Reconstruction of Valular Bones Defects Using CAD/CAM Technology at the Stage of Rehabilitation: State of the Problem

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The number of victims with difficult defects of the skull bones, which should restore the integrity of the skull is growing annually, both in connection with the increase in severe traumatic brain injury (TBI), and in connection with the expansion of indications for decompressive craniotomy not only in traumatic brain injury, but also vascular disease, neuro-Oncology for the relief of hypertension-dislocation syndrome. Cranioplasty at the stage of early rehabilitation of patients after decopressive craniotomy is an important condition for effective rehabilitation measures. Currently, titanium, polyether ethyl ketone (PEEK), polymethyl methacrylate (PMMA) and hydroxyapatite are actively used as the material for the implant. Unfortunately, none of the synthetic materials used meet the conditions of the «perfect implant» by 100%. CAD/CAM 3D printing technologies are used to achieve absolute accuracy of the implant that replicates the missing part of the patient’s skull bone, which is especially important in the presence of extensive and complex defects. The use of this technology at the preoperative stage directly in the medical institution where the cranioplasty will be performed avoids additional logistics, reduces the time from the patient’s admission to the hospital before the operation and reduces the cost of manufacturing implants, making them more accessible to healthcare institutions. also, the absence of the need for intraoperative implant adjustment significantly reduces the operation time, reduces the risk of infectious complications and complications associated with prolonged general anesthesia. The favorable course of the postoperative period allows you to resume rehabilitation activities on the third or fourth day after cranioplasty.

About the authors

Alexey N. Vorobyev

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: avorobyev@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0003-3742-6171
SPIN-code: 3253-7996

Neurosurgeon

Russian Federation, Moscow

Igor V. Pryanikov

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology; Peoples’ Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: drpr@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3792-9107
SPIN-code: 8551-2286

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Moscow

Alexandra V. Yakovleva

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: avyakovleva@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0001-9903-7257
SPIN-code: 3133-3281

Junior Researcher, Laboratory of Nutrigenomics and Nutrigenetics

Russian Federation, Moscow

Alexandr A. Shaybak

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: shaybak@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0087-1466
SPIN-code: 8544-5407

