РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА ДЛЯ ОТРАБОТКИ ПРАКТИЧЕСКИХ НАВЫКОВ ПО НЕЙРОХИРУРГИИ, ЧЕЛЮСТНО-ЛИЦЕВОЙ ХИРУРГИИ, С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМБИНАЦИИ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Тренажер является крайне актуальным и необходимым для отработки практических навыков хирургов по таким специализациям как нейрохирургия и челюстно-лицевая хирургия, так как снижается необходимость в использовании кадаверного материала, который в свою очередь требует определенных условий хранения, характеризуется высокой токсичностью и несет биологическую опасность.

Наша разработка позволит моделировать различные клинические ситуации для проведения пластических и реконструкционных мероприятий в области мозгового и лицевого отдела черепа.

ABSTRACT

This simulator is extremely relevant and necessary for developing the practical skills of surgeons in neurosurgery and maxillofacial surgery. It will reduce the need in using cadaver material, which requires certain storage conditions, is characterized by high toxicity and carries a biological hazard.

Our elaboration will allow us to simulate various clinical situations for carrying out plastic and reconstructive operations in the area of the brain and facial part of the skull.

Ключевые слова: анатомия, хирургия, тренажер, 3D-msla, модель

Keywords: anatomy, surgery, simulator, 3D-msla, model

Введение: Использование 3D моделей в данной области помогает определить как безопасно и точно выполнять определенные манипуляции. Использование таких технологий играет важную роль в обучении врачей и хирургов в других областях медицины [5, с. 338].

В целом, моделирование является важным инструментом в медицинском образовании и обучении, помогая хирургам приобрести и улучшить свои навыки, а также обеспечить безопасную среду для практики. Частота применений таких методик продолжает расти в различных медицинских специальностях, и по мере развития технологий моделирование, вероятно, будет играть еще более значительную роль в медицинском образовании в будущем [2, с. 35].

Цель:

1. Разработать и создать новый хирургический тренажер для отработки навыков по челюстно-лицевой и нейрохирургии, который будет сочетать в себе аддитивные технологии 3D-печати и использование биологических тканей животного происхождения.
2. Разработать программное обеспечение для тренажера, которое будет моделировать различные патологии и давать рекомендации по их лечению.
3. Использовать биосовместимые и биоразлагаемые полимеры для замены костной ткани в тренажере.

Задачи:

1. Протестировать прототип тренажера и, в случае положительных результатов, начать серийное производство тренажеров.
2. Внедрить тренажеры в учебные программы медицинских вузов и учреждений для подготовки хирургов и повышения их квалификации.

Материалы и методы: Предложенный тренажер изготавливается из низкотоксичных и доступных материалов. Изготовление базовой 3D модели черепа хоть и является достаточно сложным процессом, требующим правильное соблюдение пропорции, высокой детализации, но при этом является однократным и не требует в дальнейшем быстрой замены. Саму базу, череп напечатанный на 3D - msla принтере можно при необходимости тиражировать.  Стоит отметить, что впервые предложен хирургический тренажер, для отработки практических навыков по челюстно-лицевой и нейрохирургии в котором реализована комбинация аддитивных технологий 3D - msla печати и заменяемых элементов, изготовленных из биологических тканей животного происхождения. Данный тренажер имеет натуральную величину, сохраненные пропорции, топографо-анатомические особенности, присущие костной основе головы.

Предложенные на рынке модели, либо изготовлены полностью из полимерных материалов, которые не отражают качественные характеристики натуральной кости, при этом являются еще и дорогими, с недешевыми расходными материалами [3, с. 38]. Существуют заводские поточные модели, в которых соблюдены топографо-анатомические особенности мозгового отдела головы, послойное строение отдельных областей, но предлагаемый расходный материал, крайне дорогой и изготовлен из полимерных материалов [1, с. 469]. Так же, в информационном пространстве найдена модель, где кость изготовлена из крайне токсичного и дорого стоматологического полимерного материала. В тоже время, существует тренажер, который является хорошей альтернативой, но он основан на технологии виртуальной реальности, что не позволяет в полной мере качественно овладеть необходимыми мануальными навыками [4, с. 477].

