Способ изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями
METHOD FOR MANUFACTURING PREOPERATIVE MODEL OF SPINE IN CHILDREN WITH CONGENITAL DEVELOPMENTAL ANOMALIES AND DEFORMITIES

Изобретение относится к области медицины, а именно к области травматологии, к способу изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями и может быть использовано при предоперационном планировании хирургического лечения пациентов с врожденными не классифицируемыми аномалиями позвоночника, в том числе ангулярные кифотические деформации, аплазии структур позвоночного столба в условиях травматолого-ортопедических, хирургических и других стационаров.
Заявителю не удалось обнаружить в патентной и технической литературе источника информации, который можно использовать в качестве ближайшего аналога предлагаемого способа, несмотря на известность способа оценки деформации позвоночника с использованием компьютерного комплекса «3D-Сканер» (см. патент РФ №2445919, МПК А61В 5/103. 27.03.2012), а также статья Бойко А.Е., Кокушин Д.Н. и др. «Хирургическое лечение детей с врожденными деформациями грудного и поясничного отделов позвоночника с использованием технологий 3D-прототипирования», Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2020, №7, с. 57-61.
Задачей изобретения является создание способа изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями.
Техническим результатом является обеспечение создания модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, обеспечение создания полномасштабной полимерной модели позвоночника пациента со всеми визуализируемыми индивидуальными анатомическими особенностями позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями для виртуального планирования этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии.
Технический результат достигается тем, что предложен способ изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями, характеризующийся тем, что выполняют мультиспиральную компьютерную томографию, в процессе выполнения которой определяют пространственную структуру детского позвоночника с врожденными аномалиями выполнением 64 срезов за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1, с использованием обзорной скенограммы длиной 150-700 мм осуществляют построение мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной, на которых выявляют локализацию, объем и характер внутренней структуры детского позвоночника с врожденными аномалиями, затем полученную томографическую информацию сохраняют в формате DICOM и переносят в Dolphin Imaging с образованием DICOM файлов, выполняют формирование твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании, затем по данным STL модели формируют G-код, с использованием которого выполняют на FDM принтере с высотой печатного слоя не более 0,2 мм печать модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями в масштабе 1:1, при этом модель позвоночника, повторяющую все томографически визуализируемые индивидуальные анатомические особенности позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями изготавливают из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, причем в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели позвоночника используют акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), или полиэтилентерефталат с гликолем (PET-G), или полилактид (PLA), или полиамид, с использованием изготовленной модели позвоночника или его части выполняют виртуальное планирование этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии. При этом дополнительно может быть выполнена печать модели заданной области аномалии развития позвоночника пациента в масштабе 2:1.
Способ осуществляется следующим образом. В предоперационный период перед выполнением хирургического лечения определяют методом многослойной спиральной компьютерной томографии пространственную структуру детского позвоночника с врожденными аномалиями выполнением 64 срезов за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1.
Осуществляют с использованием обзорной скенограммы длиной 150-700 мм построение мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной, на которых выявляют локализацию, объем и характер внутренней структуры детского позвоночника с врожденными аномалиями. Затем полученную томографическую информацию сохраняют в формате DICOM и переносят в Dolphin Imaging с образованием DICOM файлов. Выполняют формирование твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании.
Затем по данным STL модели формируют G-код, с использованием которого выполняют на FDM принтере с высотой печатного слоя не более 0,2 мм печать модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями в масштабе 1: 1. При этом может быть дополнительно выполнена печать модели заданной области аномалии развития позвоночника пациента в масштабе 2:1.
Модель позвоночника, повторяющую все томографически визуализируемые индивидуальные анатомические особенности позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями изготавливают из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала. Причем в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели позвоночника используют акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), или полиэтилентерефталат с гликолем (PET-G), или полилактид (PLA), или полиамид.
