Способ изготовления аддитивных персонализированных имплантатов для реконструктивных операций на костях свода черепа у детей
METHOD FOR MANUFACTURING ADDITIVE PERSONALISED IMPLANTS FOR RECONSTRUCTIVE SURGERY ON THE CALVARIAL BONES IN CHILDREN

Изобретение относится к медицине, а именно к детской нейрохирургии, и предназначено для изготовления аддитивных персонализированных имплантатов для реконструктивных операций на костях свода черепа при врожденных пороках развития и последствиях травматических повреждений.
Краниосиностоз - это преждевременное закрытие швов свода черепа, ведущий к деформации черепной коробки и уменьшению ее объема в процессе роста ребенка. Частота встречаемости краниосиностозов 1 на 2000-2500 новорожденных (Elarjani Τ et al, Bibliometric analysis of the top 100 most cited articles on craniosynostosis, Child's Nerv Syst, 2020; (February). Данный врожденный порок развития (ВПР) является актуальной темой в детской нейрохирургии ввиду сложности и разнообразия синдрома. Преждевременное закрытие одного или нескольких швов приводит к косметическим деформациям, повышению внутричерепного давления, различным психоневрологическим осложнениям (Gault DT et al, Intracranial pressure and intracranial volume in children with craniosynostosis. Plast Reconstr Surg. 1992; 90(3), p.377-381). Для замещения и фиксации костных лоскутов при пластиках, применяют рассасывающиеся или не рассасывающиеся краниофиксирующие материалы, такие как: титан, полимолочная кислота (Poly-lactid-acid, PLA), полигликолид (Poly-glycolic-acid, PGA), метилметакрилат и др. (Salokorpi N et al, Frontal cranial modeling using endocranial resorbable plate fixation in 27 consecutive plagiocephaly and trigonocephaly patients, Child's Nerv Syst, 2015; 31(7), p.1121-1128; Serlo WS et al, Effective correction of frontal cranial deformities using biodegradable fixation on the inner surface of the cranial bones during infancy, Child's Nerv Syst, 2007; 23(12), p.1439-1445; Winston KRet al, Cranial bone fixation: Review of the literature and description of a new procedure, J Neurosurg, 2003; 99(3), p.484-488; Zanotti В et al, Cranioplasty: Review of materials, J Craniofac Surg. 2016; 27(8), p.2061-2072).
Так, в уровне техники, в патенте на полезную модель (RU 195801 U1 опубл. 02.05.2020 г.) описан каркас индивидуальный для исправления дефектов мозгового и лицевого отделов скелета головы. Каркас индивидуальный для исправления дефекта челюсти, характеризующийся тем, что он выполнен на основании исследования ротовой полости с использованием компьютерной томографии с возможностью отделения мягких тканей от костных структур, путем последующего моделирования индивидуального каркаса с выделением мест будущего размещения фиксирующих винтов, а также отверстий для внесения костного материала внутрь каркаса и, с учетом анатомических особенностей черепа пациента, по итогам вышеизложенного исследования каркас формируют из титанового порошка методом лазерного спекания. Недостатком этого изобретения является то, что материал выполнен из титана - металлическая, жесткая конструкции, которая при дальнейшем росте черепа ребенка, деформируют его, ввиду ригидности. Данный тип материала требует повторного оперативного вмешательства, для удаления конструкции после регенерации костной ткани. Повторная операция удлиняет процесс реабилитации пациента и является дополнительным риском его здоровью. Также материал производится вне учреждения, что требует дополнительного времени на его производство и доставку в медицинское учреждение. Полученный имплантат невозможно модифицировать или исправить в срок госпитализации пациента.
Так как кости свода черепа не несут нагрузку, сопоставимую с длинными трубчатыми костями конечностей, то жесткость материала не играет основную роль, в случае пластических операций на костях свода черепа ребенка, первого года жизни, не целесообразно. Так же металлические конструкции должны быть извлечены и требует повторной операции для их удаления, либо приводят к металлозу, воспалительным процессам со стороны тканей организма хозяина, миграции и деформации черепа (Ayyala HS et al, Intracranial Migration of Hardware 16 Years Following Craniosynostosis Repair, Eplasty, 2018). Таким образом, применение биодеградируемых материалов исключает необходимость повторной операции и сводит к минимуму осложнения, связанные с применением металлов (Serlo WS et al, Effective correction of frontal cranial deformities using biodegradable fixation on the inner surface of the cranial bones during infancy, Child's Nerv Syst, 2007; 23(12), p.1439-1445; Pawar RP et al, Biomedical applications of poly(lactic acid). Rec Pat Regen Med. 2014; 4(1), p.40-51).
