Краниопластика: применение 3D-печати для пластики черепа в России

В прошлом году мы рассказывали про применение промышленной 3D-печати в медицине для создания активного протеза пальцев. Да и в интернете все больше появляется историй о применении 3D-печати в сфере медицины: ведутся разработки над 3D-печатью биоматериалами, технология используется в стоматологии, печатаются реплики органов человеческого тела, которые помогают тщательно продумывать и правильно планировать успешные операции. Именно о последнем применении 3D-печати в медицине, к которому мы приложили свою руку, я расскажу сегодня. Под катом вы найдете описание истории пациента, процесса обработки DICOM файлов и фотографии самой операции на черепе.

Предыстория травмы

Все началось в 2010 году. Двухлетний мальчик по имени Леша бегал дома, упал, ударившись затылком о плинтус, пробил голову. Бригада скорой медицинской помощи доставила Лешу сначала в районную больницу Московской области, откуда при содействии территориального центра медицины катастроф на реанимобиле он был перевезен Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии (НИИ НДХиТ).

Так как состояние было тяжелое, в экстренном порядке ребенка отправили на КТ головы, которое выявило спонтанное внутримозговое кровоизлияние в глубинных отделах левой височной доли, диффузный отек обоих полушарий, компрессию ликворных пространств и смещение срединных структур, нисходящее вклинение на уровне намета мозжечка и большого затылочного отверстия — травма была серьезная. В экстренном порядке была выполнена трепанация черепа с удалением внутримозговой гематомы, пластика твердой мозговой оболочки, при которой использовалась титановая пластина и собственная кость ребенка, чтобы «залатать» дыру. Также была выполнена установка датчика измерения внутричерепного давления. Потом следовал долгий период лечения, 6 января 2011 года Леша, наконец-то, был выписан в удовлетворительном состоянии и отправился домой. Ему предстояло регулярно наблюдаться в консультативно-диагностическом центре НИИ НДХиТ.

В ноябре 2014 года мама мальчика пожаловалась на то, что костный лоскут, которым был прикрыт мозг, стал подвижным. После обращения в консультативно-диагностическое отделение НИИ НДХиТ ребенку была рекомендована госпитализация для проведения повторной пластики дефекта черепа.

Реплика черепа и 3D-печать

Так как череп это анатомически замкнутая система, то для ее правильного функционирования подвижность костного лоскута, который частично рассосался со времнем, должна быть устранена. Обычно такая операция длится не один час, врачи вынуждены моделировать пластину по ходу, опираясь только на данные КТ, а это значит, что долгое время череп ребенка будет трепанирован, что влечет за собой определенные риски.

Для того, чтобы провести предоперационное моделирование пластины, потребовалась реплика черепа. Она позволит в объеме увидеть область, которая подвергнется повторному вмешательству. Благодаря 3D-печати стало возможным создать объемную модель черепа ребенка в короткие сроки.

Используем снимки KT для создания 3D-модели

3D-моделирование по данным компьютерной томографии (КТ) стало первым шагом для создания реплики черепа. Также для этой работы подошли бы снимки магнитно-резонансной томографии (МРТ).

У нас на руках был полный комплект снимков КТ в формате DICOM, из них предстояло сделать твердотельную 3D-модель.

Сначала по КТ была сделана маска, на основании которой сгенерировалась 3D-модель.

На этом скриншоте видно, что часть осколков черепа «подвешена» в воздухе. Если бы для врачей положение осколков имело значение, то на этапе 3D-печати мы бы применили технологию стереолитографии (DLP). Эта технология подразумевает использование материала поддержки, и, чтобы сохранить «подвешенность» кусочков кости, поддерживающие структуры бы просто не удалялись. Но так как этого врачам не требовалось, то все лишнее мы удалили и «подчистили» 3D-модель.

Так как печатать череп мы собирались из гипса (полноцветного песчаника или гипсополимера), то 3D-модель сперва адаптировали под особенности данного материала. В частности, нужно было соблюсти толщины стенок, чтобы при выемке из принтера он не развалился.

Предоперационное моделирование пластины

Как только 3D-модель была готова, проверена и перепроверена, начался этап печати. Мы постарались как можно быстрее напечатать череп, весь процесс моделирования и печати занял около суток. Как только технологи дали отмашку, череп был оперативно доставлен в клинику и передан врачам. Готовый череп выглядел так:

Титановая пластина была смоделирована до операции:

Все готово, пришло время операции.

Фотографии самой операции (впечатлительным лучше не смотреть):

Операция увенчалась успехом, приложить к этому руку было волнительно, интересно и вдохновляюще.

Плюсы применения 3D-печати для краниопластики

• Повышение точности постановки диагноза
• точное планирование операции
• сокращение времени хирургического вмешательства
• удобство хранения данных в цифровом формате (при необходимости всегда можно обратиться к 3D-модели и снова ее напечатать)

Светлое 3D-будущее

Это далеко не последний вариант применения 3D-печати в этой сфере, и если вам будет интересно, я обязательно поделюсь с вами новыми историями и не только медицинскими.

Вообще, читая статьи на тему аддитивных технологий, особенно в Рунете, можно встретить разные взгляды на данную технологию. Как восхищенные, приписывающие 3D-печати невозможные плюсы, так и сугубо отрицательные вгляды «лудитов». Как человек, каждый день работающий с этой технологией, могу сказать, что она действительно открывает перед нами новые горизонты, надо только правильно ее применять.