CC BY
1603D-печать
в челюстно-лицевой хирургии
И. А. Арапова, П. А. Кучерова, компания PICASO 3D, г. Зеленоград (Москва)
Аннотация. Статья посвящена применению аддитивных технологий (Эй-печать) в челюстно-лицевой хирургии при лечении рака полости рта. Доктор-онколог клинического онкологического диспансера №1 (г. Краснодар, Россия) Грант Забу-нян впервые провел планирование операций на кости нижней челюсти с помощью Эй-моделей и реконструировал челюсть пациента после резекции. В ряде операций были пересажены фрагменты лопатки, подвздошной кости пациентов. Технология создания Эй-модели челюсти пациента на основе компьютерной томографии и йЮОМ-файлов предоставлена
руководителем группы "Станции трехмерной печати" в Молодежном центре Краснодара Артемом Соболевым. Прото-типирование осуществлялось на российских Эй-принтерах РЮЛБО Эй, для обработки использовалось условно-бесплатное программное обеспечение.
Ключевые слова: аддитивные технологии, Эй-печать, технология создания Эй-модели, челюстно-лицевая хирургия, лечение рака полости рта, планирование операций, реконструкция челюсти после резекции, российские Эй-принтеры, РЮЛБО Эй.
3D-PRINTING IN MAXILLOFACIAL SQRGERY
I. Arapova, P. Kucherova
Annotation. The article focuses on the application of additive technologies (3D-printing) in maxillofacial surgery in cases of cancer treatment in the oral cavity. Doctor-oncologist at Clinical Oncology Dispensary №1 (Krasnodar, Russia) Grant Zabunyan has carried out for the first time the planning of operations on the lower jaw-bone with the help of 3D-models and has reconstructed the jaw of a patient after resection. In various operations there were transplanted fragments of a scapula, ilium and fibula of patients. The
technology of creating 3D-model of the patient's jaw on the basis of computer tomography and DICOM-files was provided by Artyom Sobolev, the team leader of the "Stations of the three-dimensional printing" at the Youth Center of Krasnodar. Prototyping was carried out on Russian 3D-printers PICASO 3D, and shareware software was used for processing.
Keywords: additive technologies, 3D-printing, 3D-models technology, maxillofacial surgery, cancer treatment in the oral cavity, planning of operations, reconstruction of a jaw after resection, Russian 3D-printers, PICASO 3D.
В наше время злокачественные новообразования представляют для общества одну из наиболее серьезных проблем, причем не только медицинского, но и социального, и экономического характера. В России, как и во многих других странах, отмечается неуклонный рост онкозаболеваний, что влечет за собой необходимость совершенствования как применяющихся методов, так и организаций, оказывающих специализированную помощь в данной сфере. Новые подходы к решению подобных вопросов привели к использованию, в том числе, и аддитивных1 технологий (в разговорной речи встречается также название «Эй-печать»).
Патогенез опухолей ротовой полости является поликомпонентным. Основными причинами появления раковых образований в ротовой полости врачи называют пристрастие к алкоголю и курению. К развитию опухолей приводят и ранее некачественно установленные импланты, которые травмировали слизистую ротовой полости,
а также предраковые заболевания и папилломавирус человека (ВПЧ).
Раньше использовались традиционные методы борьбы с этими заболеваниями, и при подобных поражениях целостность челюсти не восстанавливалась. Фрагмент с опухолью удалялся, болезнь была побеждена, но в большинстве
случаев снижалось качество жизни пациента, который впоследствии испытывал трудности с жевательной функцией и артикуляцией.
Грант Забунян (http://prodoctorov.ru/ krasnodar/vrach/32900-zabunyan/) — первый врач-онколог в Клиническом онкологическом диспансере №1 г. Краснодара (http://www.kkod.ru/),
1 Аддитивные технологии - процесс объединения материала с целью создания объекта из данных 3й-модели, как правило, слой за слоем, с использованием 3й-принтеров. Ранее эти технологии еще называли «технологиями быстрого прототипирования», но так как изготовление моделей и макетов на 3й-принтерах теперь уже превратилось в создание конечных и серийных продуктов, использовать термин «прототип» нежелательно. 3й-печать — это разговорное название аддитивных технологий, которые являются частью нового типа производства. См. также Филатов С. А. Аддитивные технологии, http://research.bsu.by/wp-content/uploads/2015/06/Филатов-СА-Аддитивные-технологии.pdf
осуществивший планирование операций на нижней челюстной кости с помощью 3D-модели и выполнивший реконструкцию нижней челюсти пациента после резекции (рис. 1).
Рассказывает Грант Забунян, врач-онколог: «Мой выбор пал на 3D-печать, потому что не существует других способов, чтобы потрогать руками пораженную опухолью челюсть целиком, отбросив все мягкие ткани, или чтобы прицелиться и отточить операцию до ее начала (рис. 2). В итоге, в нашей клинике уже сделано шесть резекций нижней челюсти с одномоментным реконструктивным этапом с использованием фрагмента лопатки, а также одна — с использованием подвздошной кости и еще одна — с фрагментом малоберцовой кости.