PLA один из ведущих, органических, биодеградируемых материалов в медицине. Его применение зарекомендовало себя во многих направлениях специализированного лечения: челюстно-лицевая хирургия, стоматология, травматология, нейрохирургия, биоинженерия и т.д. (Tyler В et al, Polylactic acid (PLA) controlled delivery carriers for biomedical applications. Adv Drug Deliv Rev. 2016; 107, p.163-175) PLA имеет множество сертификатов соответствия и разрешен к применению на человеке. В нейрохирургической практике материалы на основе полимолочной кислоты и ее сополимеров применяют для создания пластин и винтов с целью фиксации костных отломков, либо создания прочного каркаса на месте дефекта до замещения собственной костью. В случае краниосиностозов, материал используется для ремоделирования костей свода черепа и фиксации, в скорректированном положении, костных лоскутов, до полного их сращения. При этом устраняется косметический дефект и сохраняется прочный костный каркас (Munoz-Casado MJ et al, Bioabsorbable osteofixation devices in craniosynostosis, Clinical experience in 216 cases, Neurocirugia, 2009; 20(3), p.255-261)
PLA - это мономеры молочной кислоты, которые составляют его полимерную основу.
Изготавливают материал из диоксида карбона, пшеницы, кукурузы, риса. В зависимости от структуры цепи PLA может деградировать in vivo от 12 месяцев до 5 лет и является низкоиммуногенным материалом (DeStefano V et al, Applications of PLA in modern medicine. Eng Regen. 2020; 1 (August), p.76-87). Физико-химические характеристики (температура плавления при 180-220°С) полимолочной кислоты позволяют изготавливать трехмерные печатные модели на принтере методом послойного наплавления (used deposition modeling, FDM). Широкая доступность, простота использования и низкая стоимость 3D печати, одно из перспективных направлений в медицине. Технология позволяет разрабатывать индивидуальные имплантататы и устройства, основываясь на вариабельности патологии пациента. Так George Ζ. Cheng et. al. продемонстрировали персонализированный имплантат верхних дыхательных путей (трахеи и ее бифуркации) напечатанный на 3D принтере с учетом индивидуальный особенностей дыхательных путей пациента, смоделированных с учетом проведенной компьютерной томографии. Авторы указывают на меньшую стоимость имплантатата и возможность вносить изменения в конструкцию до его полного сходства с анатомическим аналогом (быстрое прототипирование).
Так, в уровне техники известен такой вариант фиксирующих устройств для костей черепа (Wood RJ et al, New resorbable plate and screw system in pediatric craniofacial surgery, J Craniofac Surg, 2012; 23(3), р.845-849». В этом источнике информации имплантат представляет собой комбинацию биодеградируемого материала poly-L-lactic acid 50% и 50% его D-изомера, плотной заливки. Данные биодеградируемые пластины являются массовым производством без учета индивидуальных особенностей пациента. Имеют некоторое количество представленных стандартных моделей пластин и шурупов. Как и в предыдущем варианте, основным недостатком данного технического решения является производство материала вне учреждения, его стоимость и невозможность вносить корректировки в конструкцию. В отличие от предыдущей модели, данный материал является универсальным для всех пациентов, без учета индивидуальных особенностей вариабельности патологии пациента. Материал не имеет пористой структуры, что удлиняет процесс его биодеградации и интеграции с местными тканями.
Вышеуказанные материалы изготавливаются сторонними организациями и имеют высокую стоимость готовой продукции, а закупка расходных материалов, как в случае со стандартными пластинами и винтами, государственным лечебным учреждением требуется пройти длинный путь от подачи тендера до закупки материала, что сказывается на времени и постоянном наличии изделия на складе.
