УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ БИОМЕХАНИКИ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ С СУБТОТАЛЬНЫМ ДЕФЕКТОМ
DEVICE FOR OPTIMIZATION OF LOWER JAW BIOMECHANICS WITH SUBTOTAL DEFECT

Изобретение относится к разделу медицинской реабилитации в челюстно-лицевой хирургии, медицинским устройствам и аппаратам. Разработанное устройство позволяет оптимизировать двигательную функцию сохраненных фрагментов нижней челюсти после ее субтотальной резекции. Восстановление функциональной активности фрагментов нижней челюсти основано на использования устройства с биомеханическими принципами механотерапии. История внедрения механотерапии в медицину берет начало в XIX веке, после разработки профессором анатомии Упсальского университета Густавом Цандером новой гимнастической системы, которую он назвал машина. В основе предложенной системы Цандера лежала гимнастика противодействия П. Линга. По мнению П. Линга, успех использования гимнастики противодействия во многом зависит от методиста, который контролирует весь процесс ее выполнения. Цандер подверг сомнению данный постулат и разработал устройство, позволяющее без посторонней помощи дозировать степень, интенсивность и характер нагрузки самостоятельно пациентом. По мнению большинства исследователей, новое направление в медицине требует взвешенного и продуманного подхода при использовании устройств оптимизирующих биомеханику травмированных структур опорно-двигательного аппарата. Особенно подчеркивая необходимость осознанного и глубоко осмысленного использования устройств. По их мнению, чисто механическое исполнения технических заданий пациентом недопустимо. По мере развития данного направления, в Европе создавались отделения и целые клиники, где проводилось лечение движением, и упор делали на использование различных, вновь разрабатываемых устройств, спортивных снарядов и механотерапевтических аппаратов.
В первой половине двадцатого столетия лечебно-реабилитационное направление с использованием различных устройств коснулось многих патологических состояний, в том числе локализующихся в области лицевого отдела головы. С целью профилактики осложнений развивающихся вследствие травматических повреждений Lambotte (1913) и Anderson (1936), разработали и внедрили в клиническую практику внеочаговой способ фиксации костных отломков трубчатых костей. Положительные результаты, вдохновили Bercher, Ginestet (1934), Clouston Walker (1943), Mac-Gredor, Fickling (1943) Perm Brown (1943), В.Ф. Рудько (1955), Ю.И. Вернадского (1956, 1957), В.П. Панчоху (1957), Я.М. Збаржа (1957), В.М. Уварову (1958) и других использовать данный принцип для лечения осложненных переломов нижней челюсти. Наиболее эффективно данный метод подходил пациентам с полным отсутствием зубов на верхней и нижней челюсти, а так же при наличии костных дефектов в проекции тела нижней челюсти. Со времен создания первого аппарата и по настоящее время используется несколько внеротовых устройств вышеотмеченных авторов, либо их различные модификации. Все предложенные устройства имеют внутрикостные либо накостные фиксаторы, которые закреплены между собой системой балок, штанг, соединительных муфт или стержней в одной плоскости [Жидовинов А.В. Лечение и реабилитация пациентов с объемными дефектами нижней челюсти// Клиническая стоматология. - 2016. - №2. (78). С. 63-66]. Наиболее близким по технической сущности является внеротовой аппарат для анатомического позиционирования фрагментов челюстных костей (патент на изобретение RUS 2599688 13.08.2015), который использован в качестве прототипа [Внеротовое устройство для анатомического позиционирования фрагментов челюстных костей / А.А. Слетов [и др.] // Патент на изобретение RUS 2599688 13.08.2015].
Устройство прототипа состоит из направляющей дуги, спиц, разборных кронштейнов с силиконовыми уплотнителями.
Направляющая дуга состоит из двух разборных и подвижных сегментов фиксированных между собой болтами. Дуга имитирует форму изгибов нижнечелюстной кости в горизонтальной плоскости.
Спица в виде полой трубки с косым срезом на конце, что необходимо для ее введение в костную ткань и транспортировки через нее лекарственных препаратов.
