Содержание к диссертации
Введение
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. Литературные данные.
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Обзор методов лечения переломов нижней челюсти. Возможности ЗБ-моделирования в хирургии. Краткие сведения о применении наноструктурного титана в медицине .
1.1. Эволюция методов лечения переломов нижней челюсти 10.
1. 2 Применение 30-моделирования в хирургии 31
1.3 Использование наноструктурного титана в Экспериментальной и клинической медицине 36
ГЛАВА ВТОРАЯ. Общая характеристика наблюдений. Методы исследования и лечения
2.1. Общая характеристика больных 45
2.2. Общая характеристика наноструктурного титана с
покрытием из наноструктурного гидроксиапатита 50
2.3. Методы лечения переломов нижней челюсти 51
2.3.1. Клинические исследования 51
2.3.2. Рентгенологические исследования 52
2.3.3. 3-D моделирование для визуализации оперативного этапа лечения 52
2.3.4. Экспериментальное исследование 53
2.3.5. Оперативные методы лечения больных с переломами нижней челюсти с использованием минипластин из наноструктурногго титана с покрытием наноструктурным гидроксиапатитом 55
2.3.6. Критерии оценки эффективности применения минипластин из наноструктурного титана с покрытиемнаноструктурным гидроксиапатитом 57
2.4.Статистическая обработка результатов исследования58
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. Собственные исследования.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Клинико-морфологические результаты применения минипластин из наноструктурного титана с биологически активным покрытием из наноструктурного гидроксиапатита .
3.1. Экспериментальное обоснование применения пластин из наноструктурного титана с покрытием из наноструктурного гидроксиапатита 61
3.2. Клинические результаты эксперимента 63
3.3. Морфологические результаты эксперимента 65
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Оценка эффективности применения минипластин из наноструктурного титана с покрытием из наноструктурного гидроксиапатита 88
4.1. Обоснование применения минипластин из наноструктурного титана с покрытием из наноструктурного гидроксиапатита 88
4.2.Клинические результаты применения минипластин из наноструктурного титана с покрытием наноструктурным гидроксиапатитом 93
4.3. Результаты рентгенологического исследования применения пластин из наноструктурного титана с покрытием из наноструктурного гидроксиапатита 96
4.4. Результаты компьютерного ЗБ-моделирования для визуализации и планирования хирургического этапа лечения переломов нижней челюсти 103
4.5. Сравнительная характеристика результатов лечения по выраженности болевого синдрома и местного отека методом анкетирования 106
4.6. Сравнительная характеристика результатов лечения обеих групп по интегрирующим показателям 108
Заключение 124
Выводы практические рекомендации,
Список литературы
- Применение 30-моделирования в хирургии
- Рентгенологические исследования
- Клинические результаты эксперимента
- Результаты компьютерного ЗБ-моделирования для визуализации и планирования хирургического этапа лечения переломов нижней челюсти
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Переломы нижней челюсти являются самым распространенным видом травмы челюстно-лицевой области. Среди всех повреждений костей лица они встречаются наиболее часто и составляют от 25% до 87% ( В.В. Афанасьев 1999; В.М. Безруков, А.И. Воложин 2005; Н.И.Иващенко 2006).
Предлагаемое большое количество способов лечения переломов нижней челюсти и их результаты полностью не удовлетворяют практических врачей. Это связано с тем, что число осложнений таких как, замедленная консолидация, травматический остеомиелит, неправильное сращение отломков, образование ложных суставов, остается высоким и составляет от 19 до 40% (А.С.Артюшкевич 1995, Ю.В. Ефимов 2004, Иванюта И.В 2006,С.Н.Барсегян 2009, В.А. Kaplan 2001,M.A.Meyers 2008).
Одной из причин, возникновения осложнений при лечении переломов нижней челюсти является нестабильная фиксация костных отломков, приводящая к смещению фрагментов и препятствующая анатомическому и функциональному восстановлению поврежденной кости.