В условиях экономического кризиса, развивающие страны оптимизируют и сокращают свои расходы в разных секторах экономики. Медицинский сектор так же подвергается сокращению бюджета. Учитывая данные условия и имеющиеся проблемы в покрытии затрат медицинских учреждений на закупку дорогостоящих медицинских имплантатов, требуются технологичные подходы к решению данной проблемы (Cheng GZ et al, 3D Printing and Personalized Airway Stents, Pulm Ther, 2017; 3(1), p.59-66; Casado MJ et al, Bioabsorbable osteofixation devices in craniosynostosis, Clinical experience in 216 cases, Neurocirugia, 2009; 20(3), p.255-261).
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ, раскрытый у Tan ETW et al, The feasibility of producing patient-specific acrylic cranioplasty implants with a low-cost 3D printer. J Neurosurg. 2016; 124(5), p1531-1537), принятый нами за прототип. Способ изготовления аддитивных персонализированных имплантатов для реконструктивных операций на костях свода черепа у детей включает проведение МСКТ-исследования черепа и перенос полученных данных в формате .DICOM в программу 3D Sliser с целью выделения костной структуры от остальных тканей на снимке, с созданием в CAD-программе MeshMixer цифровых моделей черепа пациента и необходимых для проведения краниопластики персонализированных имплантатов в формате .stl, создание на основании полученных данных персонализированных имплантатов с использованием технологии 3D печати и их стерилизацию. В слайсер-программе 3d принтера печатаются обе модели и дефекта, и модель слепка. Модель слепка заливается заранее замешанным костным акриловым цементом далее шпателем формировался слепок и выжидается затвердение цемента.
Однако стоит отметить, что описываемый в известном патенте процесс связан с заливкой цемента по слепку, при таком способе сложно оценить однородность внутренней поверхности материала. Так же процесс печати аддитивных стереолитографических моделей требует времени, авторы ссылаются на 39 часов производства, без учета формирования цифровой модели, что так же влияет на быстроту внесения правок в конечный имплантатат. Материал, используемый в известном прототипе, не биодеградируемый, что невозможно применить у детей от рождения до 5 лет.
Таким образом, существует потребность в способе изготовления аддитивных персонализированных имплантатов для реконструктивных операций на костях свода черепа у детей, лишенном вышеуказанных недостатков.
Современные достижения в области 3D печати и удешевление технологии, позволяют производить медицинские изделия с их применением у пациентов с редкими патологиями, как, например, краниосиностозы у детей. Согласно статье 38 пункт 5 Федерального закона "Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации" от 21.11.2011 Ν 323-ФЗ (последняя редакция) «медицинские изделия, которые изготовлены по индивидуальным заказам пациентов, к которым предъявляются специальные требования по назначению медицинских работников и которые предназначены исключительно для личного использования конкретным пациентом, а также медицинские изделия, которые предназначены для использования на территории международного медицинского кластера или на территориях инновационных научно-технологических центров. На указанные медицинские изделия не распространяются положения части 3 настоящей статьи, предусматривающие разработку производителем (изготовителем) медицинского изделия технической и (или) эксплуатационной документации».
Таким образом, применение новых технологий позволит:
- сократить расходы учреждения на закупку дорогостоящего материала,
- персонализировать подход к пациенту с травматическими и нетравматическими повреждениями костей свода черепа.
- создавать биодеградируемые индивидуальные имплантаты, отвечающие всем требованиям современной медицины.