Разборные кронштейны являются фиксирующими элементами, которые позволяют собрать в единое целое все устройство и интегрировать его с патологически измененной нижнечелюстной костью.
После прокола покровных тканей, бормашиной выполняется перфорационное отверстие наружной кортикальной пластинки, через которое в толщу губчатой кости вводится спица в заранее запланированном участке. После установки спиц перпендикулярно к вертикальной плоскости тел и ветвей нижней челюсти с одной и другой стороны, на них наживляются разборные кронштейны, в которые устанавливается направляющая дуга с каждой стороны, и фиксируются между собой двумя винтами в оптимальное анатомическое положение.
Преимущества прототипа.
Устройство позволяет удерживать дистальные костные фрагменты, при наличии дефектов нижнечелюстной кости не более двух сегментов, купировать явления локального воспаления в мягких тканях, за счет радикального иссечения инфицированных костных структур.
Прототип имеет следующие недостатки.
При удалении более полутора сегментов нижней челюсти, устройство прототипа фиксирует фрагменты челюстей в одной плоскости, при этом испытывает запредельные нагрузки, прикладываемые через рычаги костные фрагменты, несоразмерные по своей длине, что не обеспечивает долгосрочной стабильной фиксации всех сопряженных элементов. Разновекторное движение жевательной мускулатуры в активной фазе эксплуатации устройства способствует дестабилизации спиц установленных в костные фрагменты. Микро экскурсии на границе резьбового участка спицы с костной тканью возникают вследствие не равномерно прикладываемых сил передающихся на данное сочленение. Равномерное приложение сил не возможно в виду не симметричной установки и фиксации спиц по периферии от костного дефекта. Кроме того скорость деминерализации в местах установки спиц во многом зависит от близости их расположения к границе костного дефекта. Микроэкскурсии нарастают по мере роста противостояния силам костно-мышечных рычагов. Устранение данной проблемы достигается за счет установки дополнительных, либо перестановки в иное место ранее установленных спиц, что не всегда возможно ввиду дефицита костной ткани. Установлено, что устройство эффективно работает в одной плоскости. Эксплуатацияего у пациентов с дефектами анатомических структур характеризующихся сохраненной многовекторной направленностью движений некорректна. Ситуация усложняется, тем, что функциональная активность мышц лишенных костной опоры имеет выраженные морфологические нарушения вследствие длительного инфицирования и воспалительной инфильтрации с нарушением микроэлементного обмена, обусловленного химиотерапией. Вышеуказанные недостатки прототипа неизбежно приводят к его функциональной нестабильности и утрате. Отсутствие жесткой фиксации костных фрагментов в анатомически правильном положении способствует развитию целого ряда осложнений, что требует проведения дополнительных комплексных мероприятий для устранения негативных последствий его эксплуатации.
Реабилитация пациентов с объемными костными дефектами нижней челюсти развивающихся на фоне осложненного течения основного заболевания нуждается в существенной доработке конструкции прототипа. Анализ причинно-следственных связей характеризуется необходимостью многофакторного подхода и комплексного решения описанных недостатков.
Предложенные и используемые устройства не позволяют обеспечить надежной фиксации костных фрагментов, что провоцирует развитие осложнений, удлиняет сроки реабилитации, требует дополнительных затрат для их устранения.
Поставлена задача: разработать устройство для стабильной и длительной фиксации костных фрагментов, позволяющее сохранить или восстановить биомеханику зубочелюстной системы после образования субтотального дефекта нижней челюсти.
Поставленная задача решена путем моделирования и изготовления устройства по данным мультиспиральной компьютерной томографии с предварительным планированием индивидуального виртуального прототипа.