С использованием изготовленной модели позвоночника или его части выполняют виртуальное планирование этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенный способ изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями, отличительными являются:
- выполнение мультиспиральной компьютерной томографит, в процессе которой определение пространственной структуры детского позвоночника с врожденными аномалиями выполнением 64 срезов за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1,
- осуществление с использованием обзорной скенограммы длиной 150-700 мм построения мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной, на которых выявление локализации, объема и характера внутренней структуры детского позвоночника с врожденными аномалиями,
- сохранение полученной томографической информации в формате DICOM и перенесение в Dolphin Imaging с образованием DICOM файлов,
- выполнение формирования твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании,
- формирование по данным STL модели G-кода, с использованием которого выполнение на FDM принтере с высотой печатного слоя не более 0,2 мм печати модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями в масштабе 1:1,
- изготовление модели позвоночника, повторяющей все томографически визуализируемые индивидуальные анатомические особенности позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала,
- использование в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели позвоночника акрилонитрил-бутадиенстирола (ABS), или полиэтилентерефталата с гликолем (PET-G), или полилактида (PLA), или полиамида,
- выполнение с использованием изготовленной модели позвоночника или его части виртуального планирования этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии,
- выполнение дополнительно печати модели заданной области аномалии развития позвоночника пациента в масштабе 2:1.
Экспериментальные и клинические исследования предложенного способа изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями показали его высокую эффективность. Предложенный способ изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями при своем использовании обеспечил создание полимерной модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, обеспечил создание полномасштабной полимерной модели позвоночника пациента со всеми визуализируемыми индивидуальными анатомическими особенностями позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями для виртуального планирования этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении предстоящей коррегирующей остеотомии.
Реализация предложенного способа изготовления предоперационной модели позвоночника у детей с врожденными аномалиями развития и деформациями иллюстрируется следующими клиническими примерами.
Пример 1. Пациентка П., 12 лет, поступила в 10-ое отделение ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова» с диагнозом: «Аномалия развития позвоночника». Состояние после удаления спинномозговой грыжи. Кифотическая деформация грудопоясничного отдела позвоночника III степени. Состояние после операции. Компенсированная гидроцефалия, шунтозависимая.
В предоперационный период перед выполнением хирургического лечения определили методом многослойной спиральной компьютерной томографии пространственную структуру позвоночника пациентки с врожденными аномалиями выполнением 64 срезов за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1.
Осуществили с использованием обзорной скенограммы длиной 750 мм построение мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной, на которых выявили локализацию, объем и характер внутренней структуры позвоночника с врожденными аномалиями, характеризующиеся кифотической деформацией грудопоясничного отдела позвоночника III степени.
Затем полученную томографическую информацию сохранили в формате DICOM и перенесли в Dolphin Imaging с образованием DICOM файлов. Выполнили формирование твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании.
Затем по данным STL модели сформировали G-код, с использованием которого выполнили на FDM принтере с высотой печатного слоя не более 0,2 мм печать модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями в масштабе 1 к 1. При этом модель позвоночника, повторяющую все томографически визуализируемые индивидуальные анатомические особенности позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями изготовили из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, в качестве которого использовали полиэтилентерефталат с гликолем (PET-G).
С использованием изготовленной модели позвоночника выполнили виртуальное планирование этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии.
Пример 2. Пациент X., 5 лет, поступил в 10-ое отделение ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова» с диагнозом: «Врожденный кифоз поясничного отдела позвоночника». Множественные смешанные аномалии грудного и поясничного отделов позвоночника. Аплазия задних элементов поясничного и грудного отдела позвоночника. Диастематомиелия грудного отдела позвоночника (костная форма).
В предоперационный период перед выполнением хирургического лечения определили методом многослойной спиральной компьютерной томографии пространственную структуру позвоночника пациента с врожденными аномалиями выполнением 64 срезов за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1.
Осуществили с использованием обзорной скенограммы длиной 150 мм построение мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной, на которых выявили локализацию, объем и характер внутренней структуры позвоночника с врожденными аномалиями, характеризующиеся множественными смешанные аномалии грудного и поясничного отделов позвоночника.
Затем полученную томографическую информацию сохранили в формате DICOM и перенесли в Dolphin Imaging с образованием DICOM файлов. Выполнили формирование твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании.