Из вышесказанного следует, что техническим результатом предлагаемого способа является повышение эффективности реконструктивных операций на костях свода черепа за счет создания безопасного, простого в использовании, биосовместимого, биодеградируемого индивидуального имплантата, полученного с применением аддитивного производства, на базе специализированного стационара, в непосредственной близости от операционной. Использование предлагаемого изобретения способствует ускорению консолидации, снижает риск развития осложнений, и, как следствие, приводит к более быстрому восстановлению целостности костей свода черепа без их деформации.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в известном способе изготовления аддитивных персонализированных имплантатов для реконструктивных операций на костях свода черепа у детей, включающий проведение МСКТ-исследования черепа и перенос полученных данных в формате .dicom в программу 3D Slicer с целью выделения костной структуры от остальных тканей на снимке, с созданием цифровой модели черепа пациента, создании модели необходимых для проведения краниопластики персонализированных имплантатов в формате .stl в CAD-программе и переноса .stl файла в слайсер-программу для печати персонализированных имплантатов с использованием технологии FDM и их стерилизацию, предлагается предварительно формировать шаблоны цифровых моделей фиксирующих элементов для персонализированных имплантатов длиной 4-6 мм без учета головки, диаметром 2-4 мм, с диаметром головки 3-6 мм, при этом моделируют головку фиксирующего элемента таким образом, чтобы она не выступала над поверхностью имплантата более чем на 0,5 мм; при создании цифровых моделей персонализированных имплантатов толщиной 0,5-2,5 мм формируют отверстия под фиксирующие элементы, причем диаметр сечения фиксирующего элемента по отношению к диаметру отверстия в имплантате должен быть меньше на 0,1-0,3 мм; полученные данные в формате .stl, направляют в программу для преобразования трехмерных моделей в G-код с их последующей печатью с толщиной слоя 0,1-0,2 мм при температуре 200-260°С на 3D-принтере послойного наплавления, при этом в качестве материала для персонализированных имплантатов и фиксирующих элементов используют PLA-пластик, имплантаты изготавливают в двойном комплекте, стерилизацию полученных персонализированных имплантатов осуществляют при помощи низкотемпературной плазменной стерилизационной системы при температурах ниже 50°С.
На фиг.1 цифровая модель черепа пациента в формате .stl, перенесенная из программы 3D Slicer в программу FreeCAD.
На фиг.2 модель персонализированного имплантата, расположенная на проекции костей свода черепа ребенка с нетравматическим повреждением костей свода черепа (краниосиностоз), 1 - модель сконструированной индивидуальной пластины с заданными параметрами, не выходящими за рамки настоящего изобретения, 2 - цифровая модель костей свода черепа ребенка со скафоцефалией.
На фиг.3 модель персонализированного имплантата с заданными параметрами. 1 - модель сконструированной индивидуальной пластины с заданными параметрами, не выходящими за рамки настоящего изобретения, 3 - отверстие в пластине, смоделированное таким образом, чтобы отношение резьбы винта к отверстиям в пластине было меньше на 0,1-0,3 мм с каждой стороны, так, чтобы винт свободно входил и выходил из пластины или с небольшим усилием, не деформирующим резьбу винта.
На фиг.4 цифровая модель фиксирующих элементов (в данном случае, винтов), .stl-файл которых загружен в слайсер-программу Cura, и предварительно нарезан на слои. 4 - проекция стола 3D принтера, 5 - предварительно нарезанные на слои модели винтов, с заданными параметрами, не выходящими за рамки настоящего изобретения.
На фиг.5 персонализированные имплантаты, произведенные на 3D принтере, 6 - произведенная на принтере индивидуальная пластина с заданными параметрами, не выходящими за рамки настоящего изобретения, 7 - отверстие в пластине, сформированное согласно модели таким образом, чтобы отношение резьбы винта к отверстиям в пластине было меньше на 0,1-0,3 мм с каждой стороны, так, чтобы винт свободно входил и выходил из пластины или с небольшим усилием, не деформирующим резьбу винта, 8 - кайма, сформированная 3D принтером вокруг индивидуального имплантата для фиксации, последнего, на столе 3D принтера, 9 - стол 3D принтера.
На фиг.6 модель персонализированного имплантата с заданными параметрами, смоделированная в CAD-программе, и персонализированный имплантат, произведенный на 3D принтере, 1 - смоделированная индивидуальная пластина с заданными параметрами, не выходящими за рамки настоящего изобретения, 3 - отверстие в пластине, 6 - произведенный на 3D принтере готовый персонализированный имплантат, 10 - линия перелома.
Способ осуществляют следующим образом.
На первом этапе осуществления способа изготовления осуществляют создание цифровой модели костей свода черепа пациента и создание модели персонализированных имплантатов и шаблонов фиксирующих элементов. Подбор пациентов под оперативное вмешательство по поводу краниосиностозов должно быть осуществлено согласно международным и отечественным рекомендациям по стандартной методике, указанной в рекомендациях и не противоречащей им. В догоспитальный этап входит проведение МСКТ исследования или эквивалентный исследованию метод построения 3D модели черепа пациента. Итак, на первом этапе:
1) После проведенного МСКТ исследования, полученные снимки в формате .dicom переносят в программу 3D Slicer, с целью выделения костной структуры от остальных тканей на снимке. После, полученную модель черепа экспортируют в .stl формат и загружают в программу для создания цифровых моделей (мы использовали программу FreeCAD) (Фиг. 1);
2) Или эквивалентный МСКТ исследованию метод построения 3D модели черепа при помощи 3D сканера, с целью получения цифровой модели черепа для загрузки в программу FreeCAD.