Устройство, оптимизирующее биомеханику нижней челюсти с субтотальным дефектом (фиг. 1) представлено:
- верхней направляющей дугой (1), далее дуга I (фиг. 2);
- нижней направляющей дугой (2), далее дуга II (фиг. 3);
- набором спиц (3), (фиг. 4);
- тремя различными типами разборных кронштейнов, далее кронштейн I (4), (фиг. 5), кронштейн II (5), (фиг. 6), кронштейн III (6), (фиг. 7);
- вертикальных балок с разнонаправленной резьбой на концах (7) (фиг. 8). Дуга I (фиг. 2), повторят наружные границы нижней челюсти (подбородочного сегмента - 8, углов - 9, ветвей нижней челюсти справа и слева - 10 с вертикальным продолжением в проекцию полулунных вырезок нижней челюсти). На этапе установки дуга I располагается параллельно и кпереди горизонтальной плоскости нижней челюсти на 1-1,5 сантиметра от кожных покровов.
Дуга II (фиг. 3), повторяет нижний край подбородочного сегмента (11) и тела нижней челюсти справа и слева (12). На этапе установки дуга II располагается параллельно и под нижним краем нижней челюсти с фиксацией ее на 1-1,5 сантиметра ниже поверхности кожи.
Спицы (фиг. 4) для фиксации дуги I ввинчиваются в толщу костной ткани в горизонтальной плоскости через проколы кожи. Проколы осуществляются за счет трехгранной заточки (13) расположенной на конце спицы. Введение и фиксация спицы (3) в кости осуществляется по средствам резьбы (14) и разъема (15) для торцевого ключа.
Спица (3) для фиксации дуги II (2) ввинчиваются в толщу костной ткани в вертикальной плоскости через проколы кожи в проекции нижнего края тела нижней челюсти справа и слева.
При необходимости, для достижения оптимального соотношения дуги I и дуги II со спицами, последние могут изгибаться.
Разборный кронштейн I (фиг. 5) состоит из наружного (16) фрагмента и внутреннего (17) фрагмента. Наружный фрагмент (16) разборного кронштейна I в верхней части имеет два взаимно перпендикулярных технологических отверстия. Горизонтальное технологическое отверстие (18) диаметром 3 мм для проведения спицы (3). Вертикальное технологическое отверстие (19), диаметром 1,8 миллиметра предназначено для резьбового фиксатора (20) спицы (3). Через горизонтальное технологическое отверстие (18) наружный фрагмент (16) разборного кронштейна I нанизывается на спицу (3).
Наружный фрагмент (16) разборного кронштейна I в нижней части имеет горизонтальное технологическое отверстие (21), диаметром 6 мм с шагом внутренней резьбы 0,5 мм для фиксации через технологическое отверстие (22) внутреннего фрагмента (17) разборного кронштейна I с помощь болта (23).
На внутренней поверхности наружного фрагмента (16) и внутреннего фрагмента (17) разборного кронштейна I сформирована воспринимающая поверхность (24) для фиксации дуги I и дуги П.
Разборный кронштейн II (фиг. 6) состоит из наружного фрагмента (25) и внутреннего фрагмента (26). Наружный фрагмент (25) разборного кронштейна
II в верхней части имеет технологическое отверстие (27) располагающееся под углом 30° к продольной оси и содержит внутреннюю резьбу, для введения вертикальной балки с разнонаправленной резьбой на концах (7). Наружный фрагмент (25) разборного кронштейна II в нижней части имеет горизонтальное технологическое отверстие (28), диаметром 6 мм с шагом внутренней резьбы 0,5 мм для фиксации с внутренним фрагментом (26) через технологическое отверстие (29) разборного кронштейна II с помощь болта (30).
На внутренней поверхности наружного фрагмента (25) и внутреннего фрагмента (26) разборного кронштейна II сформирована воспринимающая поверхность (31) для фиксации направляющей дуги I (1).
Разборный кронштейн III (фиг. 7) состоит из наружного фрагмента (32) и внутреннего фрагмента (33). Наружный фрагмент (32) разборного кронштейна III в верхней части имеет технологическое отверстие (34) под углом 30° с внутренней резьбой, для введения вертикальной балки с разнонаправленной резьбой на концах (7). Наружный фрагмент (32) разборного кронштейна III в нижней части имеет горизонтальное технологическое отверстие (35), диаметром 6 мм с внутренней резьбой шагом 0,5 мм для фиксации с внутренним фрагментом (33) разборного кронштейна III через технологическое отверстие (36) с помощь болта (37).
