Способ предоперационного планирования фиксации вертлужного компонента винтами с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава
METHOD FOR PREOPERATIVE PLANNING OF FIXATION OF ACETABULAR COMPONENT WITH SCREWS FOLLOWED BY ARTHROPLASTY OF HIP JOINT

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для предоперационного планирования фиксации вертлужного компонента винтами с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава.
Известен способ предоперационного планирования фиксации вертлужного компонента винтами с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава (https ://yandex. ш/turbo/s/msk-artusmed.ru/endoprotezirovanie/kompyutemaya-navigatsiya/), заключающийся в том, что перед операцией выполняют лучевые исследования, на основании которых создают трехмерную виртуальную модель, данные которой загружают в навигационную станцию и вовремя операции определяют анатомические известные ориентиры, с дополнительной установкой датчиков на тазовую кость, на основании которых происходит позиционирование ацетабулярного компонента.
Недостатки данного способа заключаются в том, что высок риск неверного определения координатных точек, связанных с квалификацией хирурга и с высокой возможностью смещения датчиков, что приводит к неточности соответствия виртуальной анатомической модели истинным анатомическим параметрам. Сложность в использовании навигационной системы в связи с использованием комплексного многозадачного оборудования. Большая продолжительность определения координатных точек, приводит к увеличению продолжительности хирургического вмешательства. Способ ограничен по применению, его можно использовать только при стандартном первичном эндопротезировании, когда анатомия вертлужной впадины не нарушена, и требуется позиционирование стандартного ацетабулярного компонента в рамках нормальной анатомии.
Известен способ предоперационного планирования фиксации вертлужного компонента винтами с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава (The Bone & Joint JoumalVol. 97-B, No. 6 M. Baauw G. G. van Hellemondt M. L. van Hooff M. Spruit Published Online: 1 Jun 2015 пациенту с выявленным при рентгенологическом исследовании дефектом вертлужной впадины, которому планируют имплантацию индивидуального изделия (имплантата) для замещения дефекта в ходе предстоящего эндопротезирования тазобедренного сустава, перед операцией проводят МСКТ таза для определения формы, распространенности дефекта вертлужной впадины и качества костной ткани по краям дефекта. Затем используют специальное программное обеспечение для вычитания всех артефактов, чтобы оценить дефект кости (форму, распространенность, размеры, качество формирующей дефект костной ткани). Производят оценку дефекта с учетом сохранности окружности вертлужной впадины, переднего и заднего краев вертлужной впадины, передней и задней колонны впадины с учетом классификации Paprosky, затем оценивают объем потери костной ткани и качество оставшейся костной ткани вертлужной впадины. Планируют правильное положение имплантата с ориентацией в необходимом пространственном положении с необходимым углом инклинации, антеверсии и восстановлением центра ротации. Планируют место проведения, направление и длину винтов. Для обеспечения максимальной жесткой первичной фиксации имплантата, учитывают качество костной ткани, оставшейся в вертлужной впадине. Используя полученные данные, изготавливают имплантат. Перед операцией эндопротезирования дополнительно производят трехмерную пластиковую анатомическую модель костного дефекта, пробные имплантаты модульного и моноблочного типа, направляющие для сверления для достижения запланированного введения по месту и направлению винтов. Во время операции определяют дефект впадины в соответствии со сложившимися представлениями на этапе предоперационного планирования по результатам МСКТ исследования о
форме, протяженности, конфигурации дефекта. Затем, ориентируясь на изготовленную пластиковую модель дефекта таза, применяя пробные пластиковые имплантаты разных размеров, определяют запланированное на предоперационном этапе положение имплантата, после чего имплантируют изготовленную из титана запланированную модель имплантата. Модель фиксируют винтами, и в нее имплантируется цементная чашка эндопротеза тазобедренного сустава или вкладыш с той же инклинацией и антеверсией, что и сам имплантат.
