Application of additive 3D printing technologies in neurosurgery, vertebrology and traumatology and orthopedics

Full Text

Список сокращений

МСКТ — мультиспиральная компьютерная томография

ТПВ — транспедикулярный винт

3DР (3D-printing) —трехмерная печать

3DM — 3D-модели

DLМS (direct laser metal sintering) — прямое лазерное спекание металлов

DLP (digital light processing) — цифровая светодиодная проекция

EBM (electronbeam melting) — электронно-лучевая плавка

FDM (fused deposition modeling) — технология послойного наплавления

LOM (laminated object manufacturing) — изготовление объектов методом ламинирования

SLA (laser stereolithography) — лазерная стереолитография

SLM (selective laser melting) — выборочная лазерная плавка

SLS (selective laser sintering) — выборочное лазерное спекание

ОБОСНОВАНИЕ

XXI век продолжает удивлять нас новыми технологиями, которые постепенно внедряются в медицину [1–3]. Одним из интересных и полезных достижений последнего времени является 3D-печать (3D printing, 3DР), которая в настоящее время стала доступна всем желающим [4–6]. 3D-принтер — это устройство, позволяющее на основе разработанной компьютерной модели изготовить полностью идентичный объект [5–8]. Аддитивные технологии (прототипирование) отличаются от традиционных способов изготовления изделий, которые основаны на вычитании (фрезеровка, шлифование) и формообразовании (литье, штамповка) материала, тем, что построение объекта происходит послойно путем добавления материала [9, 10]. Медицинское прототипирование в настоящее время используется в различных областях медицины [11, 12], однако особенно активно в последнее время 3DР применяется в нейрохирургии, вертебрологии, травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой и пластической хирургии [13–15]. С каждым годом увеличивается количество материалов для медицинских 3D-принтеров, появляются материалы с новыми свойства, совершенствуются технологии 3DР. Производство индивидуальных медицинских изделий становится все более доступным, простым и дешевым [2, 16]. В период с 1988 по 2015 г. среднегодовой темп прироста рынка 3DР составил 26,2% [10].

ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ 3DР

С целью создания индивидуального медицинского изделия на первом этапе пациенту проводится мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) с шагом 1–2 мм [17, 18]. В результате исследования получают послойные срезы обследуемого органа, которые экспортируются в виде серии цифровых снимков в формате DICOM в программу для построения 3D-модели (3DM) [19]. На втором этапе с использованием специализированного программного обеспечения создается объемная полигональная 3DM [20, 21]. Далее возможно ее изготовление на 3D-принтере либо выполнение компьютерного моделирования с созданием 3DM-имплантата, хирургического шаблона и др. После завершения этапа компьютерного моделирования осуществляется аддитивное производство индивидуального медицинского изделия [22]. Для получения данных с целью создания 3DM-изделия возможно использовать 3D-сканирование, измерение антропометрических параметров пациента и т.д. [2].

Существует множество различных методов 3DР [11–23]. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

I. Экструзионный:

• технология послойного наплавления (fused deposition modeling, FDM).

II. Фотополимеризация:

• лазерная стереолитография (laser stereolithography, SLA);
• цифровая светодиодная проекция (digital light processing, DLP).

III. Порошковый:

• электронно-лучевая плавка (electronbeam melting, EBM);
• выборочная лазерная плавка (selective laser melting, SLM);
• выборочное лазерное спекание (selective laser sintering, SLS);
• прямое лазерное спекание металлов (direct laser metal sintering, DLМS).

IV. Ламинирование:

• изготовление объектов методом ламинирования (laminated object manufacturing, LOM).

V. Струйный:

• струйная трехмерная печать (three-dimensional printing, 3DР).

Выбор оптимальной технологии 3DР в каждой клинической ситуации зависит от требований, предъявляемых к изготавливаемому индивидуальному изделию медицинского назначения, скорости и стоимости его производства [24, 25]. Для этого необходимо учитывать особенности различных технологий 3DР, применяемых в медицине (табл. 1) [26–28].

