Сравнительный анализ репозиционных возможностей чрескостных аппаратов, работающих на основе компьютерной навигации и аппарата Илизарова

Оригинальные статьи

© Группа авторов, 2009 УДК 616.71-001.5-089.84:004.9

Сравнительный анализ репозиционных возможностей чрескостных аппаратов, работающих на основе компьютерной навигации и аппарата Илизарова

Л Л АА AAA

Л.Н. Соломин , В.А. Виленский , А.И. Утехин , В. Террел

The comparative analysis of the reposition potentials of transosseous devices operating on the basis of computer navigation and the Ilizarov fixator

A A A A AAA

L. Solomin , V. Vilensky , A. Utekhin , V. Terrel

*ФГУ «РНИИТО им. Р.Р. Вредена Росздрава», г. Санкт-Петербург, Россия (директор - д.м.н. проф. Р.М. Тихилов);

**ООО «Орто-СУВ», г. Санкт-Петербург, Россия; Pinnacle Orthopaedics & Sport Medicine Specialists, Marietta, Georgia, USA

Сравнили репозиционные возможности аппаратов работающих на основе пассивной компьютерной навигации -гексаподов (SUV-Frame, Taylor Spatial Frame, Ilizarov Hexapod Apparatus,) и аппарата Илизарова. Проанализированы возможности репозиции костных фрагментов в данных аппаратах в трех стандартных плоскостях и в шести степенях свободы. Выполнено 48 серий экспериментов. Выявлено, что среди аппаратов со свойствами пассивной компьютерной навигации наилучшие возможности по дистракции, плоскопараллельному, угловому перемещению костных фрагментов и ротации обеспечивает конструкция SUV-Frame. Совокупно аппарат Илизарова обеспечивает лучшие показатели перемещения костных фрагментов в сравнении с гексаподами, однако для коррекции каждого компонента деформации необходим монтаж специального унифицированного узла. Ключевые слова: чрескостный остеосинтез, компьютерная навигация, гексаподы, репозиция.

The aim of the study was to compare the reduction potentials of devices, which operate on the basis of passive computer navigation - hexapods (SUV-Frame, Taylor Spatial Frame, Ilizarov Hexapod Apparatus), and the Ilizarov fixator. The potentials of bone fragment reposition have been analyzed in the devices mentioned for three standard planes and for six degrees of freedom. 48 series of experiment have been performed. It has been revealed that among the devices with passive computer navigation characteristics SUV-Frame construction affords the best potentials as regards distraction, translation, angulation of bone fragments and rotation. In the aggregate, the Ilizarov fixator provides the best qualities of bone fragment movement in comparison with hexapods, however, mounting a special unified unit is necessary to correct every component of deformity. Keywords: transosseous osteosynthesis, computer navigation, hexapods, reposition.

ВВЕДЕНИЕ

За время, прошедшее с момента изобретения в 1952 году, аппарат Илизарова получил мировое признание и стал традиционным в лечении переломов и деформаций длинных трубчатых костей [2, 4, 6, 7]. Благодаря универсальности узлов и деталей, в данном аппарате возможно устранить любой вариант смещения костных фрагментов [4, 6, 7]. Однако

Л.Н. Соломин - ведущий научный сотрудник ФГУ «РНИИТО им. Вредена Росздрава», д.м.н. e-mail: solomin-leonid@mail.ru; В.А. Виленский - врач-травматолог, научный сотрудник ФГУ «РНИИТО им. Вредена Росздрава», e-mail: vavilensky@mail.ru;

A.И. Утехин - инженер-конструктор, ООО «Орто-СУВ», г. Санкт-Петрбург, e-mail: utechin@mail.ru;

B. Террел - MD PhD, Pinnacle Orthopaedics & Sport Medicine Specialists, Marietta, Georgia, USA, e-mail: wdterrel@comcast.net.

для устранения каждого из компонентов деформации (ангуляция, ротация, смещение фрагментов по длине и по периферии) в аппарате Илизарова требуется замена унифицированных узлов [4]. При коррекции сложных многоплоскостных многокомпонентных деформаций необходимо выполнить от трех и более перемонтажей аппарата, что требует дополнительных времени и трудозатрат [5].