Недостатки данного способа заключаются в том, что подбор пластиковых шаблонов имплантата во время операции приводит к увеличению времени проведения операции. Высок риск контаминации бактериями операционной раны, так как подбор шаблонов имплантата происходит, непосредственно в ране во время операции. Изготовление пластиковых моделей дефекта тазобедренного сустава и разноразмерных примерочных шаблонов имплантата увеличивают время предоперационного планирования и материальные затраты. Способ ограничен по применению, так как зависит от индекса массы тела пациента. С высоким показателем данный способ затруднителен в применении, поскольку при увеличении глубины раны, уменьшается операционный обзор, это приводит к неточности позиционирования индивидуального имплантата. Низкая точность предоперационного планирования, так как позиционирование обусловлено сначала ручным сопоставлением шаблона индивидуального имплантата с пластиковой моделью дефекта вертлужной впадины, затем ручным воспроизведением, достигнутого положения шаблона имплантата в модели, в костном дефекте вертлужной впадины, с нанесением в ручном режиме координатных точек на краях костного дефекта вертлужной впадины, относительно установленного шаблона имплантата, с последующей его заменой на итоговый имплантат путем ручного сопоставления итогового имплантата с нанесёнными ранее координатными точками на краях костного дефекта вертлужной впадины, что приводит к субъективности результата, и как следствие к неточной фиксации вертлужного компонента.
Известен способ предоперационного планирования фиксации вертлужного компонента винтами с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава (патент РФ № 2665153 от 09.10.2017) принятый за прототип, включающий формирование трехмерных моделей костей таза пациента и серийного вертлужного компонента с планированием их оптимального взаимопозиционирования, на краю модели вертлужного компонента отмечают ориентир, а на его полусфере позиционируют отверстия для проведения фиксирующих винтов, через центры указанных отверстий проводят оси, на которых формируют конусы, соответствующие допустимым отклонениям проводимых винтов, с вершинами, находящимися в точках пересечения осей с наружным краем полусферы, затем совмещают полученную модель вертлужного компонента с моделью таза и задают необходимые расположение центра ротации головки эндопротеза и углы фронтальной инклинации и антеверсии, выполняют удаление костной ткани в объеме, необходимом для установки вертлужного компонента эндопротеза, далее вращают модель вертлужного компонента вокруг оси полусферы и, не меняя углы фронтальной инклинации и антеверсии компонента, подбирают необходимое количество винтов, их длину, направления и отверстия для их проведения, на модели костей таза отмечают края вертлужного компонента с ориентиром, формируют туннели, соответствующие направлению введения винтов, после чего методом трехмерной печати из стерилизуемого материала воспроизводят фрагмент полученной модели костей таза, которую используют во время операции для достижения запланированной позиции вертлужного компонента и проведения винтов согласно ранее определенным параметрам.
Недостатки данного способа заключаются в том, что изготовление пластиковых моделей дефекта тазобедренного сустава и разноразмерных примерочных шаблонов имплантата увеличивают время предоперационного планирования и материальные затраты. Низкая точность предоперационного планирования, так как при позиционировании в ручном режиме первым этапом на модели костей таза позиционируют вертлужный компонент относительно виртуально созданного ориентира с достижением заданных во время планирования необходимых углов антеверсии и инклинации вертлужной впадины и центра ротации, а затем, вторым этапом, в ручном режим воспроизводят в анатомической вертлужной впадине, достигнутое положение вертлужного компонента на пластиковой модели вертлужной впадины и затем фиксируют вертлужный компонент винтами через отверстия на полусфере, что приводит к субъективности результата, и как следствие к неточной фиксации вертлужного компонента.
Выше, указанные способы зависят от пространственного положения пластиковой модели таза пациента и пространственного положения таза пациента на операционном столе. Пространственное положение пластиковой модели таза пациента на всех этапах осуществления способа должно быть идентичным пространственному положению таза пациента на операционном столе. Положение таза пациента на операционном столе в ходе проведения операции не стабильное, в результате манипуляций в операционной ране, что приводит к изменению его положения в момент сравнительного сопоставления с пластиковой моделью таза, которая находится в статическом неподвижном положении. Не соответствие данного условия приводит к неточности позиционирования, и как следствие некорректной установке вертлужного компонента с не достижением заданных углов инклинации, антеверсии и положения центра ротации и некорректному положению эндопротеза тазобедренного сустава в целом.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа свободного от выше указанных недостатков.