В настоящее время разработано множество методов остеосинтеза, основанных на использовании многочисленных конструкций внешней и внутренней фиксации (М.М.Олейникова 1996, Ж.Д.Айдарбекова 2001,В.С.Агапов 2002,Ф.Т.Темерханов 2003, А.М.Васильев 2006,D.Bartz, G.Kindlmann 2005,S.G.Kim 2001,). Однако, индивидуальный подход к выбору фиксирующей конструкции, визуализация в диагностики и планировании этапов лечения, остается одной из актуальных проблем. Определенные перспективы к индивидуализации лечения переломов нижней челюсти открывают современные компьютерные технологии (C.Б. Буцан, С.А. Хохлачев 2010, А.И.Демина 2010, Ю.Б.Колесов, Ю.Б.Сениченков 2003, А.Г.Смирнов 2006).
На сегодняшний день наиболее оптимальным в хирургическом лечении переломов нижней челюсти является сочетание достаточно прочных материалов и наличие условий для стабильной фиксации костных отломков (Т.М.Лурье 2000; А.А.Дацко, Д.В. Тетюхин 2005; K.N.Wong 2000; J.O.Guerrissi 2001). Доказанным является эффективность применения металлоконструкций из титановых сплавов. Эти конструкции обладают высокой биосовместимостью, хорошей коррозионной стойкостью, биоинертностью, гипоаллергенностью, не токсичны (О.А.Лях, В.В.Богатов 1997, В.И.Калита 2000, О.А.Кашин, Е.Ф.Дударев 2003, М.Эппле 2007 D.G.Corbun, D.W.G.Kennedy 2002, J.Petruioeika, L.Dluhop 2006). Основным недостатком и сдерживающим фактором для расширения спектра применения титана и его сплавов в стоматологии, ортопедии и травматологии является низкий уровень текучести и прочности, сопротивления усталостному разрушению и износостойкости. Определенные перспективы в совершенствование медицинских конструкций вносит применение наноструктурного титана с покрытием из наноструктурного гидроксиапатита ( В.И.Калита 2000; Ю.Р.Колобов, Р.З.Валиев, Г.П.Гробовецкая 2001; А.А.Ильин, С.В.Скворцова 2002; RaabG.I 2004; ZhuY.T. 2006).
Таким образом, актуальным, на сегодняшний день, является использование в медицине конструкций из наноструктурного титана с биологически активными покрытиями, совершенствование методов лечения.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Улучшение результатов лечения больных с переломами нижней челюсти за счет использования конструкций из наноструктуроного титана с покрытием наноструктурным гидроксиапатитом в комплексе с компьютерной визуализацией.
-
Произвести экспериментальное исследование на животных (кроликах) с использованием обычных мини-пластин и инновационных пластин для остеосинтеза.
2.Произвести сравнительный анализ гистологических данных, полученных в ходе эксперимента.
3. Обосновать использование пластин из наноструктурного титана с биологически активным покрытием наноструктурным гидроксиапатитом.
4. Исследовать рентгенологические результаты применения наноструктурных титановых пластин с биологически активным покрытием в комплексном лечении переломов нижней челюсти.
5. Провести анализ эффективности лечения пациентов с переломами нижней челюсти с использованием инновационных пластин в комплексе с компьютерной визуализацией.
Проведено исследование применения пластин для остеосинтеза из наноструктурного титана с биологически активным покрытием из наноструктурного гидроксиапатита.
Впервые произведен сравнительный анализ эффективности остеосинтеза с использованием мини-пластин из инновационного сплава и обычных мини-пластин, как в эксперименте, так и в клинике.
В программе комплексного лечения больных с переломами нижней челюсти использованы индивидуальные 3D модели для визуализации и планирования оперативного этапа лечения.
Разработана методика лечения больных с переломами нижней челюсти пластинами из наноструктурного титана с покрытием из наноструктурного гидроксиапатита.
Показана высокая клиническая эффективность использования инновационных пластин для лечения больных с переломами нижней челюсти в сравнении с традиционными материалами.
Для визуализации оперативного этапа лечения применены компьютерные программы 3D редактирования для построения индивидуальной модели перелома.
Применение 30-моделирования в хирургии
Различное расположение линии перелома определят различные направления смещения отломков.
Наиболее частым местом локализации переломов нижней челюсти является ее тело и угол (75-83%). Значительно реже наблюдаются переломы ветвей (18-24%), причем на первом месте по частоте повреждений стоит мыщелковыи отросток , переломы которого составляют 32% всех переломов нижней челюсти. Реже встречаются переломы венечного отростка, причем они происходят, как правило, при переломах скуловой дуги со смещением отломков [7,52,67].