На внутренней поверхности наружного фрагмента (32) и внутреннего фрагмента (33) разборного кронштейна III между верхней и нижней частью сформирована воспринимающая поверхность (38) для фиксации дуги II.
После установки спиц на них фиксируются кронштейны I, в которые устанавливаются и фиксируются дуги I (1) и II (2).
На боковые поверхности дуги I (1) справа и слева фиксируется кронштейн II (5), технологическое отверстие с углом 30° с внутренней резьбой располагается кнаружи.
На боковые поверхности дуги II (2) справа и слева фиксируются кронштейны III (6), технологическое отверстие с углом 30° с внутренней резьбой располагается кнаружи.
Кронштейны II (5) и III (6) фиксируются между собой в одной плоскости вертикальными балками с разнонаправленной резьбой на концах (7), (фиг. 8). Кронштейны II (5) и III (6) фиксированы не жестко до момента окончательной адаптации вертикальных балок с разнонаправленной резьбой на концах (7).
После ввинчивания в кронштейны II (5) и III (6) вертикальных балок с разнонаправленной резьбой на концах (7) достигается стабильность и определенная жесткость всей конструкции, за счет созданного внешнего каркаса и пространственного объема.
За счет наличия в центральной части балки с разнонаправленной резьбой на концах располагается муфта (39) с перфорационным отверстием (40) для универсального ключа с левой резьбой в верхней части (41) и правой резьбой в нижней части (42) с шагом 1 мм. Подвижные рычаги, представленные вертикальными балками с разнонаправленной резьбой на концах, позволяют изменять уровень взаимного расположения костных фрагментов, что зависит от высоты и объема полученного дефицита костной ткани.
После проверки технического соответствия конструкции ранее составленному виртуальному плану производится окончательная жесткая фиксация всех элементов устройства с помощью универсального ключа.
Описанное устройство позволяет адаптировать и жестко фиксировать костные фрагменты, что способствует сохранению движений нижней челюсти в полном объеме. Данная конструкция позволяет свести к минимуму функциональные нарушения двигательной активности жевательной мускулатуры.
Технический результат, достигаемый заявляемым устройством -стабильная фиксация костных фрагментов располагающихся по периферии от субтотального дефекта нижней челюсти. Оптимальное соотношение костных фрагментов достигается за счет имитации утраченного костного фрагмента экстраоссальным устройством, которое позволят регулировать уровень их соотношения в плоскости. Восстановление двигательной активности возможно в полном объеме за счет стабильной фиксации конструкционных элементов и сохраненных костных фрагментов.
Сравнительный анализ заявляемого устройства характеризуется наличием принципиально отличных конструкторских решений и конструкционных элементов, представленных двумя направляющими дугами отличающихся формой и размерами; трех различных по размеру, и конструктивному назначению разборных кронштейнов; вертикальных балок с разнонаправленной резьбой, сочетанное использование которых обеспечивает необходимый технический результат и принципиально иной механизм работы всего устройства.
Клинический пример конкретного использования заявляемого устройства.
В апреле 2016 года в отделение нейрохирургии ГБУЗ СК «СККБ» обратилась пациентка В., 1955 г. рождения. На момент обращения предъявляла жалобы: на диффузные боли в области нижней челюсти с иррадиацией по ходу II и III ветвей V пары черепно-мозговых нервов больше справа, носящих невыносимый характер, не купируемых ненаркотическими анальгетиками. На общую слабость, на наличие дефекта слизистой в преддверии полости рта и оголение кости нижней челюсти, на гноетечение через свищевой ход в полости рта.
Из анамнеза установлено, что пациентка около пяти лет назад, находилась на комбинированном лечении в краевом онкологическом диспансере. Проведена секторальная резекция правой молочной железы с несколькими курсами Золендроновой кислоты по общепринятой схеме. Результаты диспансерного наблюдения по основному заболеванию в течение четырех лет характеризуются положительной динамикой.