С середины 90-х годов в мировой ортопедии появились новые аппараты для чрескост-ного остеосинтеза, которые обозначаются единым термином: аппараты со свойствами пассивной компьютерной навигации или гексапо-ды [9, 10]. Это аппарат Taylor Spatial Frame (TSF) производства США [8, 9, 11], Ilizarov Hexapod Apparatus (IHA) производства Герма-

нии [10] и SUV-Frame, разработанный в России [12]. В данных аппаратах два чрескостных модуля, фиксирующих проксимальный и дис-тальный костный фрагменты, соединены между собой шестью стратами (аналоги соединительных стержней в аппарате Илизарова) (рис. 1). Изменение длин страт приводит к взаимному перемещению опор в трех плоскостях и соответственно закрепленных в них костных фрагментов. Поэтому устройство гексапода позволяет одноэтапно устранить многокомпонентную многоплоскостную деформацию. Ра-

бота гексаподов невозможна без прилагающихся к ним программ компьютерной навигации. Благодаря программе, коррекция деформации, устранение смещения костных фрагментов (при переломах) в гексаподе являются математически точными и не требуют многократных перемонтажей аппарата [8, 9, 10, 11].

Вместе с тем, до настоящего времени не сравнены репозиционные возможности аппарата Илизарова и гексаподов. Целью настоящего исследования было установить, у какого из исследуемых аппаратов репозиционные возможности лучше.

а б в

Рис. 1. Модели аппаратов: а - IHA; б - SUV-Frame; в - аппарат Илизарова; г - TSF

г

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В данном эксперименте сравнивались аппараты (рис. 1) с одинаковым расположением чрескостных элементов. Согласно методу унифицированного обозначения чрескостного остео-синтеза (МУОЧО) [3] компоновку каждого из исследуемых аппаратов (аппарат Илизарова, SUV-Frame и IHA) можно обозначить следующей схемой:

II,12,110;III,9-3;IV,2,70 V,12,110;VI,3-9;VII,2,70 --О--.

160 160

Так как в комплекте TSF отсутствуют опоры диаметром 160 мм, для сборки моделей использовались опоры диаметром 155 мм (рис. 1, г): II,12,110;III,9-3;IV,2,70 V,12,110;VI,3-9;VII,2,70

155 0 155 .

Исходное расстояние между опорами у моделей остеосинтеза IHA (140 мм) обусловлено средней длиной каждой из страт. В стандартном наборе аппарата TSF имеется 3 типоразмера страт. Базовые модели собирали, используя среднюю длину среднего типоразмера страт, что обусловило расстояние между опорами 180 мм.

Кроме репозиционных возможностей, обеспечиваемых использованием среднего типоразмера страт, у TSF определяли возможности репозиции при использовании всех типоразмеров страт. В аппарате Илизарова исходное расстояние между опорами равнялось 140 мм, а в аппа-

рате SUV-Frame - 180 мм.

Собирали по три каждой из исследуемых моделей. В качестве костных фрагментов использовали пластиковые макеты большеберцо-вой кости. При центровке аппаратов имитаторы кости располагали в центре опор.

Исследовались возможности аппаратов TSF, IHA, SUV-Frame и аппарата Илизарова в следующих номинациях:

1) максимальное перемещение костных фрагментов по оси (дистракция) (рис. 2);

2) максимальное плоскопараллельное перемещение костных фрагментов по ширине во фронтальной плоскости (смещение кнут-ри/кнаружи) (рис. 3) и в сагиттальной плоскости (смещение кпереди/кзади);

3) максимальное угловое перемещение костных фрагментов во фронтальной плоскости (варус/вальгус) (рис. 4) и в сагиттальной плоскости (антекурвация/рекурвация);

4) максимальное ротационное перемещение костных фрагментов (внутренняя/наружная ротация) (рис. 5).

Измерения в каждом случае проводили троекратно для получения статистически достоверных результатов. Всего проанализировано 48 серий экспериментов.

Рис. 3. Перемещения костных фрагментов по ширине во фронтальной плоскости: а, б - аппаратом TSF; в, г - аппаратом IHA; д, е - аппаратом SUV-Frame; ж, з - аппаратом Илизарова

Рис. 4. Угловые перемещения костных фрагментов во фронтальной плоскости: а - аппаратом TSF (средние длины страт); б - аппаратом TSF (весь диапазон длин страт); в - аппаратом IHA; г - аппаратом SUV-Frame; д - аппаратом Илизарова

Рис. 5. Ротационные перемещения костных фрагментов: а - аппаратом TSF (средние длины страт); б - аппаратом TSF (весь диапазон длин страт); в - аппаратом IHA; г - аппаратом SUV-Frame; д - аппаратом Илизарова

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При исследовании аппаратов были получены следующие результаты.

Перемещение костных фрагментов по оси.

В аппарате TSF при использовании только средних страт максимальное перемещение костных фрагментов относительно друг друга составляет 40 мм. При использовании всего диапазона длин страт - 170 мм.

