Оценка точности послеоперационных результатов виртуального планирования хирургического этапа комбинированного лечения пациентов с гнатическими формами патологии прикуса

Цель исследования. Усовершенствование методов предоперационного планирования хирургического этапа комбинированного лечения пациентов с аномалиями челюстей с применением 3D-технологий с по- следующей оценкой точности полученного результата.
Материал и методы. В исследуемые группы вошли 90 пациентов с аномалиями развития челюстей в период с 2017 по 2021 г. в возрасте от 18 до 45 лет. Комплексное обследование, предоперационное виртуальное планирование и комбинированное лечение зубочелюстных аномалий провели 45 пациентам женского пола, 45 – мужского. Пациенты были распределены в 3 группы по 30 человек в зависимости от метода планиро- вания. Оценку качества предоперационного планирования и послеоперационных результатов проводили по 35 цефалометрическим координатам.
Результаты. По результатам вычисления абсолютного размера планового и фактических перемещений, а также отклонения значений после операции от плана для каждой из 35 координат для первой группы были выявлены несоответствия в 20 из 35 координат. Для второй группы показали несоответствия только в 4 из 35 координат. Для третьей группы выявили несоответствия в 7 из 35 координат.
Заключение. Развитие цифровых технологий в медицине привело к появлению широкого спектра инструмен- тов, направленных на повышение точности планирования операций и визуализации ожидаемых изменений у пациента. Использование трехмерных (3D) методов визуализации позволяет объединить информацию о структуре мягких тканей лица, лицевого скелета и зубного ряда. Компьютерное моделирование операций становится все более важным инструментом в области челюстно-лицевой хирургии, т.к. это предоставляет улучшенные возможности для предоперационного планирования и снижения возможных рисков на всех этапах – до, во время и после операции.
Ключевые слова: ортогнатическая хирургия, виртуальное хирургическое планирование, 3D анализ, CAD/ CAM сплинт, 3D печать хирургического сплинта
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Работа выполнена без спонсорской поддержки.

Purpose of the study. To improve the methods of preoperative planning of the surgical stage in the combined treatment of patients with jaw abnormalities using 3D technologies with subsequent assessment of the accuracy of the result obtained.
Material and methods. The study group included 90 patients with jaw malformations aged from 18 to 45 years. in the period from 2017 to 2021. Comprehensive examination, preoperative virtual planning, and combined treatment of the dentoalveolar abnormalities were performed in 45 female and 45 male patients. The patients were assigned into 3 equal groups of 30 subjects depending on the planning method. The quality of preoperative planning and postoperative results were assessed using 35 cephalometric measurements. Results. According to the results of calculating the absolute magnitude of planned and actual relocations, as well as the deviation of postoperative values from the plan for each of the 35 measurements, inconsistencies were revealed in 20 of 35 coordinates in the FIRST group. The SECOND group showed inconsistencies in only 4 of the 35 measurements. The THIRD group had discrepancies in 7 out of 35 measurements.
Conclusion. The development of digital technologies in medicine has generated a wide range of tools to improve the accuracy of surgical planning and visualization of expected changes in the patient. The use of three-dimensional (3D) imaging techniques allows to combine information about the structure of the soft tissues of the face, facial skeleton, and dentition. Computer simulation of operations is becoming an increasingly important tool in the field of maxillofacial surgery, as it provides superior opportunities for preoperative planning and reduction of possible risks at all stages – before, during, and after surgery.
Key words: orthognathic surgery, virtual surgical planning, 3D analysis, CAD/CAM surgical splint, 3D-printed surgical splint
Conflicts of interest. The authors have no conflicts of interest to declare. Funding. There was no funding for this study.