Указанный технический результат достигается тем, что способ предоперационного планирования фиксации вертлужного компонента винтами с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава включающий лучевое обследование, проектирование трехмерной модели таза, определение ориентиров, создание вертлужного компонента и определение на вертлужном компоненте центра ротации, углов фронтальной инклинации и антеверсии, количества отверстий, винтов, их расположения, длину, направления, проведения сегментирования изображения с удалением рубцовых тканей, артефактов, проводят анализ качества костной ткани по периферии костного дефекта, проводят полипозиционную флюроскопию, отступив от края дефекта вертлужной впадины ориентируясь на плотность костной ткани в краниальном направлении, делят надацетабулярную область на три условные равные части и в центре каждой части, обозначают точки введения канюлированных винтов в качестве ориентиров, формируя условный треугольник, в направлении крестцово-подвздошного сочленения устанавливают канюлированные винты в качестве ориентиров в обозначенные ранее точки в надацетабулярной области, таким образом, чтобы в костную ткань вошла только резьбовая часть канюлированных винтов, проводят магнитную спиральную компьютерную томографию тазобедренного сустава с установленными канюлированными винтами в качестве ориентиров, проектируют 3 D модель таза с костным дефектом вертлужной впадины и определяют точки расположения ранее установленных в надацетабулярной области канюлированных винтов в качестве ориентиров, на основании полученных индивидуальных данных пациента проектируют 3D модель индивидуального вертлужного компонента, на индивидуальном вертлужном компоненте задают расположение центра ротации, углов фронтальной инклинации и антеверсии, количества отверстий, винтов, их расположения, длину, направления, от сформированной 3D модели индивидуального вертлужного компонента к определенным ранее точкам расположения трех канюлированных винтов в качестве ориентиров проектируют навигационный фланец с тремя отверстиями соответствующими расположению канюлированных винтов в качестве ориентиров и формой соответствующей конфигурации условного треугольника, сформированного канюлированными винтами с закруглением наружного края тем самым формируя, моноблочный индивидуальный имплантат, при этом конфигурация внутренней поверхности фланца тождественна наружной поверхности кости надацетабулярной области, изготавливают индивидуальный моноблочный имплантат, верифицируют дефект вертлужной впадины, выделяют надацетабулярную область с уставленными канюлированными винтами в качестве ориентиров в соответствии с размером и формой индивидуального моноблочного имплантата, проводят установку индивидуального моноблочного имплантата, совмещая отверстия на фланце с канюлированными винтами, установленными в надацетабулярной области вертлужной впадины в качестве ориентиров, канюлированные винты удаляют, в отверстия на фланце вкручивают постоянные винты.
Изобретение поясняется следующими графическими материалами, где на фиг.1 - рентгенограмма костей таза в прямой проекции, до операции, фиг.2 — 3D модель костей таза восстановленная по МСКТ, до операции, фиг.З — фотография, изображение физической модели костей таза с установленными канюлированными винтами на 2 этапе, фиг.4 - 3D модель костей таза восстановленная по МСКТ с установленными канюлированными винтами, фиг.5, фиг.6 - 3D модель проектирования индивидуального моноблочного имплантата, фиг. 7 - фотография, изображение изготовленного индивидуального моноблочного имплантата, фиг.8, фиг.9 - фотография, изображение физической модели костей таза и установленного индивидуального моноблочного имплантата на 5 этапе, фиг. 10 - 3D модель костей таза восстановленная по контрольному МСКТ, после операции.
Вариант осуществления изобретения.
1 этап. Лучевое (рентгенологическое) обследование тазобедренного сустава. Выполняют обзорную рентгенографию тазобедренного сустава в переднезадней проекции (фиг.1). По результатам рентгенологического обследования устанавливают костные дефекты вертлужной впадины различного генеза. Проводят МСКТ исследование таза (фиг.2), определяют показания к применению индивидуально изготовленного имплантата по 3D технологии и проводят анализ качества костной ткани по периферии костного дефекта по Хаунсфилду.
2 этап. Хирургическая установка канюлированных винтов в качестве ориентиров (фиг.З). Пациента располагают в латеральном положении на здоровой стороне на операционном рентгенонегативном столе. Устанавливают электронно-оптический преобразователь, проводят полипозиционную флюроскопию для идентификации дефекта вертлужной впадины. Отступив от края дефекта вертлужной впадины ориентируясь по результатам первого этапа на плотность костной ткани в краниальном направлении, делят надацетабулярную область на три условные равные части и в центре каждой части, с помощью спиц Киршнера, обозначают точки введения канюлированных винтов в качестве ориентиров, формируя условный треугольник. Затем в направлении крестцово-подвздошного сочленения устанавливают канюлированные винты в качестве ориентиров в обозначенные ранее точки в надацетабулярной области чрезкожным стандартным хирургическим способом, таким образом, чтобы в костную ткань вошла только резьбовая часть канюлированных винтов, с целью их дальнейшего определения на компьютерной томографии (МСКТ) и идентификации во время операции. Затем проводят магнитную спиральную компьютерную томографию (МСКТ) тазобедренного сустава (фиг.4) с установленными канюлированными винтами в качестве ориентиров.