Со слов пациентки, около года назад, врачом стоматологом после без успешного терапевтического лечения жевательного зуба на нижней челюсти слева, выполнено его удаление. После удаления зуба, лунка длительное время не закрылась, на фоне оголения костной ткани появилось гноетечение из лунки. В течение пяти месяцев, пациенту трижды выполнялась периостотомия, облегчение имело кратковременный характер, пациент отмечает прогрессирующее оголение костной ткани после каждого хирургического вмешательства.
При поступлении в отделение, пациенту проведено общеклиническое обследование, выполнена мультиспиральная компьютерная томография с трехмерной реконструкцией, проведен курс противовоспалительной, нейротропной, общеукрепляющей терапии.
По данным мультиспиральной компьютерной томографии выявлен очаг деструкции костной ткани в проекции отсутствующих зубов нижней челюсти слева. Деструкция костной ткани в проекции тела нижней челюсти слева, с сохранением целостности тончайшего компактного слоя по нижнему краю тела нижней челюсти на участке длиною 7 сантиметров. Наличием объемных секвестральных полостей содержащих костные фрагменты с изъеденными краями и отсутствием замыкательной пластинки по периферии. С учетом полученного негативного результата лечения у 12 пациентов с аппаратом другой конструкции и представленной клинико-рентгенологической картиной пациента В., с профилактической и лечебной целью по данным виртуального моделирования изготовлено устройство заявляемой конструкции.
В плановом порядке с учетом выраженного болевого синдрома под эндотрахеальным наркозом, с учетом данных виртуального моделирования, полученных с использованием мультиспиральной компьютерной томографии нижней челюсти проведена разметка точек для установки спиц. Чрескожно с соблюдением максимальной параллельности установлены по три спицы в горизонтальной плоскости в тела и ветви нижней челюсти дистальнее границ планируемого субтотального дефекта нижней челюсти, к которым фиксированы наружные фрагменты разборных кронштейнов. Чрескожно с соблюдением параллельности установлено по две спицы в нижний край тел нижней челюсти дистальнее границ планируемого субтотального дефекта нижней челюсти. На установленные спицы фиксированы разборные кронштейны I. В пазы на внутренней поверхности наружных фрагментов разборных кронштейнов I установлена дуга I и фиксирована внутренним фрагментом кронштейна с болтом. Аналогичная манипуляция выполнена с дугой II и разборными кронштейнами I.
После установки спиц и фиксации разборных кронштейнов I, в средней трети боковой поверхности дуги I фиксирован разборный кронштейн II. В средней трети дуги II фиксирован разборный кронштейн III. Кронштейны II и III фиксированы между собой вертикальными балками с разнонаправленной резьбой на концах.
После достижения первичной стабильности установленных узлов устройства, проведена резекция патологического фрагмента нижней челюсти в границах здоровых тканей. Удаление патологически измененных фрагментов сопровождается проведением нагрузочных проб, с целью определения характера фиксации и сбалансированности движений дистальных фрагментов нижней челюсти.
После фиксации всех узлов проведена оценка функциональной активности устройства в целом, без динамической нагрузки. Выявленные недостатки в отдельных узлах устройства скорректированы. Устройство жестко фиксировано во всех сопряженных узлах. Проведены нагрузочные пробы в трансверзальной, сагитальной, фронтальной, медиадистальной и диагональных плоскостях, каждого узла в отдельности, и устройства в целом.
В ходе проведенного хирургического лечения получен положительный клинический результат, достигнуто максимальное анатомо-топографическое соотношение сохраненных костных фрагментов и их оптимальная двигательная активность. Проведена асептическая обработка операционных ран, пациент переведен в отделение. В раннем послеоперационном периоде пациент отмечает улучшение общего состояния, уменьшение гноетечения и значительное снижения болевого синдрома.
Проведенное лечение способствовало купированию локальных клинических симптомов в короткие сроки. Значительное улучшение наступало через 6 месяцев, что позволило выполнить замещение субтотального дефекта титановой пластиной. Заявляемое устройство использовано у 7 пациентов, у всех с положительным результатом.