Таблица 1 / Table 1

Особенности различных технологий 3DР

Specifics of different 3DР technologies

Технология	Основные принципы	Материал	Средняя стоимость	Преимущества	Недостатки	Область применения в медицине
FDM	3DР происходит за счет экструзии быстрозатвердевающего материала. В экструдере 3D-принтера термопластик нагревается до температуры плавления с последующим выдавливанием жидкой массы через печатающее сопло. Экструдер движется по траектории, соответствующей структуре и форме изделия, что формирует единичный слой. Создание изделия происходит последовательным нанесением слоев поверх уже напечатанных	Термопластик	Оборудование: 20–400 тыс. руб. Материал: 1–10 тыс. руб/кг	При 3DР применяются недорогие расходные материалы. Высокая доступность данного вида 3DР. Прототипы могут обладать различными физическими и механическими свойствами	Трудности при изготовлении сложных геометрических форм (например, основание черепа, клиновидная пазуха, пирамида височной кости). Поверхность прототипа после 3DР имеет шероховатости, слоистость из-за чего необходимо проведение постобработки изделия	Макеты для обучения и предоперационного планирования, хирургические шаблоны, ортезы, стельки, корсеты, матрицы для имплантатов из костнозамещающих материалов
SLA	В точках соприкосновения луча лазера и фотополимера происходят его полимеризация и формирование твердого физического объекта. Луч лазера проходит по поверхности жидкого полимера в соответствии с конфигурацией формируемого слоя. После фотополимеризации предыдущего слоя рабочая платформа погружается в емкость с жидкой смолой на расстояние, соответствующее толщине следующего печатного слоя. Далее процесс печати повторяется. После 3DР изделие промывается с целью удаления неиспользованного в процессе печати материала и при необходимости подвергается постобработке в ультрафиолетовой камере для окончательного затвердевания материала изделия	Фотополимеры	Оборудование: от 200 тыс. до 10 млн руб. Материал: 10–30 тыс. руб./л	Высокая точность 3DР, возможность создания объектов сложной геометрической формы (пирамида височной кости, клиновидная кость, решетчатый лабиринт). Низкий уровень шума в процессе 3DP. Прототипы могут обладать различными физическими и механическими свойствами	Высокая стоимость используемых оборудования и материалов	Макеты для обучения и предоперационного планирования, хирургические шаблоны и направители, индивидуальный медицинский инструментарий
SLS	Выборочное спекание мелкодисперсного порошкового (обычно металлического) материала под воздействием управляемого процессором луча, как правило, СО2-лазера	Порошкообразные материалы	Оборудование: 90–200 млн руб. Материал: 70–130 тыс. руб./кг	Возможность создания имплантатов из титанового сплава, керамических материалов	Высокая стоимость оборудования и материалов. Необходимость постобработки с использованием специализированного дорогостоящего оборудования	Имплантаты из титанового сплава и керамики

SLA-, SLS- и DLMS 3DР идентичны по точности получаемых биомоделей, но являются в разы более дорогостоящими по сравнению с FDM [23, 27].

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ 3DР В НЕЙРОХИРУРГИИ, ВЕРТЕБРОЛОГИИ, ТРАВМАТОЛОГИИ И ОРТОПЕДИИ

Нейрохирургия

Моделирование формы имплантата для краниопластики раньше в большинстве случаев проводилось непосредственно во время операции, что значительно увеличивало ее продолжительность [29, 30]. В ситуациях, когда дефекты затрагивали верхние отделы лицевого скелета (край орбиты, скуловой отросток, воздухоносные пазухи), интраоперационное формирование имплантата было очень затруднительным и не позволяло прецизионно достичь желаемого косметического результата [31–33]. При пластике дефектов черепа в настоящее время все чаще применяются аддитивные технологии, обеспечивающие возможность изготовления индивидуальных высокоточных имплантатов (рис. 1) [2, 34, 35], что позволяет достичь наилучших косметических результатов, сократить время нейрохирургического вмешательства и повысить удовлетворенность пациента результатом [32, 36, 37]. При краниофациальных повреждениях индивидуальные макеты, напечатанные на 3DР, позволяют нейрохирургу получить более полную информацию о степени имеющегося поражения, спланировать ход вмешательства и более точно ориентироваться во время операции [38, 39]. Широкая доступность программного обеспечения дает возможность врачам принимать непосредственное участие в моделировании имплантатов [40, 41].

Рис. 1. Индивидуальный титановый имплантат для краниопластики, изготовленный на 3D-принтере SLS [2] (собственные данные).

Fig. 1. An individual titanium implant for cranioplasty manufactured using a 3D SLS printer [2] (Own data).