Наиболее частой причиной переломов нижней челюсти является бытовая и спортивная травма [10,82,115].
Краеугольным камнем в лечении переломов нижней челюсти является ранняя и надежная иммобилизация. Данное мероприятие - первый и важнейший этап лечения, способный предотвратить воспалительные осложнения и оптимизировать последовательность и сроки консолидации [1,3,6,8,10,16,90,117]. Однако, значительное число пострадавших поступает на лечение спустя трое и более суток и уже развившийся процесса воспаления существенно влияет на сроки консолидации и частоту возникновения воспалительных осложнений.
Известно, что повреждения нижней челюсти, локализующиеся в пределах зубного ряда, в подавляющем большинстве случаев являются открытыми. В этом отделе челюсти отсутствует подслизистый слой, и слизистая оболочка плотно спаяна с надкостницей, что приводит, при травматическом воздействии, к появлению сообщения костной ра 13
ны с полостью рта. Ротовая жидкость, содержащая патогенную микрофлору, инфицирует кровяной сгусток, заполняющий линию перелома. В результате сохраняющейся подвижности нижней челюсти происходит нарушение соединения сгустка с костными стенками. В ранние сроки после травмы, за счет содержания фибринолитических агентов в слюне, происходит растворение кровяного сгустка. В более поздние сроки в ротовой жидкости уменьшается содержание ингибиторов фибринолиза, что затрудняет очищение костной раны от некротических масс и продуктов распада [ 2, 3, 101, 102,118, 141] .
Развитию воспалительного процесса способствует нередко встречающаяся интерпозиция мягких тканей в линию перелома, их повреждение и некроз, за счет сдавления костными отломками. Одним из факторов риска возникновения воспаления являются зубы с очагами хронической инфекции, расположенные в линии перелома, либо рядом с ней [42] . Интактные зубы, также превращаются в очаги инфекции, в результате коммоции и разрыва сосудисто-нервного пучка зуба. Наиболее тяжелое проявление этих нарушений является некроз пульпы, приводящий к травматическому периодонтиту и дальнейшему прогрессированию воспалительного процесса в области перелома [1, 10, 90,119] . Все сказанное, может быть одной из причин нарушения репаративного остеогенеза при переломах нижней челюсти, что приводит к замедленной консолидации костных отломков и образованию ложных суставов (псевдоартрозов) [14, 30, 109, 187, 189,216].
Еще одним осложнением переломов нижней челюсти является повреждение нижнего альвеолярного нерва, которое происходит в 80 - 90 %, а при локализации повреждений в области угла и тела в 93, 8 % случаев [70] . Данное осложнение сопровождается неврологическими расстройствами. Наблюдающиеся изменения функции нижнего альвеолярного нерва происходят вследствие ушиба, растяжения, сдавления или его разрыва. В дальнейшем в зоне иннервации альвеолярного нерва, возможно развитие болевого синдрома. Происходит выраженное нарушение регионарного кровообращения, что способствует замедлению или извращению регенерации кости.
Сохраняющаяся подвижность костных отломков способствует дополнительной травме нерва [7, 20, 21,30, 82, 114, 182].
Осложнения могут возникнуть при остеосинтезе нижней челюсти в виде вторичного смещения отломков, смещения фиксатора, приводящее к неправильному сращению отломков, а это в свою очередь приводит к окклюзионным нарушениям, патологическим изменениям в височно-нижнечелюстном суставе. Эти осложнения отмечены при накостном остеосинтезе и были обусловлены нарушением техники фиксации отломков или использованием фиксатора без учета его биомеханических свойств [2 9].
Таким образом, одной из важных причин возникновения осложнений при лечении переломов нижней челюсти, является недостаточно стабильная фиксация костных отломков. [12,82,125,152].
В настоящее время переломы нижней челюсти неогнестрельного происхождения чаще всего лечат с помощью назубных шин и различных внутриротовых аппаратов. Указанные методы, обладающие рядом положительных качеств, имеют и существенные недостатки. При их применении ухудшаются условия по уходу за зубами и полостью рта, затрудняется питание больного; невозможно подчас добиться точной репозиции обломков (при переломах за зубным рядом со смещением, при наличии беззубых отломков) и их последующего удержания в заданном положении [4,6,18,86, 111,112,121,134,137].