3) В программе FreeCAD (Фиг. 2, Фиг. 3) на цифровую модель черепа пациента (2), с учетом индивидуальных особенностей и поставленных хирургом задач, создают необходимые индивидуальные типы моделей имплантатов (1) толщиной 0,5-2,5 мм, формируют отверстия (3) под фиксирующие элементы (Фиг. 3), причем диаметр сечения фиксирующего элемента по отношению к диаметру отверстия в имплантате должен быть меньше на 0,1-0,3 мм для исключения риска деформации резьбы фиксирующего элемента. Различные цифровые модели фиксирующих элементов (5) для этих имплантатов удобно создать предварительно в соответствии с шаблонными параметрами: длиной 4-6 мм, диаметром 2-4 мм, с диаметром головки 3-6 мм, при этом моделируют головку фиксирующего элемента таким образом, чтобы она не выступала над поверхностью имплантата более чем на 0,5 мм для исключения риска прорезывания кожи пациента головкой фиксирующего элемента (Фиг. 4);
На втором этапе, в зависимости от необходимого количества, для проведения безопасного оперативного вмешательства, выгружаемые в 3D принтер цифровые модели печатаются в двух экземплярах.
Биодеградируемые имплантаты и фиксирующие элементы для них представляют собой материал на основе полимолочной кислоты (PLA-пластик), который, проходя через экструдер 3D принтера, послойно формируется и кристаллизуется, образуя готовый полимерный продукт (Фиг. 5).
Для осуществления дальнейшей печати имплантатов применяют 3D принтер модели послойного наплавления (used deposition modeling, FDM). Используют слайсер программу, задающая 3D принтеру команды направления хода печати. Полученные цифровые модели экспортируют в формате .stl и загружают в слайсер-программу для 3D печати (мы использовали программу Cura - слайсер для аддитивного производства) (Фиг. 3, Фиг. 4). Далее качество полученного изделия на прямую зависят от диаметра сопла принтера, толщины слоя и стенок, заполнения материалом, типа заполнения материалом, скорости печати и проценту выдавливания материала через экструдер принтера. Оптимально выбрать печать при температуре 200-260°С с толщиной слоя печати 0,1-0,2 мм. Режим температуры плавления PLA-пластика, указанный на упаковке, обычно составляет 190-220°С (при стандартном сопле печатной головки принтера в 0,4 мм), но в действительности для печати имплантатов имеет смысл задействовать и температурный режим от 220 до 240°С, а для печати тонких имплантатов и фиксирующих элементов небольшого размера требуется применение сопла печатающей головки меньшего диаметра (0,3 и 0,2 мм) для их лучшего слайсинга при толщине слоя 0,1-0,15 мм. Данные условия требуют более высокий (240-260°С) диапазон температуры нагрева сопла печатающей головки принтера для продавливания пластика через более узкое, в сравнении со стандартным, отверстие.
Печать имплантатов предполагает однородность структуры и визуальную совместимость полученной модели с цифровой моделью полученного имплантата (Фиг. 5, 6).
С целью уменьшения процента выбраковки, полученные модели изготавливают в количестве один, для проверки работы принтера и заданных параметров печати. Далее, при однородности структуры и соответствии с цифровой моделью печатается необходимое количество с запасом (в двух экземплярах) для безопасного осуществления оперативного вмешательства.
На третьем этапе осуществляют стерилизацию полученных имплантатов и фиксирующих элементов следующим образом: имплантаты упаковывают в бумагу для стерилизации, учитывая их длину и ширину. На каждую длину и ширину отдельный конверт. Фиксирующие элементы упаковывают, учитывая длину и ширину. На каждую длину и ширину отдельный конверт. Стерилизацию осуществляют при помощи низкотемпературной плазменной стерилизационной системы (мы использовали систему Sterrad) при температурах 47-50°С с выдержкой от 51 до 72 мин, так как именно в этом температурном диапазоне стерилизация является эффективной без нарушения структуры имплантатов и фиксирующих элементов.