В 2013 г. нейрохирурги из США провели операцию по замене костей черепа человеку, пострадавшему в дорожно-транспортном происшествии. Благодаря титановым сетчатым протезам, изготовленным с помощью 3DР, больному удалось заменить около 70% черепа [5].

В 2014 г. C.A. Еолчиян продемонстрировал, что применение индивидуальных имплантатов для краниопластики имеет неоспоримые преимущества по сравнению с традиционными: высокая точность импланта, уменьшение травматичности, сокращение длительности операции и достижение наилучшего косметического результата [42].

В 2015 г. D.J. Bonda и соавт. в своем обзоре указали, что использование индивидуальных имплантатов, полученных с помощью 3DР, представляется очевидной перспективой развития реконструктивной нейрохирургии [43].

В 2020 г. Н.А. Копорушко и соавт. представили опыт проведения краниопластики у 161 пациента. Все больные были поделены на две группы: 80 человек с титановыми пластинами, изготовленными при помощи 3DР (группа 1), и 81 больной с применение стандартных титановых имплантатов (группа 2). В группе 1 в 100% случаев получены отличные косметические результаты, в группе 2 отличный результат получен в 76% случаев, хороший — в 9%, удовлетворительный — в 8%, неудовлетворительный — в 5% [44].

В настоящее время применение индивидуальных имплантатов регламентировано Программой государственной гарантии оказания высокотехнологичной помощи в разделе «Нейрохирургия»: микрохирургическая реконструкция при врожденных и приобретенных сложных и гигантских дефектах и деформациях свода, лицевого скелета и основания черепа с компьютерным и стереолитографическим моделированием с применением биосовместимых пластических материалов и ресурсоемких имплантатов [31, 45, 46].

Вертебрология

С каждым годом возрастает число пациентов с травмами и заболеваниями позвоночника, которым осуществлено хирургическое лечение с помощью аддитивных технологий 3DР [47–49].

В 2011 г. J. Yang и соавт. сообщили об успешном применении 3DM и направителей для установки транспедикулярных винтов (ТПВ) при проведении корригирующих операций у 20 пациентов с тяжелыми деформациями грудного отдела позвоночника. Авторы исследования отмечают, что высокая точность 3DM позволила добиться хороших и отличных результатов при выполнении инструментальной фиксации. Прецизионность проведения ТПВ подтверждена результатами МСКТ [50].

В 2015 г. M. Yang и соавт. в ретроспективном исследовании оценили результаты оперативного лечения 126 пациентов с подростковым идиопатическим сколиозом Lenke-1 [51]. Все больные были разделены на 2 группы: в 1-й группе (n=50) для предоперационного планирования использовались индивидуальные макеты позвоночника, изготовленные с помощью 3DР, во 2-й группе (n=76) выполнено стандартное предоперационное планирование. По результатам исследования было доказано, что 3DM способствуют сокращению времени операции, кровопотери и объема гемотрансфузии. Статистически достоверной разницы в частоте осложнений, продолжительности пребывания в стационаре, рентгенологических исходах или мальпозиции ТПВ между пациентами исследуемых групп не выявлено.

В 2018 г. А.А. Кулешов и соавт. анонсировали опыт применения 3DР при оперативном лечении деформаций позвоночника [52]. Для 52 пациентов с помощью аддитивных технологий были изготовлены индивидуальные макеты с деформациями позвоночника: с врожденной многоплоскостной деформацией позвоночника (n=20), деформацией верхнего отдела шейного отдела позвоночника (n=12), со спондилолистезом 3–4-й степени (n=10), нейрогенным сколиозом (n=8), нейрофиброматозом (n=2). 3DM изготавливали в масштабе 1:1 при SLA. Во всех случаях они применялись для предоперационного планирования, включая предполагаемую коррекцию деформации, декомпрессию и фиксацию позвоночника. На основании выполненных 3DM позвоночника в 26 случаях были изготовлены индивидуальные металлоконструкции для коррекции деформации и фиксации соответствующего отдела позвоночника. Во всех случаях применение 3DM позвоночника позволило получить существенную дополнительную информацию как при предоперационном планировании, так и во время операции. Период наблюдения составил 3 года: операции по декомпрессии невральных структур и коррекции деформаций у всех пациентов дали хорошие клинические и рентгенологические результаты. Применение индивидуальных имплантатов позволило достичь стабильной фиксации позвоночника во всех случаях, за исключением трех, в которых пришлось удалить имплантаты из-за инфекционных осложнений (n=1) и проблем с заживлением послеоперационной раны (n=2).