Chief of surgery department

Russian Federation, Moscow

References

  1. Потапов А.А., Кравчук А.Д., Лихтерман Л.Б. и др. Реконструктивная хирургия дефектов черепа. Клинические рекомендации. Москва, 2015. [Potapov AA, Kravchuk AD, Likhterman LB, et al. Reconstructive surgery of skull defects. Clinical recommendations. Moscow; 2015. (In Russ).]
  2. Коновалов А.Н., Пилипенко Ю.В., Элиава Ш.Ш. Технические особенности и осложнения краниопластики у пациентов после декомпрессивной трепанации черепа в остром периоде субарахноидального кровоизлияния // Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2018. Т. 82, № 5. С. 88–95. [Konovalov AN, Pilipenko YuV, Eliava ShSh. Technical features and complications of cranioplasty in patients after decompressive craniectomy in the acute period of subarachnoid hemorrhage. Burdenko’s journal of neurosurgery. 2018;82(5)88–95. (In Russ).] doi: 10.17116/neiro20188205188
  3. Pallesen LP, Barlinn K, Puetz V. Role of Decompressive Craniectomy in Ischemic Stroke. Front Neurol. 2019;9: 1119. doi: 10.3389/fneur.2018.01119
  4. Hutchinson PJ, Kolias AG, Tajsic T, et al. Consensus Statement From the International Consensus Meeting on the Role of Decompressive Craniectomy in the Management of Traumatic Brain Injury. Acta Neurochir. 2019 161:1261–1274. doi: 10.1007/s00701-019-03936-y
  5. Malcolm JG, Rindler RS, Chu JK, et al. Early cranioplasty is associated with greater neurological improvement: a systematic review and meta-analysis. Neurosurgery. 2018; 82(3):278–288. doi: 10.1093/neuros/nyx182
  6. Alkhaibary A, Alharbi A, Alnefaie N, et al. Cranioplasty: A Comprehensive Review of the History, Materials, Surgical Aspects, and Complications. World Neurosurg. 2020;139:445–452. doi: 10.1016/j.wneu.2020.04.211
  7. Leão RS, Maior JR, Lemos CA, et al. Complications with PMMA compared with other materials used in cranioplasty: a systematic review and meta-analysis. Braz Oral Res. 2018;32:e31. doi: 10.1590/1807-3107bor-2018.vol32.0031
  8. Robles LA, Cuevas-Solórzano A. Massive brain swelling and death after cranioplasty: a systematic review. World Neurosurg. 2018;111:99–108. doi: 10.1016/j.wneu.2017.12.061
  9. Асланов Б.И., Зуева Л.П., Колосовская Е.Н. и др. Принципы организации периоперационной антибиотикопрофилактики в учреждениях здравоохранения. Федеральные клинические рекомендации. Москва, 2014. 42 с. [Aslanov BI, Zueva LP, Kolosovskaya EN, et al. Principles of organization of perioperative antibiotic prophylaxis in healthcare institutions. Federal clinical guidelines. Moscow; 2014. 42 р. (In Russ).]
  10. Malcolm JG, Mahmooth Z, Rindler RS, et al. Autologous cranioplasty is associated with increased reoperation rate: a systematic review and meta-analysis. World Neurosurg. 2018;116:60–68. doi: 10.1016/j.wneu.2018.05.009
  11. Khader ВА, Towler MR. Materials and techniques used in cranioplasty fixation: A review. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016;66:315–322. doi: 10.1016/j.msec.2016.04.101
  12. Zanotti B, Zingaretti N, Verlicchi A, et al. Cranioplasty: Review of Materials. J Craniofac Surg. 2016;27(8): 2061–2072. doi: 10.1097/SCS.0000000000003025
  13. Alkhaibary A, Alharbi A, Alnefaie N, et al. Cranioplasty: a comprehensive review of the history, materials, surgical aspects and complications. World Neurosurgery. 2020;139: 445–452. doi: 10.1016/j.wneu.2020.04.211
  14. Honeybul S, Morrison DA, Ho KM, et al. A randomised controlled trial comparing autologous cranioplasty with custom-made titanium cranioplasty: long-term follow-up. Acta Neurochir (Wien). 2018;160(5):885–891. doi: 10.1007/s00701-018-3514-z
  15. Еолчиян С.А. Пластика сложных дефектов черепа имплантатами из титана и полиэтерэтеркетона (PEEK), изготовленными по САD/САМ технологиям // Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2014. Т. 78, № 4. С. 3–13. [Yeolchiyan SA. Complex skull defects reconstruction with САD/САМ titanium and polyetheretherketone (PEEK) implants. Burdenko’s journal of neurosurgery. 2014;78(4):3–13. (In Russ).]
  16. Cheng AC, Wee AG. Reconstruction of cranial bone defects using alloplastic implants produced from a stereolithographically-generated cranial model. Ann Acad Med Singap. 1999;28(5):692–696.
  17. Ghai S, Sharma Y, Jain N, et al. Use of 3D-printing technologies in craniomaxillofacial surgery: a review. Oral Maxillofac Surg. 2018;22(3):249–259. doi: 10.1007/s10006-018-0704-z
  18. Nyberg EL, Farris AL, Hung BP, et al. 3D-Printing Technologies for Craniofacial Rehabilitation, Reconstruction, and Regeneration. Ann Biomed Eng. 2017;45(1): 45–57. doi: 10.1007/s10439-016-1668-5
  19. Winn HR. Youmans Neurological Surgery. Sixth Edition. Saunders, Philadelphia; 2011. 505 р.
  20. Prabhakar H, Zulfiqar A, eds. Textbook of Neuroanesthesia and Neurocritical Care. Vol. I: Neuroanesthesia. Springer Nature; 2019. doi: 10.1007/978-981-13-3387-3
  21. Gopalakrishnan MS, Shanbhag NC, Shukla DP, et al. Complications of Decompressive Craniectomy. Front Neurol. 2018;9:977. doi: 10.3389/fneur.2018.00977
  22. Greenberg MS. Handbook of neurosurgery. Fifth edition. Thieme medical publishers, New York; 2001.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. 3D-reconstruction of computed tomography data of a patient with a defect in the bones of the cranial vault.

Download (798KB)
3. Fig. 2. Intraoperative photograph of a titanium mesh implant placed on a defect in the bones of the cranial vault.

Download (811KB)
4. Fig. 3. Polymethyl methacrylate (PMMA) implant.

Download (574KB)
5. Fig. 4. Production of a model of a skull defect and an implant mold using laser stereolithography.

Download (635KB)
6. Fig. 5. Photo of a 3D printer with a workstation for creating 3D models (A) and an example of a printed model of the skull of a patient with bone defects (B).

Download (1MB)
7. Fig. 6. Data of 3D reconstruction of spiral computed tomography of a patient with an implant of the bones of the cranial vault.

Download (764KB)

Copyright (c) 2021 Vorobyev A.N., Pryanikov I.V., Yakovleva A.V., Shaybak A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».