Так, вышеуказанное подтверждено отчетом по оценке эффективности плазменной стерилизации в указанном диапазоне, предоставленным лабораторией биомедицинских методов исследования отдела экспериментальных и клинических исследований МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского. Исследования проводились на протяжении двух недель. В лабораторию было доставлено по 4 образца имплантатов и фиксирующих элементов, помещенные каждый в отдельный пакет Tyvek для плазменной стерилизации с индикацией «простерилизовано». Испытания проводились в соответствии с нормативными документами. Все работы проводились в ламинарном боксе в тиогликолевой среде, бульоне Сабуро, с контрольным высевом на чашки Петри с мясо-пептонным бульоном. Анализ высевов материала из всех образцов роста не дал, что свидетельствует о стерильности изучаемых объектов.
Применение биодеградируемых индивидуальных имплантатов, полученных согласно предлагаемому способу, осуществляется специалистами в лечении детей с травматическими и нетравматическими повреждениями костей свода черепа. Патология предполагает широкую пластику свода черепа с выкраиванием костных лоскутов и формированием нового каркаса на основе собственной кости с фиксацией имплантатами и фиксирующими элементами друг к другу. Такое использование может быть осуществлено следующим образом:
- Параметры фиксирующих элементов для фиксации имплантатов к костям свода черепа и костным лоскутам выбирают, исходя из толщины костной ткани и возраста пациента. Для детей после года жизни длина фиксирующего элемента возможна в диапазоне от 5-6 мм. Головка винта зависит от типа и размера отверстий в имплантате, однако не должна выступать над имплантатом больше, чем на 0,5 мм с учетом погружения конической части головки фиксирующего элемента в толщу имплантата и частично в кость.
- Оперативное вмешательство с применением индивидуально-изготовленных имплантатов осуществляется согласно стандартам, принятым в хирургии пластики костей свода черепа.
Данный этап характеризуется персонализированным подходом к пациенту, что максимально сокращает время оперативного вмешательства - на 20%, и количество применяемых имплантатов в сравнении с аналогом (Wood RJ et al, New resorbable plate and screw system in pediatric craniofacial surgery, J Craniofac Surg, 2012; 23(3), p.845-849).
В настоящем изобретении, когда для какой-либо величины приводится диапазон возможных значений, подразумевается, что граничные точки этого диапазона также включены в объем настоящего изобретения. Следует понимать, что все поддиапазоны, лежащие в приведенных диапазонах, также включены в объем настоящего изобретения, как если бы они были указаны в явном виде. В случае, когда для какой-либо величины приведены несколько диапазонов возможных значений, все диапазоны, получаемые путем комбинирования различных граничных точек из указанных диапазонов, также включены в настоящее изобретение, как если бы они были указаны в явном виде.
В случае, когда какие-то признаки изобретения раскрыты в настоящем документе для одного варианта осуществления, эти признаки также могут быть использованы и во всех других вариантах осуществления изобретения при условии, если это не противоречит контексту.
В рамках настоящего изобретения термины в единственном числе охватывают также и соответствующие термины во множественном числе, и наоборот, при условии, что из контекста явно не следует иное.
В настоящем документе выражение «или» следует воспринимать как «и/или», при условии, что это не противоречит контексту, даже несмотря на то, что в некоторых случаях выражение «и/или» может использоваться в явном виде.
За исключением экспериментальной части описания, все численные значения, выражающие какие-либо количества и условия в настоящем изобретении, являются приближенными, и их следует читать, как предваряемые термином «приблизительно» или «около», даже если эти термины и не приводятся в явном виде. Напротив, в экспериментальной части описания все численные величины приведены настолько точно, насколько это возможно, однако следует понимать, что любая экспериментально определенная величина по природе своей несет в себе некоторую погрешность. Таким образом, все численные величины, приведенные в экспериментальной части описания, следует воспринимать с учетом существования указанной экспериментальной погрешности и, по меньшей мере, с учетом количества приведенных значащих цифр и стандартных методик округления.