В 2018 г. А.В. Бурцев и соавт. доказали эффективность методики компьютерного моделирования и 3DР индивидуальных направителей, используемых при фиксации шейного отдела позвоночника. В направителях формировали отверстие диаметром 2,2 мм для сверла. После стерилизации интраоперационно их плотно прикладывали к дужке и остистому отростку позвонка, затем с помощью бора и сверла через направитель формировали отверстие, куда и имплантировали ТПВ. На основании отработанной методики провели клиническую апробацию у 3 пациентов. По МСКТ зафиксировано отклонение 1 ТПВ относительно заданной траектории не более чем на 2 мм, при этом мальпозиций не выявлено [53].

В 2018 г. Y. Pan и соавт. выполнили анализ по использованию навигационных лекал (n=20, 396 ТПВ) и метода free hand (n=17, 312 ТПВ) у подростков с деформациями позвоночника. Время операции и степень коррекции значимо не отличались в группах, а безопасность стабилизации была статистически выше в группе лекал: перфорация 1-й степени наблюдалась в 7,3%, 2-й степени — в 3,3%. В группе free hand перфорация 1-й степени отмечена в 11,9%, 2-й степени — в 11,5%, 3-й степени — в 1,6%; p=0,000 [54].

В 2019 г. Р.А. Коваленко с соавт. провели анализ безопасности и точности имплантации ТПВ в шейном и грудном отделах позвоночника с использованием индивидуальных лекал различного дизайна [18, 55]. На 3 кадаверах с их применением выполнена имплантация 60 ТПВ в С2–Th4. Использованы 3 вида направителей: группа А — односторонние матрицы (n=20), группа Б — двусторонние (n=20), группа В — двусторонние матрицы с опорой на остистый отросток (n=20). Точность и безопасность введения ТПВ оценивали по результатам МСКТ. Направители с трехточечной опорой (группа В) показали самую высокую безопасность имплантации. Средняя девиация ТПВ в точке ввода в группе А составила 5,0±0,5 мм, в группе Б — 1,7±0,3 мм, в группе В — 0,35±0,05 мм. Средняя девиация ТПВ в конечной точке в группе А составила 5,1±0,7 мм, в группе Б — 3,5±0,6 мм, в группе В — 0,53±0,05 мм [18].

В 2020 г. та же группа авторов провела анализ имплантации ТПВ в грудном отделе позвоночника с использованием лекал различных 3DМ в сравнении с методикой free hand. В 1-й группе ТПВ в грудном отделе позвоночника были установлены по методике free hand (n=23, 112 ТПВ). Во 2-й группе (n=11, 42 ТПВ) установка осуществлялась с помощью билатеральных одноуровневых лекал, в 3-й группе (n=13, 54 ТПВ) — с помощью билатеральных одноуровневых лекал с опорой на остистый отросток. В группе 1 нулевая степень безопасности зарегистрирована в 67% случаев, степень 1 — в 18,8%, степень 2 — в 9,8%, степень 3 — в 4,5%. В группе 2 нулевая степень безопасности зарегистрирована в 85,71% случаев, степень 1 — в 14,29%; в группе 3 — в 90,74 и 9,26% соответственно. Случаев перфорации кости более чем на половину диаметра ТПВ в группах 2 и 3 не было. Применение индивидуальных лекал для имплантации ТПВ в грудном отделе позвоночника представляется более безопасным методом по сравнению с free hand [56].

Применение аддитивных технологий нашло свое применение также в изготовлении индивидуальных имплантатов, позволяющих производить корригирующие операции на позвоночнике без применения остеотомий. Альтернативой для коррекции сагиттального и фронтального баланса в позвоночнике является использование индивидуальных лордозирующих кейджей, изготавливаемых при помощи 3DР (рис. 2) [57].

Рис. 2. Индивидуальные кейджи для ALIF, изготовленные при помощи 3DP (собственные данные).

Fig. 2. Individual cages for ALIF manufactured using 3DP (Own data).

Считается, что в коррекции сагиттального баланса восстановление сегментарного лордоза является одной из основных целей вмешательства. Современные лордозирующие кейджи, используемые для ALIF, LLIF, позволяют скорректировать сегментарный лордоз в среднем до 20°. Их можно устанавливать через вентральный минимально инвазивный доступ (рис. 3), что дает возможность осуществлять сопоставимый объем оперативного вмешательства, как и при задних открытых методиках с применением вертебротомий и инструментальной фиксации позвоночника.