Нередко при заживлении перелома приходится прибегать к длительной межчелюстной фиксации. Помимо того, что это приводит к известным неудобствам для больного, нижняя челюсть фиксируется в положении центральной окклюзии. Центральная окклюзия, не являясь позицией физиологического покоя, ведет к пассивному натяжению мышц, мешая их активной функции. С другой стороны, от межчелюстной фиксации приходится отказываться в тех случаях, когда пострадавшему может угрожать рвота, аспирация рвотных масс или раневого отделяемого [5].
Рентгенологические исследования
Пластины для остеосинтеза челюстей из нанострук-турного титана с покрытием наноструктурным гидрокси-апатитом разработаны на базе Научно-образовательного и инновационного центра «Нанаоструктурные материалы и нанотехнологии» ГОУ ВПО Белгородский государственный Университет (г.Белгород)совместно с ГУП Всероссийский научно-исследовательский проектный институт медицинских инструментов (г.Казань). Пластины изготовлены из технически чистого титана (сплав ВТ1-0)не содержат вредных для живого организма легирующих элементов. Технические характеристики наноструктурного титана: -предел текучести: 700 МПа; -предел прочности: 900МПа; -предел прочности при кручении: 750 МПА; -сопротивление усталостному нагружению: 4 50 МПа; _деформация до разрушения: 15%. Использование наноструктурного титана обеспечивает высокие механические свойства при статическом и циклическом нагружении. Материал одновременно становится и прочным и пластичным. Биоактивное покрытие из коллоида с наночастицами гидроксиапатита с порами заранее заданного размера (100-200нм) обладают хорошими остеоинтеграционными свойствами, обеспечивающими большую скорость образования костной ткани. А) Б)
У всех обследуемых больных проводили изучение жалоб, данных анамнеза, общесоматического статуса, динамики местных проявлений воспалительного процесса и повседневных показателей гомеостаза (частота и харак 52 тер пульса, величина артериального давления, измерение общей температуры тела). Анализ состояния организма определялся задачами работы и имел целью объективизацию общего состояния больного и эффективность проводимого лечения.
Изучение локального статуса включало в себя следующие клинические параметры: оценку болевого синдрома, наличие коллатерального отека и гематомы в зоне перелома. Указанные клинические параметры позволяли оценить динамику течения травмы и эффективность применяемого лечения.
Рентгенологическое исследование в предоперационном периоде проводилось по рентгенограммам нижней челюсти в трех проекциях: прямой и двух боковых. Это позволяло оценить локализацию перелома, наличие зубов в щели перелома, степень смещения отломков. В послеоперационном периоде по рентгенограммам в сроки 1 сутки после операции оценивали стояние отломков после остеосинтеза. Рентгенологический контроль в сроки 1, 2, и 4 месяцев позволял оценить признаки минерализации костной ткани в зоне перелома.
Рентгенологические исследования, проводимые в предоперационном периоде способствовали уточнению диагноза. В послеоперационном периоде рентгенологическое исследование служило для оценки эффективности предлагаемой методики. В предоперационном периоде для визуализации и планирования оперативного этапа лечения нами использовалась программа 3d моделирования.
Компьютерная программа 3d моделирования - принципиально новый, неинвазивный метод диагностики, позволяющий визуализировать нижнюю челюсть. В основе метода лежит принцип послойного построения трехмерной структуры объекта и создание модели, в точности соответствующей размерам и формам частей человеческого тела (череп, верхняя челюсть, нижняя челюсть и т.д.).
Получение трехмерных моделей осуществлялось посредством сканирования рентгеновских снимков с последующим математическим моделированием рентгеновского изображения и построением по полученным данным трехмерных графических моделей на экране дисплея. Представленные результаты позволяли четко визуализировать места постановки пластин, определять расстояния от корней зубов, прилежащих к щели перелома и объективно планировать хирургический этап в трехмерных образах. В послеоперационном периоде программа 3d моделирования позволяла оценить результаты фиксации отломков.