Как уже было указано выше, настоящий способ изготовления индивидуальных биодеградируемых имплантатов направлен на получение и использование имплантатов из полимолочной кислоты (PLA-пластика) для краниопластики у детей по поводу краниосиностозов. Предпочтительно толщина имплантатов, а именно пластин, варьирует от 0.5 до 2.5 мм. Длина и ширина имплантатов имеют вариабельное значение и зависят от каждого индивидуального случая пациента. Количество и диаметр отверстий в имплантатах вариабельны и зависят от каждого индивидуального случая пациента. Элементы для фиксации имплантатов к костной структуре имеют предпочтительный диаметр от 2 до 4 мм, диаметр головки от 3 до 6 мм, длина без учета головки составляет от 4 до 6 мм. Ход резьбы фиксирующего элемента зависит от метчика, применяемого в ходе оперативного вмешательства. Отношение диаметра сечения фиксирующего элемента по отношению к диаметру отверстия в имплантате должен быть меньше на 0,1-0,3 мм для исключения риска деформации резьбы фиксирующего элемента. Фиксирующий элемент должен относительно свободно входить и выходить из имплантата или с небольшим усилием, не деформирующим его резьбу.
Основным компонентом имплантатов по изобретению является полимолочная кислота. В настоящем изобретении используются филаменты полимолочной кислоты диаметром прутка 1.75 мм (стандартизированное значение сертифицированной продукции) имеющийся на рынке в свободной продаже. Используемый материал имеет натуральный, бесцветный вид. Все основные характеристики материала приведены в ТУ средства (мы использовали продукцию производителя Bestfilament).
Пример 1. Доклиническое исследование полученных аддитивным методом индивидуальных биодеградируемых имплантатов на модели животного.
Эксперимент выполнен на 27 крысах-самцах рода Wistar. Произведена подкожная имплантатация, изготовленного аддитивным способом, цилиндра диаметром 2 мм и длиной 10 мм. Имплантатация произведена в межлопаточной области у нижнего угла лопатки. Период наблюдения составил 30 и 60 дней. За время наблюдения, у всех особей не отмечалось воспалительных или других патологических процессов в области имплантатации. По данным гистологического анализа, проведенного на 30 и 60 день при помощи световой микроскопии, в области имплантатации наблюдается низкоклеточная инфильтрация, клетки в основном представлены лимфоцитарным рядом. На 60 день наблюдается неоваскуляризация и прорастание имплантата соединительной тканью. Данных за воспалительную реакцию нет.
Пример 2. Предлагаемое изобретение было применено в случае хирургической коррекции краниосиностоза метапического шва (тригоноцефалия) у пациента В. 5 месяцев.
После проведенного дообследования пациенту В. был выставлен диагноз несиндромальная форма краниосиностоза метапического шва (тригоноцефалия). МСКТ пациента, согласно приведенному в настоящей заявке способу, было использовано для создания цифровой модели черепа с последующим формированием моделей индивидуальных имплантатов. При помощи 3D принтера были созданы индивидуальные имплантаты в количестве 8 пластин индивидуальной формы, толщиной 0,5 мм и 1 мм и отверстиями диаметром 2,1 и 3,2 мм и 32 фиксирующих элемента (винта) часть диаметром 3 мм длиной без учета головки 5 и 6 мм и диаметром головки 3 и 4 мм, высотой головки 1,5 мм, часть диаметром 3 мм длиной без учета головки 6 мм и диаметром головки 4 мм, высотой головки 1,5 мм, часть диаметром 2 мм длиной без учета головки 4 мм и диаметром головки 3 мм, высотой головки 0,7 мм, часть диаметром 2 мм длиной без учета головки 6 мм и диаметром головки 4 мм, высотой головки 1,5 мм. Печать самых тонких имплантатов и фиксирующих элементов происходила в температурном диапазоне 240-260°С с толщиной слоя печати 0,1 мм. Печать более крупных имплантатов и фиксирующих элементов происходила в температурном диапазоне от 200 до 240°С с толщиной слоя печати 0,2 мм.
Пластины и винты были стерилизованы при помощи низкотемпературной плазменной стерилизационной системы Sterrad при температуре 47°С с выдержкой 72 мин. Оперативное вмешательство производилось стандартно, согласно принятым рекомендациям для хирургической коррекции деформаций свода черепа при тригоноцефалиях. В кости предварительно накладывалось отверстие при помощи моторной системы, далее метчиком формировался канал в кости. Кости свода черепа скорректированы в правильном положении и пластины закреплены винтами на кости. Достигнута стабильная конструкция. Послойные швы на рану.