Результаты: Первый этап: подготовить и изготовить с помощью аддитивных технологии msla печати   высоко детализированную 3D модель черепа, в которой в области свода будут находиться технологические окна с замками (резьбовые фиксаторы) по краям для установки и фиксации элементов кости. В области лицевого черепа, данные технологические окна будут находиться на уровне костной основы носа, с возможностью установки костей из того же состава и фрагмента хряща носовой перегородки (биологического животного происхождения или изготовленного из полимерного состава, с заданными характеристиками).

Второй этап: подготовить заменяемые фрагменты кости из разработанного ранее состава и изучить их физические характеристики (механическая прочность, вязкость материала, упругость) путем нанесения трефинационных (фрезевых) отверстий, скалыванием и сравнить с натуральной нефиксированной костью.

Планируется многократное тестирование образца, для подгонки необходимых параметров с хорошей повторяемостью при тиражировании. Производство данных заменяемых элементов также практически безвредно и финансово выгодно.

Рисунок 1. Нанесенные трефинационные отверстия

Третий этап: внедрить полученный тренажер в симуляционное обучение по хирургическому направлению.

Выводы

В ходе работы получен тренажер, который представляет из себя костную основу, полноразмерная модель черепа, выполненную с помощью аддитивных технологий 3D-msla печати, в котором сформированы технологические окна с замками для установки в них сменных элементов кости рис 2. Сменные элементы изготовлены из костной муки и цементирующего вещества на базе смол высокой вязкости. Полость черепа выполнена баллистическим желатином, который моделирует головной мозг, под сменные вставки устанавливаются тонкие силиконовые элементы - твердая мозговая оболочка. Сверху костной основы располагается маска из многослойного силикона, отражающее послойное строение топографо-анатомических областей.

Рисунок 2. Модель черепа с окном для установки в них сменных элементов кости

Список литературы:

1. Ахмедова Л. Н., Ослопова А. А., Маркова Г. А. 3D-моделирование препаратов как дополнительный метод визуализации при обучении студентов на кафедре анатомии // Медицина завтрашнего дня: Материалы XVI межрегиональной научно-практической конференции студентов и молодых ученых: сборник научных трудов. - Чита: Читинская государственная медицинская академия, 2017. - С. 469.
2. Виноградова С.В., Фоменко А.В., Сорочинская О.И., Ходевцева В.А., Щербаков Г.Е. Обзор методик и их модификация с целью повышения качества используемых учебных материалов в образовательном процессе на кафедрах анатомического профиля медицинских вузов // молодежь в науке 2023: Сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса. - Петрозаводск: Международный центр научного партнерства «Новая Наука», 2023. - С. 27-36.
3. Лазутина Г. С., Овчинникова Н. В., Линник Т. А. Использование 3D-технологий в учебном процессе на кафедре анатомии // Материалы межрегиональной заочной научно-практической Интернет-конференции, посвященной 90-летию со дня рождения первого заведующего кафедрой анатомии с курсом оперативной хирургии и топографической анатомии доктора медицинских наук, профессора Александра Васильевича Краева. - Киров: Кировский государственный медицинский университет, 2018. - С. 36-43.
4. Силен К., Карлгрен К., Йельмквист Х. Трехмерная визуализация аутентичных случаев при изучении анатомии – исследование образовательного дизайна. // BMC Medical Education. - Великобритания: BioMed Central, 2022. - С. 477.
5. Фоменко А. В., Афанасьев, Жильников Д. И. Дополнение нормальной и топографической анатомии современными методами 3D-моделирования макропрепаратов // Материалы VII Международной морфологической научно-практической конкурс-конференции студентов и молодых ученых, посвященной 125-летию со дня рождения профессора В.М. Константинова. - Новосибирск: Новосибирский государственный медицинский университет, 2022. - С. 338-341.