Технологии цифрового инжиниринга в челюстно-лицевой хирургии

Ответственный исполнитель: М.А. Жмайло, руководитель направления «Прикладные исследования и разработки», ведущий инженер ИЦ «ЦКИ» СПбПУ

Специалисты Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) (ИЦ «ЦКИ») СПбПУ провели математическое и компьютерное моделирование операции по расширению верхней челюсти пациента при помощи дистрактора (расширителя).

Сужение верхней челюсти – зубочелюстно-лицевая аномалия, сопровождающаяся эстетическими и функциональными нарушениями (повышенной стираемостью зубов, воспалением пародонта, болями в височно-нижнечелюстных суставах, общесоматическими заболеваниями). Существует много способов аппаратурно-хирургического расширения верхней челюсти, многие из них сопряжены с рисками и болезненным течением лечения. Это обусловило разработку менее травматичных методов коррекции. Так, один из них включает в себя следующие этапы:

• хирургическое ослабление поверхности костей верхней челюсти и нёбного шва;
• фиксация на нёбе индивидуально изготовленного аппарата-дистрактора, который раздвигает левую и правую половины челюсти. В результате достигается запланированное расширение верхней челюсти с минимальной хирургической агрессией.

Наталия Пахомова, канд. мед. наук, доцент кафедры стоматологии хирургической и челюстно-лицевой хирургии ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова (зав. каф. – д-р мед. наук, проф. А.И. Яременко):

• «При выполнении аппаратурно-хирургического расширения верхней челюсти мы знаем, какого конкретного результата мы хотим добиться, но не можем наверняка гарантировать пациенту, что именно такая величина расширения челюсти будет достигнута. Дело в том, что каждый пациент имеет уникальное анатомическое строение челюстей, дистракторы изготавливаются индивидуально, а объем операции обычно выбирается исходя из опыта и индивидуальных предпочтений хирурга. С момента, когда мы начали сотрудничать с Инжиниринговым центром СПбПУ, был снят вопрос субъективного подхода к планированию подобных операций. Цифровой инжиниринг позволил нам в мельчайших деталях проработать несколько вариантов операций и выбрать наиболее эффективный формат на предоперационном этапе».

Руководитель направления «Прикладные исследования и разработки», ведущий инженер ИЦ «ЦКИ» СПбПУ Михаил Жмайло:

• «На основе данных компьютерной томографии одного из пациентов нами была построена геометрическая модель его черепа.
• Затем мы добавили в модель аппарат-дистрактор для расширения верхней челюсти и произвели все необходимые пропилы в костях в соответствии с методикой выполнения операции. В ходе расчета аппарат был расширен на величину ежедневного шага расширения. При анализе результатов нам удалось зафиксировать определенные зависимости между параметрами вмешательства и их эффектом. В перспективе это позволит избежать возможных осложнений».

При выполнении расчетов в рамках данного исследования была задействована Цифровая платформа по разработке и применению цифровых двойников @CML-Bench™ – собственная разработка ИЦ «ЦКИ» СПбПУ. Были смоделированы четыре клинические ситуации расширения верхней челюсти:

• без хирургического вмешательства (работает только дистрактор);
• с выполнением пропила вдоль срединного нёбного шва;
• с проведением кортикотомии по вестибулярной поверхности верхней челюсти с двух сторон;
• с проведением кортикотомии по вестибулярной поверхности верхней челюсти и с пропилом вдоль срединного нёбного шва.

В результате проведения виртуального исследования авторы продемонстрировали, что цифровой инжиниринг является эффективным инструментом для проведения in vitro оценки механического состояния объектов, что имеет значительные перспективы в челюстно-лицевой хирургии.