Введение Точное планирование лечения – один из основных этапов ортогнатической хирургии для получения оптимальных эсте- тических и окклюзионных результатов [1–4]. Тщательное пла- нирование хирургического этапа комбинированного лечения пациентов с аномалиями развития челюстей играет ключевую роль в достижении оптимальных эстетических и функциональ- ных результатов [1, 5–6, 15]. В последние годы значительные успехи были достигнуты в области диагностики, предоперационного планирования и лече- ния пациентов с аномалиями челюстей [8–9, 13, 15]. Применение современных методов диагностики, таких как конусно-лучевая объемная томография (КЛКТ), стереофотограмметрия и трех- мерные программы компьютерного моделирования, обеспечи- вает получение точной и достоверной информации о строении черепа и мягких тканей лица [7, 10, 16]. Поэтому представляется актуальным поиск наиболее опти- мальных методик планирования, направленных на повышение эффективности и качества проводимого лечения и предупре- ждение возникновения осложнений [1, 4, 16, 17], а также поиск наиболее точных методов оценки качества планируемого и проведенного хирургического лечения. Материал и методы В исследуемые группы вошли 90 пациентов в возрасте от 18 до 45 лет, распределенные в 3 равные группы по 30 чело- век, в период с 2017 по 2021 г. Каждая группа представлена пациентами с диагнозом II и III скелетный класс. Комплексное обследование, предоперационное виртуальное планирование и комбинированное лечение зубочелюстных аномалий провели 45 пациентам женского пола, 45 – мужского. Оценку качест- ва предоперационного планирования и послеоперационных результатов проводили по 35 цефалометрическим координатам. Первая группа была представлена пациентами, которым про- водился метод планирования с использованием хирургии гип- совых моделей и изготовлением акриловых сплинтов в зуботех- нической лаборатории. Во второй группе использовался метод 3D-планирования в виртуальном программном обеспечении, с последующим изготовлением сплинтов с помощью 3D-принтера. В третьей группе также использовали метод 3D-планирования в виртуальном программном обеспечении, но сплинты были отфрезерованы при помощи CAD/CAM технологий. Пациентам провели клинические и дополнительные методы обследования (КЛКТ, 3D-фотографированиея, сканирование гисповых моделей). Для планирования хирургического этапа комбинированного лечения использовали Dolphin Imaging 11.98. Сопоставляли КЛКТ с 3D-фото пациента и сканированными моделями челюстей, проводили виртуальную остеотомию верхней челюсти по типу ЛеФорI, межкортикальную остеотомию нижней челюсти, остеотомию подбородочного отдела. В дальнейшем полученные в смыкании челюсти подвергались ротационным движениям, трансверзальным, горизонтальным, вертикальным перемещениям с целью эстетической коррекции профиля. Измерения проводили для всех групп как на предоперацион- ном этапе, так и на послеоперационных КЛОТ. КЛОТ с прове- денной виртуальной остеотомией предоперационного этапа и послеоперационные КЛОТ были объединены нами в одной и той же системе координат на основе вокселей в программе Geomegic Control X 3D. Использовалась локальная система координат, которая определялась неподвижными анатомическими ориенти- рами черепа: 1) линией Or-Po, которая представляла собой ось Y (рис. 1А); 2) Ось Z параллельна среднесаггитальной плоскотью (MSP), и представлена линией через Sella-Nasion-Dens рис. 1Б); 3) Ось X определялась в соответствии с осями Y и Z (рис. 1В). Установлены 3 исходные плоскости: 1) среднесагиттальная плоскость (MSP) была определена N-S-Dens. Она представляет срединную линию черепа в переднезаднем (AP) направлении (рис. 1Б, 2А); 2) горизонтальная плоскость (HP) перпендику- лярна оси Z и находится на плоскости. Плоскость содержит линию Or-Po, которая была использована в этом исследовании для напоминания FHP (рис. 2Б); 3) корональная плоскость (CP) перпендикулярна оси Y и проходит через Dens (рис. 2В.). Данные, извлеченные из хирургического плана до и после операции, были измерены и классифицированы следующим образом: 1) Коррекция средней линии, которая включает: a) движение yaw центральной плоскости верхней челюсти (MxCP) (º): угол, образованный MxCP и MSP; б) движение yaw центральной плоскости нижней челюсти (MdCP) (º): угол, образованный MdCP и MSP (рис. 3 А, Б). 2) Коррекция окклюзионной плоскости: a) движение pitch верх- ней челюсти (º): угол, образованный длинной осью централь- ных резцов верхней челюсти (линия проходит через U1 и точку между вершинами центральных резцов верхней челюсти) и горизонтальной плоскостью; b) Движение roll окклюзионной плоскости верхней челюсти (MxOP) (º): угол, образованный окклюзионной плоскостью верхней челюсти и горизонтальной плоскостью; c) roll движение окклюзионной плоскости ниж- ней челюсти (MdOP) (º): угол, образованный окклюзионной плоскостью нижней челюсти и горизонтальной плоскостью (рис. 4 А, Б, В). 3) Коррекция переднезаднего (AP) положения: a) отношение AP верхней и нижней челюсти (º): угол, образованный A-N-B (рис. 5а; b) AP положение верхней челюсти (мм): расстояние между точкой A и CP; c) AP положение нижней челюсти (мм): расстояние между B и CP (рис. 5Б). 