В представленных примерах реконструкций с использованием фрагмента лопатки мы делали только копию нижней челюсти, на которой могли прорепетировать уровень резекций и длину забираемого трансплантата. В случаях с малоберцовым лоскутом требуется выполнить проектирование длины, углов отпила забираемого материала. К тому же, необходимо придать прямой кости форму подковы (подобное моделирование требуется чаще всего). Это делается путем выпиливания клинов определенного вида в некоторых местах, чтобы полностью воссоздать резецированную челюсть.
На представленных фотографиях изображен снимок челюсти пациента, где трансплантатом является фрагмент лопатки в позиции резецированной нижней челюсти справа (то, что находится между металлическими пластинами). Как можно заметить, произошла полная консолидация краев, то есть резецированная кость полностью замещена фрагментом лопатки. Реабилитация больного прошла успешно, и качество его жизни вернулось на прежний уровень».
Артем Соболев (http://vk.com/manitou), руководитель обучающего направления группы «Станции трехмерной печати» (http://so3day.ru/, http://vk.com/3dmake) на базе Молодежного центра в Краснодаре, рассказывает о проекте: «Наша группа занимается поставкой 3D-принтеров, оказывает услуги по 3D-моделированию, 3D-сканированию, прототипированию и 3D-печати, обучает этому инновационному направлению молодежь
и специалистов предприятий2 Краснодара и Краснодарского края.
В 2015 году Грант обратился ко мне с интересным предложением — для его работы необходимо было создать 3D-модель челюсти пациента3, основываясь на компьютерной томограмме черепа и DICOM-файлах4.
Интерес и желание попробовать свои силы и помочь страдающему от недуга человеку стали двигателями проекта, при реализации которого мне представился шанс самому попробовать напечатать подобную модель (рис. 3).
При подготовке проекта к 3D-печати необходимо было убрать «артефакты» (побочные шумы), которые присутствовали на томограмме. Для создания 3D-модели было использовано программное обеспечение Blender (http:// www.blender.org/), которое позволяет не только смоделировать прототип, но и проверить его на наличие ошибок и адаптировать для 3D-печати (рис. 4).
В настоящее время, за год сотрудничества с докторами ГБУЗ «Клинический онкологический диспансер №1» Министерства здравоохранения Краснодарского края, нами было распечатано 7 прототипов челюстей с различными степенями поражения (рис. 5).
Для наиболее сложных моделей использовалась так называемая «древовидная поддержка», создаваемая в программе Meshmixer (http://www.meshmixer. com/). Проект выполнялся на трех принтерах PICASO 3D Designer российской компании PICASO 3D (http:// picaso-3d.com/ru/products/printers/picaso-3d-designer/,
2 Стоит отметить, что 30-печать находит сегодня широчайшее применение в различных областях медицины. Помимо медицины, в частности хирургии и протезирования, особенно быстро эти технологии развиваются в инструментальной промышленности, аэрокосмической и военной отраслях.
3 Подробнее о печати фрагментов человеческих костей см. в свободно распространяемой книге «Доступная печать для науки, образования и устойчивого развития»: https://books.google.ru/books?id=TYDcAwAAQBAJ, http://3dtoday.ru/blogs/woolpit/the-book-affordable-3d-printing-for-science-education-and-sustainable-/ и https://books.google.ш/books?id=TYDcAwAAQBAJ&printsec=frontcover&Ы=ш#v=onepage&q&f=fa
4 DICOM (англ. Digital Imaging and Communications in Medicine) — отраслевой стандарт создания, хранения, передачи и визуализации медицинских изображений и документов обследованных пациентов.
СТОМАТОЛОГИЯ
- —¡|И>Л1|
http://zntc.ru/services/projects/npp-iis/). Тогда это были од-носопельные принтеры, и удаление поддержек из того же материала из геометрически сложных моделей представляло довольно сложный и кропотливый процесс5.
Программа Meshmixer позволила оптимизировать затраты пластика, а построенные поддержки оставляли менее заметные следы на поверхности модели и легче удалялись.
Так как для конечного прототипа требуется дополнительная обработка, при печати мы используем ABS пластик (http://picaso-3d.com/ru/products/materials/abs/).
Все используемые нами программы (Blender (http://www.blender.org/download/), InVesalius (https://softwarepublico.gov.br/social/invesalius, https://softwarepublico.gov.br/social/invesalius/download), Meshmixer (http://www.meshmixer.com/download.html) доступны для бесплатного использования, и достаточно легки в освоении».
Подводя итоги удачного совместного проекта, можно отметить, что процедура применения прототипа при планировании операции достаточно проста и заключается в следующем: врач изучает дефект, держа модель в руках, определяет необходимость и степень хирургического
вмешательства. Затем делаются необходимые замеры на распечатанном прототипе, чтобы впоследствии, во время операции, взять с лопатки или ребра этого же пациента фрагмент кости, необходимый для восстановления поврежденного участка челюсти. Подобное планирование сокращает время проведения операции и уменьшает риск возникновения осложнений.
В ближайшем будущем врачи ГБУЗ «Клинический онкологический диспансер №1» Министерства здравоохранения Краснодарского края планируют осуществить проект по изготовлению шаблона для создания челюстного импланта на основе малоберцовой кости.
5 В конце 2016 года эта же компания представила на рынке более продвинутую модель PICASODesignerPRO250, позволяющую печатать модели несколькими материалами одновременно