Рис. 3. Установка индивидуального кейжда (собственные данные).

Fig. 3. Installation of an individual cage (Own data).

В 2020 г. А.А. Денисов и соавт. подтвердили, что применение лордозирующих кейджей с углами 20–30° значительно увеличивают сегментарный лордоз и лордоз поясничного отдела позвоночника (рис. 4) [57].

Рис. 4. Измерение сегментарного и лордоза поясничного отдела позвоночника.

Примечание. a — рентгенограмма пациента до операции (слева представлены значения углов L5–S1 = 7,9, L4–L5 = 0,9); b — рентгенограмма того же пациента после установки индивидуальных межтеловых имплантатов (значения полученных углов сегментарного лордоза: L5–S1 = 27,5; L4–L5 = 14,8) (данные А.А. Денисова).

Fig. 4. Measurement of segmental lumbar lordosis.

Note. a — a radiograph of a patient before the surgery (on the left, the angles L5-S1=7.9, L4-L5=0.9 are displayed); b — a radiograph of the same patient after installation of individual intervertebral implants (the angles of segmental lordosis are L5-S1=27,5, L4-L5=14,8). (Own data of А.А. Denisov).

В 30 случаях были имплантированы кейджи с индивидуальным, заранее запланированным углом лордоза. Степень полученной коррекции сегментарного лордоза практически была идентична прогнозируемым результатам для группы ALIF. Авторы связывают полученные результаты как с техникой установки имплантатов, которая в случае использования вентрального доступа требует полного освобождения передней продольной связки, так с наличием конструктивных преимуществ используемого имплантата (форма клина).

Травматология и ортопедия

В травматологии и ортопедии наиболее часто 3DР применяются при создании индивидуальных экзопротезов, ортезов, позволяющих заменить гипсовую повязку, индивидуальных стелек, хирургических шаблонов для остеотомий или резекций, высокоточных 3DM для предоперационного планирования, которые позволяют выполнить моделирование операции еще на предоперационном этапе, подобрать необходимые металлоконструкции, выполнить их персонификацию [58] (рис. 5).

Рис. 5. Этап моделирования операции на физическом прототипе голеностопного сустава и стопы пациента (данные Р.О. Горбатова).

Fig. 5. The stage of modeling the surgery using a physical prototype of the patient’s ankle joint and foot (Data of Gorbatov R.O.)

С помощью 3DP в травматологии и ортопедии создаются индивидуальные имплантаты из титана и костнозамещающего материала, благодаря которым появилась возможность замещения любых по форме, сложности и размерам костных дефектов. Для их создания необходимы только данные МСКТ-обследования пациента [2, 14]. Одним из перспективных направлений использования аддитивных технологий 3DР является создание гибридных эндопротезов, включающих титановый и костнозамещающий компоненты (рис. 6). Кроме синтетических материалов в качестве костнозамещающего вещества возможно использовать алло- и аутокость. В настоящее время уже разработаны технологии изготовления гибридных эндопротезов тазобедренного, коленного, плечевого и лучезапястного суставов [22, 59]. Проведенные исследования статистически достоверно доказали их эффективность, в том числе при лечении пациентов с перипротезной инфекцией. По данным оценки клинико-рентгенологических послеоперационных результатов не выявлено ни одного случая рецидива периимплантной инфекции, а также развития неинфекционных осложнений, включая вывихи, миграцию компонентов эндопротеза, переломы костнозамещающего компонента имплантата. После операции полностью отказались от приема обезболивающих препаратов 73% (n=11) пациентов. Все больные после эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов могли передвигаться с помощью костылей с частичной опорой на оперированную конечность. У всех пациентов после ревизионного эндопротезирования плечевого сустава сохранились движения в нем. Использование индивидуальных гибридных эндопротезов в ревизионном эндопротезировании крупных суставов позволило не только купировать инфекционный процесс, сохранить функцию опоры и передвижения, артикуляцию, но и прецизионно заместить дефекты костной ткани [59].

Рис. 6. Рентгенограмма таза: a — септическая нестабильность эндопротеза левого тазобедренного сустава, b — рентгенограмма после ревизионного эндопротезирования с имплантацией индивидуального спейсера, изготовленного с помощью 3DР (данные Р.О. Горбатова).

