринтеры будут из стволовых клеток печатать целые человеческие органы.
Врач нейрохирург, к.м.н. Роман Александрович Коваленко
Но и это еще не все. Применение 3D технологий намного шире. Они могут помогать врачам создавать отличные инструменты для выполнения сложных медицинских манипуляций и даже хирургических операций.
Недавно в нашу редакцию позвонил врач нейрохирург Центра Алмазова Роман Александрович Коваленко и рассказал о том, что он занял первое место в конкурсе на лучшую научную работу со статьей «Применение индивидуальных 3D навигационных матриц для транспедикулярной фиксации шейного отдела – результаты двухцентрового проспективного пилотного исследования». В названии работы меня заинтересовал термин «3D навигационные матрицы», и я решила разобраться в чем тут суть, и что описывается в научной работе доктора.
На сегодняшний день нередко при патологии позвоночника нейрохирурги вынуждены прибегать к операциям, в ходе которых в позвонки пациента вводятся специальные винтовые фиксирующие системы. Поскольку рядом с позвонками очень близко расположены сосудистые и невральные образования, ключевым моментом является соблюдение высокой точности имплантация по заранее намеченной траектории, что в ряде случаев осуществить достаточно сложно. Например, при сколиотических деформациях, врожденных аномалиях, опухолевом поражении анатомическая структура позвонка может быть изменена. Как следствие – риски осложнений при установке винтов, в том числе и достаточно грозных (например, повреждение артериальных структур).
Одной из классических методик, которую применяют хирурги для повышения точности и безопасности имплантации является использование во время операции рентгена. Но иногда хирургам недостаточно видеть просто рентгеновскую проекцию, необходимо трехмерное изображение для того, чтобы правильно провести имплантацию винта. Поэтому более точным методом навигации до недавнего времени было использование интраоперационного компьютерного томографа и навигационной системы. Пациенту во время операции выполняется компьютерная томограмма. Снимки связываются с навигационной системой, а хирург по специальной навигации заводит конструкции. Это повысило качество имплантаций и снизило количество осложнений. Но такое оборудование достаточно дорогостоящее, к тому же на пациента за время операции идет большая лучевая нагрузка.
В своей научной работе Роман Александрович Коваленко описал альтернативный вариант способа точного введения фиксационных винтов в позвоночник. И эта методика напрямую связана с технологиями 3D печати.
Макет позвонка и стыкующаяся с ним 3D навигационная матрица
На столе у Романа Александровича лежат белые «детали-позвонки», напечатанные на 3D принтере. Каждый из них уникален и создан по результатам компьютерной томограммы конкретного пациента.
«Получив макет позвонка пациента, врач получает прекрасный дополнительный метод визуализации. Видя, как выглядит позвонок, хирург может более точно спланировать операцию. Альтернативой является выстроенная на компьютере 3D модель, но смотреть изображение на экране или держать в руках макет позвонка – это совсем разные вещи, – рассказал Роман Александрович. – Это незаменимо и для обучения врачей».
В качестве чернил для 3D печати используется биополимер молочной кислоты (PLA). Он полностью биодеградируемый (растворяется в биологической среде за 2 недели). Материал и в человеческом организме ведет себя так же – из него делаются рассасывающиеся нитки (кетгут).
«Это принципиально новое решение, которое сейчас появилось в сфере хирургии позвоночника. Методика впервые была применена в 2014 году японскими специалистами, – говорит доктор Коваленко. – Но в последнее время она стала все чаще применяться специалистами Европы, а в России пионером по применению навигационных матриц является Центр Алмазова».
Выполнение операции с использованием навигационых матриц технически намного проще. До операции пациенту выполняется компьютерная томограмма, потом следует этап моделирования: томограмма вводится в специальную компьютерную программу и определяются безопасные траектории введения винтов. Затем проектируется матрица или шаблон, который с одной стороны является зеркальным отображением позвонка. В него хирурги включают так называемые тубусы-направители, которые идут строго под теми углами, по которым необходимо провести имплантацию. После этого на 3D принтере печатаются отдельно модели позвонков и отдельно модели стыкующихся с ними шаблонов. Хирургу во время операции остается обеспечить доступ к нужному позвонку (при этом минимизировав разрез). Приложив шаблон, он получит точные траектории ведения винтов.
По инициативе Р. А. Коваленко эту методику применяли в двух центрах – в НМИЦ им. В. А. Алмазова и в РНИИ травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена. В Центре Алмазова нейрохируги начали применять этот способ с октября 2017 года. За это время было прооперировано 26 пациентов. Этот клинический опыт и описан в работе Р. А. Коваленко.
Преимущества метода очевидны – его можно применять в любой операционной даже без специализированного оборудования, лучевая нагрузка на пациента минимальна. А поскольку интраоперационная КТ навигация стоит очень дорого, затраты тоже значительно ниже. По точности имплантации метод сопоставим с интраоперационной КТ навигацией.