Клинические результаты эксперимента
Наиболее высокими фиксирующими способностями обладают пластины, за счет наибольшего контакта фиксатора с костью. Это определяется величиной поверхности пластины, толщиной и длинной шурупов, расстоянием между ними. Однако, функциональная надежность конструкций, используемых для остеосинтеза, прежде всего, зависит от комплекса механических свойств материала, применяемого для изготовления пластин, его воздействия на окружающие ткани, биологические жидкости и организм в целом.
В качестве медицинских материалов для травматологии, ортопедии, стоматологии в настоящее время используются нержавеющие стали, титан и сплавы на его основе. Конструкции, изготовленные из легированных сталей, в том числе коррозионно-стойких или нержавеющих, при взаимодействии с биологическими жидкостями вызывают местную воспалительную реакцию тканей, а в некоторых случаях, оказывают общее токсическое и аллергическое действие на организм.
Фаворитом среди современных металлических медицинских материалов является титан и сплавы на его основе, обладающих такими положительными свойствами как высокая биосовместимость, хорошая коррозионная стойкость, биоинертность, немагнитность, низкая теплопроводность, меньший (по сравнению со сталью) удельный вес. Основным недостатком и сдерживающим фактором для расширения спектра применения титана и его сплавов является низкий уровень предела текучести и прочности, сопротивления усталостному разрушению и износостойкости.
Формирование субмикрокристаллического и наноструктурного состояния в сплавах титана приводит к значительному повышению их механических свойств, при полном соответствии биологическим требованиям.
В чем смысл создания наноструктурного состояния в сплавах титана? Слиток металла представляет собой поликристалл из множества мелких кристаллов-зерен, размер которых колеблется от десятков миллиметров до десятков микрон. От размера кристалла зависят характеристики материала: чем мельче зерно, тем прочнее материал, т.к. деформация сосредотачивается внутри материала. Вместе с тем, с уменьшением размеров кристалла снижается пластичность материала, его способность выдерживать динамические нагрузки. Однако, это справедливо до определенных пределов. Кристаллы наноразмеров(ЮОнм) при динамических нагрузках начинают скользить друг о друга, и происходит переход к иному механизму деформации вещества, что отражается на его свойствах: материал становится одновременно и прочным и пластичным.
Важнейшим вопросом медицинского материаловедения является разработка материалов и способов модификации поверхности титана и его сплавов с целью улучшения биологических свойств. Среди методов обработки поверхности титана и его сплавов, наибольшее
распространение получило нанесение тонких защитных биоинертных оксидных покрытий и биоактивных кальций-фосфатных покрытий. Материалы изготовленные из субмикрокристаллического и нанострукткрного титана с керамическими биоактивными покрытиями удовлетворяют более высоким требованиям к уровню сопротивления усталостному разрушению, обладают хорошими остеоинтеграционными свойствами.
Специалистами Научно-образовательного и инновационного центра Белгородского университета создан не только высокопрочный наноструктурированный титан, но и покрытие для материала. Чтобы протез быстрее обрастал естественной костью, его покрывают гидроксиапатитом -это минеральный аналог кости. Ученые из Белгородского университета предложили технологию изготовления коллоида с наночастицами гидроксиапатита размером 100-200нм. Нанося коллоид на поверхность наноструктурированного титана, получается сплошное прочное покрытие с порами заранее заданного размера, при этом пористый материал обеспечивает прочную фиксацию пластины, большую скорость образования костной ткани.
Применение пластин из нанструктурного титана с биологически активным покрытие из нанструктурного гидроксиапатита оправдано по нескольким причинам. Во-первых, наноструктурный титан не содержит легирующих добавок и является абсолютно биоинертным материалом. Во-вторых, пластины являясь одновременно и высокопрочными и пластичными жестко фиксируют костные отломки и выдерживают динамические нагрузки, что является условием первичного костного сращения перелома. В-третьих, биологическиактивное покрытие из наноструктурного гидроксиапатита обладает хорошими остеоинтегрирующими свойствами, что в свою очередь активизирует репаративные процессы в костной ткани.
Таким образом, показанием к применению пластин из наноструктурного титана с биологически активным покрытием из наноструктурного гидроксиапатита являются переломы нижней челюсти.