3 этап. Проектирование индивидуального моноблочного имплантата (фиг.5, фиг.6). На основании полученных данных МСКТ 2 этапа с использованием компьютерной программы, например, CAD в формате STL, проектируют 3 D модель таза с костным дефектом вертлужной впадины и определяют точки расположения ранее установленных в надацетабулярной области канюлированных винтов в качестве ориентиров. Далее проводят сегментирование с удалением рубцовых тканей, артефактов. Затем на основании полученных индивидуальных данных пациента проектируют 3D модель индивидуального вертлужного компонента. На индивидуальном вертлужном компоненте задают расположение центра ротации, углов фронтальной инклинации и антеверсии, количества отверстий, винтов, их расположения, длину, направления согласно анатомическому варианту плоскости входа вертлужной впадины. Затем от сформированной 3D модели индивидуального вертлужного компонента к определенным ранее точкам расположения трех канюлированных винтов в качестве ориентиров проектируют навигационный фланец с тремя отверстиями, соответствующими расположению канюлированных винтов в качестве ориентиров и формой соответствующей конфигурации условного треугольника, сформированного канюлированными винтами с закруглением наружного края тем самым формируя, моноблочный индивидуальный имплантат. При этом конфигурация внутренней поверхности фланца тождественна наружной поверхности кости надацетабулярной области.
4 этап. Изготовление индивидуального моноблочного имплантата. После завершения 3 D-моделирования индивидуального моноблочного имплантата его виртуальную модель сохраняют в формате stl, необходимом для CAD/CAM-производства. Посредством передачи через электронный носитель виртуальную модель индивидуального моноблочного имплантата в формате stl. загружают в операционную систему EOS 204 3D принтера, на котором методом SLS печати (селективное лазерное спекание) изготавливают из порошка EMI титана спроектированный индивидуальный моноблочный имплантат (фиг.7).
5 этап. Эндопротезирование тазобедренного сустава (фиг.8, фиг.9)
Верифицируют дефект вертлужной впадины, выделяют надацетабулярную область с уставленными на 2 этапе канюлированными винтами в качестве ориентиров в соответствии с размером и формой индивидуального моноблочного имплантата.
Проводят установку индивидуального моноблочного имплантата, совмещая отверстия на фланце с канюлированными винтами, установленными в надацетабулярной области вертлужной впадины в качестве ориентиров, в следствии чего происходит совмещение внутренней поверхности фланца с наружной поверхностью кости надацетабулярной области с совмещением контура дефекта таза с наружной поверхностью вертлужного компонента, при этом положение вертлужного компонента соответствует заданным при планировании углам инклинации, антеверсии и центру ротации. После этого канюлированные винты удаляют, в отверстия на фланце вкручивают постоянные спонгиозные костные винты. Выполняют контрольный МСКТ снимок (фиг. 10). Затем в индивидуальный вертлужный компонент индивидуального моноблочного имплантата на костном цементе устанавливают стандартный цементный ацетабулярный компонент соответствующего размера в заданных в индивидуальном имплантате предоперационных параметрах. Затем стандартным способом устанавливают бедренный компонент эндопротеза тазобедренного сустава. Далее ушивают рану, накладывают асептическую повязку.
Преимущества предложенного способа по сравнению с существующими заключаются в том, что в способе нет необходимости изготавливать и применять пластиковые модели дефекта таза и шаблоны имплантатов, что приводит к снижению времени проведения предоперационного планирования, проведения самой операции и материальных затрат. Риск контаминации бактериями операционной раны минимален, так как отсутствует подбор шаблонов имплантата непосредственно в ране во время операции. У способа нет ограничений по применению, выполняется с любым индексом массы тела. Применим при первичном, при ревизионном эндопротезировании в рамках различных повреждений анатомии. Способ не зависит от пространственного положения пластиковой модели таза пациента и пространственного положения таза пациента на операционном столе. У способа высокая точность предоперационного планирования, так как ориентиры для фиксации вертлужного компонента устанавливают в надацетабулярной области вертлужной впадины и их положение относительно вертлужной впадины статично, и изменения пространственного положения наклона таза для вертлужной впадины таза и установленных винтов идентично. Отсутствует ручное позиционирование и как следствие субъективизм, так как при планировании используют 3D моделирование индивидуального моноблочного имплантата, его геометрическая форма и пространственное положение соответствуют положению установленных канюлированных винтов в качестве ориентиров в надацетабулярной области вертлужной впадины, что позволяет произвести идентичную установку и совмещение индивидуального моноблочного имплантата в костный дефект.
Способ предоперационного планирования фиксации вертлужного компонента винтами с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава реализуется на современном оборудовании, с использованием современных технологий и материалов.