В аппарате IHA максимальное перемещение костных фрагментов по длине составляет 70 мм.

В аппарате SUV-Frame и аппарате Илизарова можно использовать резьбовые стержни любой длины. Поэтому возможности дистракции в этих аппаратах теоретически не ограничены.

Перемещения костных фрагментов по ширине.

В аппарате TSF при использовании только средних страт максимальное перемещение костных фрагментов относительно друг друга по ширине составляет: кнутри - 75 мм, кнаружи -70 мм, кпереди - 70 мм, кзади - 75 мм. При использовании всего диапазона длин страт: кнутри - 200 мм, кнаружи - 190 мм, кпереди -190 мм, кзади - 200 мм.

В аппарате IHA максимальное перемещение костных фрагментов по ширине составляет: кнутри - 70 мм, кнаружи - 75 мм, кпереди -72 мм, кзади - 76 мм.

В аппарате SUV-Frame и аппарате Илиза-рова можно использовать резьбовые стержни любой длины. Поэтому плоскопараллельное перемещение фрагментов относительно друг друга в этих конструкциях теоретически не ограничено.

Угловые перемещения костных фрагментов. В аппарате TSF при использовании только средних страт максимальное угловое перемещение костных фрагментов относительно друг друга составляет: варусное - 24°, вальгусное -25°, антекурвация - 35°, рекурвация - 31° При использовании всего диапазона длин страт: ва-русное - 40°, вальгусное - 42°, антекурвация -37°, рекурвация - 37°

В аппарате IHA максимальное угловое перемещение костных фрагментов составляет: варусное - 32°, вальгусное - 38°, антекурвация -40°, рекурвация - 30°

В аппарате SUV-Frame максимальное угловое перемещение костных фрагментов составляет: варусное - 50°, вальгусное - 48°, антекурва-ция - 42°, рекурвация - 43°.

В аппарате Илизарова максимальное угловое перемещение костных фрагментов составляет: варусное - 65°, вальгусное - 65°, антекурва-ция - 72°, рекурвация - 68°

Ротационные перемещения костных фрагментов.

В аппарате TSF при использовании только средних страт максимальное ротационное перемещение костных фрагментов относительно друг друга составляет: кнаружи - 20°, кнутри -20°. При использовании всего диапазона длин страт: кнаружи - 75°, кнутри - 69°.

В аппарате IHA максимальное ротационное перемещение костных фрагментов составляет: кнаружи - 42°, кнутри - 38°.

В аппарате SUV-Frame максимальное рота-

ционное перемещение костных фрагментов составляет: кнаружи - 77°, кнутри - 75°.

В аппарате Илизарова максимальное ротационное перемещение костных фрагментов без переустановки унифицированного ротирующего узла составляет 28°. При многократной переустановке ротирующего узла возможности устранения ротационной деформации аппаратом Илизарова становятся, теоретически, неограниченными. В частности, для поворота костного фрагмента на 90° требуется 3 переустановки узла; для поворота 180° - 6 переустановок; для поворота 270° - 10 переустановок.

Так как по условиям эксперимента имитаторы кости располагали в центре опор, это позволило при ротации избежать вторичного смещения фрагментов по ширине [3].

Репозиционные возможности

Полученные в ходе эксперимента результаты обобщены в таблице 1 и диаграмме (рис. 6).

Анализ таблицы и диаграмм позволяет утверждать следующее. Лучшие результаты при смещении костных фрагментов по длине и по периферии обеспечивают SUV-Frame и аппарат Илизарова. Максимальная угловая коррекция может быть обеспечена аппаратом Илизарова. Среди аппаратов со свойствами пассивной компьютерной навигации лучшие результаты при коррекции углового компонента деформации получены при тестировании SUV-Frame. Максимальные цифры при коррекции ротационных деформаций достижимы в аппарате Илизарова, но при условии неоднократной переустановки ротирующего узла. Среди гек-саподов в этой номинации лучшие результаты достигнуты при использовании SUV-Frame.

Таблица 1

юдов и аппарата Илизарова

TSF IHA SUV-Frame Аппарат Илизарова

Осевое перемещение 170 70 Не огранич. Не огранич.

Плоскопараллельное перемещение во фронтальной плоскости (кнутри/кнаружи) 200/190 70/75 Не огранич. Не огранич.

Плоскопараллельное перемещение в сагиттальной плоскости (кпереди/кзади) 190/200 72/76 Не огранич. Не огранич.

Угловое перемещение варус/0/вальгус 40/0/42 32/0/38 50/0/48 65/0/65

Угловое перемещение антекурва-ция/0/рекурвация 37/0/37 40/0/30 42/0/43 72/0/68

Ротация внутренняя/0/наружная 69/0/75 38/0/42 75/0/77 Не огранич.