Fig. 6. Pelvic radiographs: a — Septic instability of an endoprosthesis of the left hip joint; b — Same patient, revision endoprosthesis with implantation of an individual spacer fabricated using 3DP (Data of Gorbatov R.O.).

ОБУЧЕНИЕ НЕЙРОХИРУРГОВ, ТРАВМАТОЛОГОВ И ОРТОПЕДОВ

Необходимость постоянной отработки мануальных навыков является ключевым разделом обучения в хирургии [27, 60]. В особенности важны данные вопросы в нейрохирургии, травматологии и ортопедии, где нужно не только непрерывное совершенствование и оттачивание мануальных навыков, но и постоянное закрепления знаний по нормальной и патологический анатомии, топографии и др. [8, 27, 61]. Отработка мануальных навыков позволяет придать уверенность врачу в условиях высокого стресса и отточить движения. В настоящее время в РФ введен проект о непрерывном образовании медицинских и фармацевтических работников, что активизирует специалистов к участию в различных конференциях, мастер-классах, кадавер-курсах, школах и семинарах [62]. В рамках данных мероприятий зачастую проводятся курсы по совершенствованию мануальных навыков, где они оттачиваются на муляжах, препаратах и 3DM [7, 13, 63]. Стандартом для обучения являются занятия на кадаверном материале, но данный вид обучения дорогостоящий, требует наличия специальных условий для проведения обучающего процесса. Следовательно, применение муляжей и биомоделей, максимально приближенных к реальным, представляется крайне востребованным [11]. 3DР позволяет изготавливать прототипы с высокой точностью соответствия анатомическим объектам [13, 60, 64]. Кроме того, они обеспечивают прецизионную симуляцию большинства характеристик костной ткани для достижения максимально реалистичных ощущений хирурга при работе с инструментарием, а также во избежание разрушения и деформации изделия при выполнении пропила [13]. FDM дает возможность создавать макеты для отработки навыков краниотомии [65, 66]. В спинальной нейрохирургии симуляционные прототипы также нашли широкое применение [13, 67, 68]: они используются для отработки доступов к спинному мозгу и телам позвонков, а также при других оперативных вмешательствах — стабилизации позвоночника, вертебропластики [64]. Кроме того, 3DР позволяет оттачивать навыки в хирургии деформаций опорно-двигательного аппарата, что трудно выполнить на кадаверных материалах. Таким образом, динамично развивающиеся современные технологии 3DР все глубже внедряются в нейрохирургию, травматологию и ортопедию, обеспечивая возможность качественного освоения мануальных навыков и улучшения результатов проводимых хирургических вмешательств [27, 69].

ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ МЕДИЦИНСКОЙ 3DР В РОССИИ

В настоящий момент использование индивидуальных медицинских изделий регулируется пунктом 5 статьи 38 Федерального закона от 21.11.2011 № 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» где определено, что медицинские изделия, изготовленные по индивидуальным заказам пациентов, к которым предъявляются специальные требования по назначению медицинских работников и которые предназначены исключительно для личного использования конкретным пациентом, государственной регистрации не подлежат. Это подтверждается также Постановлением Правительства РФ от 27.12.2012 № 1416 «Об утверждении Правил государственной регистрации медицинских изделий» и Письмом Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения от 21.07.2015 № 04-21338/15. Таким образом, индивидуальные медицинские изделия, изготовленные с использованием 3DР по антропометрическим показателям определенных пациентов, не подлежат государственной регистрации, однако государственной регистрации подлежит материал, из которого они изготавливаются [3].

Собственный опыт

В клинической работе нейрохирургической клиники ФБУЗ «Приволжский окружной медицинский центр» ФМБА России (Нижний Новгород) активно применяются аддитивные технологии (FDM 3D-принтер). При проведении краниопластики изготавливается 3DM утраченного участка черепа пациента, по которой в дальнейшем моделируется трансплантат, что, по нашему опыту, позволяет сократить время операции, добиться отличных косметических результатов. Мы считаем, что использование 3DР является обязательным при реконструкции костных дефектов большой площади, сложной геометрической формы и локализации (рис. 7).

Рис. 7. 3DM черепа, напечатанная на 3D FDM-принтере, для планирования краниопластики. Белым цветом напечатана область гигантского сложного посттрепанационного костного дефекта, по которому изготавливался индивидуальный титановый имплантат (фото А.В. Ярикова).