В послеоперационном периоде ребенок пребывал без неврологического дефицита. Проведенные клинические анализы и осмотр показал отсутствие местных и системных воспалительных реакций. Ребенок выписан домой на 5 сутки.
Катамнез составил 6 месяцев. Данных за воспалительный процесс со стороны тканей организма нет. Ребенок в удовлетворительном состоянии. Кости свода черепа в правильном, физиологическом положении. Данных за смещение костей черепа не получено.
Пример 3. Ребенок 3 года, многооскольчатый перелом правой теменной кости без интракраниального кровоизлияния и компрессии коры.
Пациент А. поступил с целью устранения косметического дефекта свода черепа. Было выполнено МСКТ для создания цифровой модели черепа с последующим формированием моделей индивидуальных имплантатов. Учитывая особенности дефекта, который состоял из одного длинного осколка и 2х коротких, выполнено моделирование персонализированных имплантатов (пластин) так, чтобы фиксация была по трем точкам с каждой стороны интактной кости, для стабилизации репанированных отломков. По цифровой модели были созданы 3 индивидуальные пластины: 2 толщиной 1,5 мм и одна толщиной 2,5 мм и отверстиями диаметром 3.6 и 4,3 мм и 20 фиксирующих элементов (винтов) часть диаметром 3,4 мм длиной без учета головки 6 мм и диаметром головки 5 мм, высотой головки 1,5 мм, часть диаметром 4 мм длиной без учета головки 6 мм и диаметром головки 6 мм, высотой головки 2 мм. Печать происходила в диапазоне 230-250°С с толщиной слоя печати 0,2 мм. Пластины и винты были стерилизованы при помощи низкотемпературной плазменной стерилизационной системы Sterrad при температурах 50°С с выдержкой 72 мин. Оперативное вмешательство производилось стандартно, согласно принятым рекомендациям для хирургической коррекции посттравматических деформаций костей свода черепа. В кости предварительно накладывалось отверстие при помощи моторной системы, далее метчиком формировался канал в кости. Отломки репанированы в правильном положении и пластины закреплены винтами на кости. Достигнута стабильная конструкция. Послойные швы на рану.
За время наблюдения, в послеоперационном периоде, не было осложнений. Фиксация стабильная. Контур черепа правильный. Ребенок выписан на 7 сутки.
Катамнез составил 1 год. Данных за воспалительный процесс со стороны местных тканей нет. Положение отломков удовлетворительное.
Во всех случаях лечения с использованием предлагаемого способа был достигнут хороший клинический результат. Фиксация персонализированного имплантата из PLA-пластика, согласно изобретению, позволяет существенно улучшить эффективность хирургического вмешательства и сократить расходы учреждения на закупку дорогостоящих аналогов. Полученные результаты позволяют утверждать, что использование полученных данным методом имплантатов метод является физиологичным и сочетает в себе восстановление анатомических взаимоотношений костных структур с последующей консолидацией на рассасывающихся имплантатах. Технико-экономическим улучшением следует считать существенное уменьшение времени оперативного вмешательства, снижение риска послеоперационных осложнений в виде прорезывания фиксирующих элементов и их миграции, восстановление целостности костей свода черепа, снижение дозы седативных препаратов и сокращение сроков реабилитации. В результате исследования у пациентов с применением, изготовленных согласно предлагаемому способу имплантатов развития локальных и системных воспалительных реакций и последующих деформаций выявлено не было. Внедренная методика позволила достигнуть результата, заключающегося в повышении эффективности реконструктивных операций на костях свода черепа у детей с минимальными бюджетными вложениями.
Применение персонализированных биодеградируемых имплантатов существенно снижает стоимость лечения пациентов, так как получение имплантатов по предлагаемому способу с применением аддитивного производства осуществляется на базе специализированного стационара, в непосредственной близости от операционной.
Преимуществами способа являются создания безопасного, простого в использовании, биосовместимого, биодеградируемого индивидуального имплантата, полученного с применением аддитивного производства непосредственно на базе специализированного стационара, из доступного материала - филаментов полимолочной кислоты.