Затем по данным STL модели сформировали G-код, с использованием которого выполнили на FDM принтере с высотой печатного слоя не более 0,2 мм печать модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями в масштабе 1 к 1. А также дополнительно выполнили печать модели заданной области аномалии развития позвоночника пациента в масштабе 2 к 1. При этом модель позвоночника и дополнительную увеличенную модель позвоночника, повторяющие все томографически визуализируемые индивидуальные анатомические особенности позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями изготовили из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, в качестве которого использовали акрилонитрилбута-диенстирол (ABS).
С использованием изготовленной модели позвоночника выполнили виртуальное планирование этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии.
Пример 3. Пациент Б., 6 лет, поступил в 10-ое отделение ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова» с диагнозом: «Аномалия развития позвоночника». Врожденный кифосколиоз шейно-грудного отдела позвоночника IV степени. Состояние после оперативного вмешательства. Нестабильность металлоконструкции.
В предоперационный период перед выполнением хирургического лечения определили методом многослойной спиральной компьютерной томографии пространственную структуру позвоночника пациента с врожденными аномалиями выполнением 64 срезов за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1.
Осуществили с использованием обзорной скенограммы длиной 300 мм построение мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной, на которых выявили локализацию, объем и характер внутренней структуры позвоночника с врожденными аномалиями, характеризующиеся рожденным кифосколиозом шейно-грудного отдела позвоночника IV степени.
Затем полученную томографическую информацию сохранили в формате DICOM и перенесли в Dolphin Imaging с образованием DICOM файлов. Выполнили формирование твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании.
Затем по данным STL модели сформировали G-код, с использованием которого выполнили на FDM принтере с высотой печатного слоя не более 0,2 мм печать модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями в масштабе 1:1. При этом модель позвоночника, повторяющую все томографически визуализируемые индивидуальные анатомические особенности позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями изготовили из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, в качестве которого использовали полилактид (PLA).
С использованием изготовленной модели позвоночника выполнили виртуальное планирование этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии.
Пример 4. Пациент Б., 7 лет, поступил в 10-ое отделение ФГБУ «НМИЦ ТО им. Н.Н. Приорова» с диагнозом: «Множественные аномалии развития позвоночника» Полупозвонки С7, Th3. Врожденный левосторонний шейно-грудной сколиоз IV степени. Торакалгия.
В предоперационный период перед выполнением хирургического лечения определили методом многослойной спиральной компьютерной томографии пространственную структуру позвоночника пациента с врожденными аномалиями выполнением 64 срезов за один оборот гентри с толщиной среза 0,625 мм, без наклона «гентри» с напряжением 120 kV, силой тока 175 mA, за время 2,2 секунды при pitch 0,516:1.
Осуществили с использованием обзорной скенограммы длиной 510 мм построение мультипланарных реконструкций изображения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - фронтальной и сагиттальной, на которых выявили локализацию, объем и характер внутренней структуры позвоночника с врожденными аномалиями, характеризующиеся множественными аномалиями развития позвоночника.
Затем полученную томографическую информацию сохранили в формате DICOM и перенесли в Dolphin Imaging с образованием DICOM файлов. Выполнили формирование твердотельной STL 3D-модели позвоночника с отображением всех пораженных костных анатомических структур и аномалий позвоночника, представляющих интерес при предоперационном исследовании.
Затем по данным STL модели сформировали G-код, с использованием которого выполнили на FDM принтере с высотой печатного слоя не более 0,2 мм печать модели позвоночника пациента со всеми его аномалиями в масштабе 1 к: 1. При этом модель позвоночника, повторяющую все томографически визуализируемые индивидуальные анатомические особенности позвоночника пациента с врожденными аномалиями и деформациями изготовили из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, в качестве которого использовали полиамид.
С использованием изготовленной модели позвоночника выполнили виртуальное планирование этапов хирургического лечения позвоночника пациента с определением точек размещения имплантов и мальпозиции фиксирующих винтов металлофиксации при проведении коррегирующей остеотомии.