Fig. 7. 3DM of the cranium printed with the use of a 3D FDM printer for the design of cranioplasty. The region of a giant complicated post-trepanation bone defect which is to be repaired with the fabricated titanium implant, is displayed in white color (Photo by Yarikov A.V.).

3DР применяется в хирургии деформаций позвоночника. Изготовление индивидуальных прототипов позвоночника позволяет спланировать оперативное лечение, предоставляет тактильную информацию и возможность определения оптимальных траекторий введения ТПВ (рис. 8).

Рис. 8. Биомодель позвоночника при сложном сколиозе (фото А.В. Ярикова).

Fig. 8. A biomodel of the spine with complex scoliosis (Photo by Yarikov A.V.).

3DM, созданные на 3DР, позволяют нейрохирургу рассказать пациенту подробно о его заболевании и подходах к его лечению, что улучшает коммуникацию между пациентом и врачом. Некоторые исследования показали, что использование 3DM во время сеансов общения врача и пациента может увеличить согласие пациента и его удовлетворенность по сравнению с использованием традиционных 2D-изображений [70, 71]. Несомненно, 3DР значительно упрощает работу нейрохирургов в операционной, позволяя заранее в полной мере планировать все этапы вмешательства. На наш взгляд, оптимизация рабочего времени нейрохирургов и качество получаемых изделий являются приоритетными задачами, и в то же время цена индивидуальных изделий может быть снижена не за счет перекладывания задач 3D-моделирования на нейрохирургов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С каждым годом аддитивные технологии 3DР все шире внедряются в практическое здравоохранение. Увеличивается количество разработанных технологий, оборудования и материалов для медицинской 3DР. Ежегодно возрастает число пролеченных пациентов с использованием аддитивных технологий. Медицинская 3DР уже сейчас используется в нейрохирургии, травматологии и ортопедии для создания ортезов, стелек, корсетов, макетов для обучения и предоперационного планирования, индивидуальных имплантатов и инструментария для их установки, персонифицированных направителей и др. Аддитивные технологии становятся одним из основных инструментов персонифицированной медицины.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Участие авторов. А.В. Яриков — написание статьи, лечение пациентов; Р.О. Горбатов — написание статьи, обзор публикаций по теме статьи; А.А. Денисов — написание статьи, лечение пациентов; И.И. Смирнов — обзор публикаций по теме статьи; А.Г. Соснин — лечение пациентов; О.А. Перльмуттер — редактирование статьи; А.П. Фраерман — редактирование статьи, концепция и дизайн работы; А.А. Калинкин — редактирование статьи, утверждение окончательной версии для публикации. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

About the authors

Anton V. Yarikov

Privolzhsky District Medical Center FMBA of Russia; City Clinical Hospital No. 39

Author for correspondence.
Email: anton-yarikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4437-4480
SPIN-code: 8151-2292

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 2, nab. Nizhnevolzhskaya, 603001, Nizhny Novgorod; Nizhny Novgorod

Roman O. Gorbatov

Privolzhsky Research Medical University; LLC “Gito-Innovation”

Email: gorbatov.ro@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6920-0770
SPIN-code: 4328-2363

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Nizhny Novgorod; Nizhny Novgorod

Anton A. Denisov

Vreden National Medical Center forTraumatology and Orthopedics

Email: denisov1993@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9178-8715
SPIN-code: 7505-7491

MD

Russian Federation, Saint Petersburg

Igor I. Smirnov

City Clinical Hospital No. 39

Email: igorev_19931993@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1766-9515
SPIN-code: 6390-0872

MD

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Alexandr P. Fraerman

City Clinical Hospital No. 39

Email: operacii39@mail.ru
SPIN-code: 2974-3349

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Andrey G. Sosnin

Privolzhsky District Medical Center FMBA of Russia

Email: sosdoc@yandex.ru
SPIN-code: 6493-2303

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 2, nab. Nizhnevolzhskaya, 603001, Nizhny Novgorod

Olga A. Perlmutter

City Clinical Hospital No. 39

Email: oaperlmutter@mail.ru
SPIN-code: 1243-9601

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Alexandr A. Kalinkin

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency

Email: aleksandr_kalinkin27@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0720-4850
SPIN-code: 9919-5834

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files