Рис. 6. Диаграммы максимально возможных величин перемещения костных фрагментов

ВЫВОДЫ

1. Среди аппаратов со свойствами пассивной компьютерной навигации наилучшие возможности при дистракции, плоскопараллельному, угловому перемещению костных фрагментов и ротации обеспечивает конструкция SUV-Frame.

2. Аппарат Илизарова обеспечивает лучшие

показатели перемещения костных фрагментов в сравнении с гексаподами, однако для коррекции каждого компонента деформации необходим монтаж специального унифицированного узла, что усложняет использование этой конструкции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бейдик, О. В. Пути оптимизации лечения больных с травмами и деформациями конечностей методом наружного чрескостного остеосинтеза : автореф. дис... д-ра мед. наук / О. В. Бейдик ; Самар. гос. мед. ун-т. - Самара, 1999. - 39 с.

2. Девятов, А. А. Чрескостный остеосинтез / А. А. Девятов. - Кишинев : Штиинца, 1990. - 316 с.

3. Метод унифицированного обозначения чрескостного остеосинтеза длинных костей : метод. рекомендации / сост. : Л. Н. Соломин [и др.]. - СПб., 2004. - 21 с. - Режим доступа: http//rniito.org/solomin/download/mudef.zip.

4. Соломин, Л. Н. Основы чрескостного остеосинтеза аппаратом Г. А. Илизарова / Л. Н. Соломин. - СПб., 2005. - 544 с.

5. Результаты коррекции по методу Илизарова деформаций бедра и голени / Л. Н. Соломин [и др.] // Травматол. ортопед. России.

- 2008. - № 3. - С. 44-45.

6. Шевцов, В. И. Дефекты костей нижних конечностей. Чрескостный остеосинтез по методикам Российского научного центра "ВТО" им. академика Г. А. Илизарова / В. И. Шевцов, В. Д. Макушин, Л. М. Куфтыев. - Курган : Зауралье, 1996 - 504 с.

7. Шевцов, В. И. Реабилитация больных с неправильно сросшимися переломами костей голени / В. И. Шевцов, А. М. Аранович, Р. М. Бородайкевич. - Курган : Дамми, 2003. - 284 с.

8. Correction of tibial malunion and non-union with six-axis analysis deformity correction using the Taylor Spatial Frame / D. S. Feldman [et al.] // J. Orthop. Trauma. - 2003. - Vol. 17. - P. 549-554.

9. Paley, D. Principles of deformity correction / D. Paley. - New York : Springer-Verlag, 2005. - 806 p.

10. Correction of deformities with conventional and hexapod frames - comparison of methods / R. Rodl [et al.] // Z. Orthop. Ihre Grenzgeb.

- 2003. - Bd. 141, H. 1. - S. 92-98.

11. Lower limb deformities in children : two-stage correction using the Taylor Spatial Frame / M. Sluga [et al.] // J. Pediatr. Orthop. -2003. - Vol. 12-B, No 2. - P. 123-128.

12. Solomin, L. The basic principles of external fixation using the Ilizarov device / L. Solomin. - Milan : Springer-Verlag, 2008. - 358 p.

Рукопись поступила 01.12.08.

Предлагаем вашему вниманию

гГ. ¡Макушин

Межберцовое синостозирование

В.И. Шевцов, В.Д. Макушин ОРГАНОСБЕРЕГАЮЩИЕ ОПЕРАЦИИ

(Межберцовое синостозирование аппаратом Илизарова) Издательство «Зауралье», 2008 г. - 584 с. !8ВМ 978-5-87247-479-1

В монографии представлены разнообразные восстановительные технологии лечения с помощью аппарата Илизарова больных, страдающих сложными формами дефектов большеберцовой кости различного генеза.

Сохранные операции обоснованы экспериментальными, биомеханическими, функциональными и клиническими исследованиями в зависимости от анатомо-функциональных нарушений.

Подробное описание методик операций дает представление о диапазоне и преимуществах применения чрескостного остеосинтеза у детей и взрослых, когда необходима альтернатива сохранения конечности при «ампутационных ситуациях». Данные функциональных исследований обосновывают целесообразность методик чрескостного остеосинтеза в сочетании с МБС.

Монография богато иллюстрирована рисунками, схемами остеосинтеза и клиническими примерами.

Предназначена для широкого круга хирургов-ортопедов, имеющих опыт использования аппаратов внешней фиксации, слушателей факультетов квалификации, преподавателей кафедр НИИТО, студентов медицинских ВУЗов.