Основную группу наблюдения составили 57(53,8%) больных. Из них 2 (3,5%) с переломами во фронтальном отделе. Еще 5 (8,8%) больных с ментальным переломом, 30 (52,6%) пациентов с переломами в области угла, 8(14,0%) с переломами тела нижней челюсти, с переломами суставного отростка и ветви нижней челюсти - 12(21,1%) У всех больных основной группы при проведении остеосинтеза использовались минипластины из наноструктурного титана с покрытием из наноструктурного гидроксиапатита.
Результаты компьютерного ЗБ-моделирования для визуализации и планирования хирургического этапа лечения переломов нижней челюсти
На сегодняшний день считается, что в хирургическом лечении переломов нижней челюсти оптимально применение конструкций из достаточно прочных материалов, позволяющих обеспечить создание стабильной фиксации костных отломков [9,11,13,37,48,51,57]. Наиболее распространены металлоконструкции из титановых сплавов. Они обладают высокой биосовместимостью, хорошей коррозионной стойкостью, биоинертностью, гипоаллергенностью, не токсичны[7, 54, 58, 119, 128, 130, 138, 157, 168, 159, 162, 201] . Основным недостатком и сдерживающим фактором для расширения спектра применения титана и его сплавов в стоматологии, ортопедии и травматологии является низкий уровень текучести и прочности, сопротивления усталостному разрушению и износостойкости. Открытие наноструктурного состояния металлов и технологий их получения, позволило создать новое поколение металлических имплантатов, обладающих значительно более высокой прочностью и усталостной долговечностью, и одновременно более высокой биосовместимостью [22,24,25,59,60,62]. Определенные перспективы в совершенствование медицинских конструкций вносит применение наноструктурного титана с покрытием нано-структурным гидроксиапатитом, который обладает остеости-мулирующим эффектом [63,64,93,94]. Таким образом, актуальным, на сегодняшний день, является использование в медицине конструкций из наноструктурного титана с биологически активными покрытиями, совершенствование методов лечения.
Целью нашей работы составило улучшение результатов лечения больных с переломами нижней челюсти за счет применения конструкций из наноструктуроного титана с покрытием наноструктурным гидроксиапатитом в комплексе с компьютерной визуализацией.
Задачами исследования явилось следующее. Произвести экспериментальное исследование на животных (кроликах) с использованием обычных мини-пластин и инновационных пластин для остеосинтеза. Произвести сравнительный анализ данных, полученных в ходе эксперимента. Обосновать использование пластин из наноструктурного титана с биологически активным покрытием наноструктурным гидроксиапатитом. Исследовать результаты клинического применения наноструктурных титановых пластин с биологически активным покрытием в комплексном лечении переломов нижней челюсти. Провести анализ эффективности лечения пациентов с переломами нижней челюсти с использованием инновационных пластин в комплексе с компьютерной визуализацией.
В задачу морфологического исследования экспериментального материала входило изучения гистологических картин в двух группах наблюдений - основной и группе сравнения.
В основной группе животных на 14-е сутки эксперимента отмечалась бурная пролиферация соединительнотканных элементов в зоне перелома начальное формирование коллагенового (преимущественно II тип волокон) матрикса внутрь которого прорастают молодые фибробласты с интенсивность прорастания 7-9 в поле зрения. Нейтральные гли-копротеины еще не выражены в полном объеме но уже к 14 суткам, можно было судить о том, что регенерат приобрел свои тинкториальные свойства более интенсивно, чем в группе сравнения.
В группе сравнения в тех же сроках наблюдалось формирование схожего коллагенового матрикса, так же преимущественно волокна II типа, но они более тонкие, сла-боокрашенные (по сравнению с основной группой эксперимента) . Молодые фибробласты значительно разреженнее распространены по матриксу (3-5 в поле зрения).
Усиление метахромазии, появление в очаге формирования костной ткани гранулированных тканевых базофилов -прямой признак начала регенерации. Чем больше в поле зрения формирующегося матрикса мы видим таких клеток, тем лучше и интенсивнее идет процесс регенерации. На препаратах основной группы эксперимента мы видим 9-12 клеток в поле зрения. А на препаратах группы сравнения -не более б клеток, причем встречаются в поле зрения де-гранулированные и юные формы тканевых базофилов.
