przedoperacyjne planowanie korekcji deformacji czaszki z użyciem

Magda ZARWAŃSKA, Studenckie Koło Naukowe Biomechatroniki „Biokreatywni”,
Katedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Zabrze
Edyta KAWLEWSKA, Katedra Biomechatroniki, Politechnika Śląska, Zabrze
Dawid LARYSZ, Zakład Radioterapii, Centrum Onkologii-Instytut im. M. SkłodowskiejCurie, Gliwice
PRZEDOPERACYJNE PLANOWANIE KOREKCJI DEFORMACJI
CZASZKI Z UŻYCIEM DYSTRAKTORÓW
PREOPERATIVE PLANNING OF SKULL SHAPE CORRECTION
WITH THE USE OF DISTRACTORS
Słowa kluczowe: kraniosynostoza, osteogeneza dystrakcyjna, przedoperacyjne
planowanie
1. WSTĘP
Statystycznie w przypadku jednego na dwa tysiące noworodków występuje nieprawidłowy
rozwój czaszki, polegający na przedwczesnym zrośnięciu się szwów czaszkowych [1].
Schorzenie to nazywane jest kraniosynostozą i może występować w postaci izolowanej, jak
i złożonej, kiedy to zrośnięciu ulega więcej niż jeden szew czaszkowy. Proces leczenia
kraniosynostozy rozpoczyna się już w pierwszych miesiącach życia pacjenta i związany jest
przeprowadzeniem wielogodzinnej, ryzykownej operacji chirurgicznej [2]. Obecnie w celu
poprawy efektów leczenia stosowane są nowoczesne metody wirtualnego planowania
operacji [3], w oparciu o zdjęcia tomografii komputerowej. Połączenie współczesnej wiedzy
i technologii inżynieryjnej z neurochirurgią, umożliwia poprawę skuteczności procesu
leczenia kraniosynostozy, a także skrócenie czasu powrotu do zdrowia pacjenta.
2. CEL BADAŃ
Celem projektu było przeprowadzenie wirtualnego planowania operacji złożonej
kraniosynostozy, z wykorzystaniem dystraktorów oraz dokonanie ilościowej oceny efektów
leczenia.
3. METODYKA BADAŃ
W pracy przedstawiono przebieg przedoperacyjnego planowania korekcji kształtu czaszki
z wykorzystaniem dystraktorów u 4-miesięcznego dziecka płci żeńskiej, ze stwierdzoną
złożoną kraniosynostozą. Danymi wejściowymi do procesu modelowania były diagnostyczne
zdjęcia tomograficzne główki dziecka, na podstawie których w programie Mimics
opracowany został model 3D. Kolejno do celów symulacji zabiegu zaprojektowany został
dystraktor (na podstawie obiektu rzeczywistego) w programie Autodesk Inventor. Po
wysegmentowaniu modelu czaszki, zgodnie z zaleceniami lekarza ustalono prawidłowe
usytuowanie dystraktorów oraz miejsca nacięcia na czaszce pacjentki (rys. 1). Po wykonanej
osteotomii przeprowadzono symulacje procesu dystrakcji trwającej 20 dni (1mm/dzień),
XIII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 142
w celu porównania pomiarów długości przednio-tylnych czaszki oraz zestawienia ich
z wielkością uzyskaną po wykonanym zabiegu chirurgicznym.
Rys. 1. Etapy przeprowadzonej wirtualnej dystrakcji: a - model czaszki z kraniosynostozą, b - model po
wykonanej osteotomii wraz z umiejscowionymi dystraktorami, c - model czaszki po wykonanej dystrakcji
4. WYNIKI
Przedoperacyjne planowanie korekcji kształtu czaszki z wykorzystaniem dystraktorów
umożliwiło ocenę efektów przeprowadzonej wirtualnej operacji poprzez dokonanie pomiarów
parametrów morfometrycznych czaszki zarówno przed jak i po wykonanej dystrakcji.
Długość czaszki określona została jako odległość między dwoma charakterystycznymi
punktami anatomicznymi: nasion (połączenie kości nosowych z czołową) oraz lambda (punkt
przecięcia szwu węgłowego i strzałkowego). W tab.1. zestawiono wyniki przeprowadzonych
pomiarów, z których wynika, że wykonana wirtualna korekcja spowodowała wydłużenie,
a w związku z tym również zwiększenie objętości czaszki. Wyniki symulacji porównano
z wynikami uzyskanymi w badaniu TK po operacji.
Tab. 1. Wyniki pomiarów długości czaszki w przeprowadzonej symulacji korekcji
WYMIAR
PRZED
OPERACJĄ
PO WIRTUALNEJ
OPERACJI
PO OPERACJI
CHIRURGICZNEJ
Nasion-Lambda
145
156
159
5. PODSUMOWANIE
W ramach badań przeprowadzono wirtualne planowanie procesu leczenia kraniosynostozy
złożonej metodą dystrakcji. Przeprowadzona symulacja umożliwiła określenie
prawdopodobnych efektów zabiegu, które mogą przyczyniać się do skrócenia czasu operacji,
a w rezultacie zminimalizowania komplikacji wynikających z długotrwałego znieczulenia
oraz utraty dużej ilości krwi.
LITERATURA
[1] Cohen M. M. Jr, MacLean R. E. (editors), Craniosynostosis: diagnosis, evaluation and
management, wyd. 2., Oxford University Press, USA 2000.
[2] Wolański W., Larysz D., Gzik M., Kawlewska E.: Komputerowe metody wspomagania
leczenia kraniosynostozy, Modelowanie Inżynierskie, 2011, Nr 41, s. 437-444.
[3] Wolański W., Gzik-Zroska G., Kawlewska E., Gzik M., Larysz D., Dzielicki J., Rudnik
A.: Preoperative planning of surgical treatment with the use of 3d visualization and finite
element method [w] Lecture Notes in Computational Vision and Biomechanics, Vol. 19:
“Developments in Medical Image Processing and Computational Vision”, J.M.R.S.
Tavares, R. Natal (eds), Springer International Publishing, Switzerland, 2015.