4) Коррекция пропорции передней части лица: a) вертикальная высота верхней передней части лица (UAFH) (мм): расстоя- ние между точкой N и ANS; b) вертикальная высота нижней передней высоты лица (LAFH) (мм): расстояние между ANS и Me; c) доля верхней и нижней передней части лица (UAFH / LAFH): соотношение между верхней и нижней передней лицевой высотой (рис. 6). Для статистических сравнений использовали параметрические критерии: F-критерий Снедекора–Фишера и критерии Левина для проверки равенства дисперсий, критерий Уэлча – в случае статистически значимо различающихся дисперсий, однофакторный дисперсионный анализ для независимых выборок. Для множественных апостериорных сравнений, когда число сравниваемых выборок (групп) больше двух, использовали критерий Тьюки с поправкой на множественность сравнений по Бонферрони. Для вычислений использована программа PAST и JASP. Результаты Наша цель состояла в том, чтобы определить наиболее эффективный способ переноса операционного планирования в хирургический этап комплексной реабилитации пациентов с аномалиями развития челюстей. Мы сравнили стандартный метод планирования с использованием сплинта, изготовлен- ного из быстротвердеющей пластмассы; сплинтов, изготовлен- ных с помощью 3D-принтера или CAD/CAM фрезера. Для оцен- ки точности планирования были соотнесены 90 КЛОТ на этапе планирования с 90 КЛОТ, проведенных через месяц после операции. По результатам вычисления абсолютного размера планового и фактических перемещений, а также отклонения значений после операции от плана для каждой из 35 коорди- нат для первой группы были выявлены несоответствия в 20 из 35 координат. Только координаты B_X 1.19 мм (М) и 1.22 мм (Ме), B_Y 1.98 мм и 1.65 мм, Xi (R)_Z 1.90 мм и 1.64 мм, Xi (L)_X 1.74 мм и 1.84 мм, Xi (L)_Y 1.90 мм и 1.67 мм, LU6_X 1.88 мм и 1.72 мм, RL6_X 1.84 мм и 1.48 мм, LL6_X 1.93 мм и 1.62 мм, угол, образованный MxCP и MSP 1.45 и 1.53, угол, образованный MdCP и MSP 1.17 и 0.87, угол, образованный окклюзионной плоскостью верхней челюсти и горизонтальной плоскостью 0,76 и 0,66, угол, образованный окклюзионной плоскостью нижней челюсти и горизонтальной плоскостью 0,59 и 0,51, ∠ANB (°) 0.68 и 0.56, A-CP 1.64 и 1.51, UAFH/LAFH (%) 0.06 и 0.05 максимально близки в послеоперационный период к плановым значениям. Результаты вычисления абсолютного размера планового и фактических перемещений, а также отклонения значений после операции от плана для каждой из 35 координат для второй груп- пы показали несоответствия только в 4 из 35 координат (рис. 8). Различия были выявлены только в координатах B_Y 2.26 мм и 1.80 мм, ∠U1 axis-HP(°) 4.38 и 3.76, Изменение высоты верхней части лица UAFH 3.59 мм и 3.22 мм, Изменение нижней части высоты лица LAFH 3.00 мм и 2.13 мм. Результаты вычисления абсолютного размера планового и фактических перемещений, а также отклонения значений после операции от плана для каждой из 35 координат для третьей группы выявили несоответствия в 7 из 35 координат (рис. 9). Различия выявлены в координатах A_Z 2.33 мм и 1.33 мм, B_Y 2.21 мм и 1.86 мм, B_Z 2.01 мм и 1.40 мм, LU6_Z 2.12 мм и 0.99 мм, ∠U1 axis-HP(°) 4.03 и 2.87, Изменение высоты верхней части лица UAFH 2.80 мм и 2.27 мм, Изменение нижней высоты лица LAFH 3.76 мм и 3.38 мм. Обсуждение Статистически значимые на уровне 0,005 различия в координатах, которые представляют собой первые моляры связано с изменением положением зубов за счет ортодон- тической тяги в послеоперационный период, возможное при- шлифовывание интраоперационно бугров моляров. Различие в координатах A, B, Xi, ∠MxCP и MSP зачастую связано с неконтролируемой ротацией во время операции. Изменения в переднезаднем положении Pog-CP чаще всего обусловле- но активным мышечным гипертонусом в постоперационном периоде. Проведенное исследование позволяет сделать выводы, что виртуальное хирургическое планирование играет важную роль в достижении более предсказуемых результатов в ортогнатических хирургических манипуляциях. Различные методы перевода вирту- ального хирургического плана в реальность (3D-cплинты, CAD/CAM- сплинты) могут повлиять на результат. Внутренние опорные плоско- сти, использованные в данном исследовании для оценки точности хирургического плана, обладают несколькими преимуществами. Первоначально они определяются неподвижными точками черепа, которые не могут быть затронуты хирургическими манипуляциями или выраженной асимметрией челюстно-лицевой области. Кроме того, многие точки, использованные в анализе, уже применяются в цефалометрии, что может быть известно другим докторам [6, 16]. Заключение Широкое внедрение цифровых технологий в медицинской сфере привело к появлению множества инструментов, наце- ленных на повышение точности предоперационного планиро- вания и визуализации предстоящих изменений у пациентов. Использование трехмерных (3D) методов визуализации и пла- нирования позволяет объединить данные о мягких тканях лица, скелете и зубах, что способствует созданию индивидуально адаптированных планов остеотомии и оценке различных хирур- гических сценариев в виртуальной среде. Значение компьютер- ного моделирования операций в области челюстно-лицевой хирургии постепенно увеличивается, поскольку эти технологии предлагают улучшенные возможности для предоперационного планирования и снижения рисков на всех этапах лечения: до операции, во время нее и после нее. В данном исследовании все измерения проводил один и тот же человек, чтобы уменьшить возможные расхождения между оценкой положения цефалометрических точек.