Способ установки вертлужных компонентов эндопротеза тазобедренного сустава при дефектах вертлужной впадины
METHOD FOR INSTALLING ACETABULAR COMPONENTS OF A HIP JOINT ENDOPROSTHESIS FOR ACETABULAR DEFECTS

Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной травматологии и ортопедии и может быть использовано при эндопротезировании тазобедренного сустава у пациентов с дефектами вертлужной впадины различного генеза, например, посттравматическими, после ревизионных вмешательств, в результате парапротезной инфекции.
При значительных разрушениях вертлужной впадины стандартные чашки, которые используются при первичном эндопротезировании, неприменимы. Замещение костных дефектов возможно различными способами. Это могут быть аугменты из пористого металла, ревизионные вертлужные компоненты, укрепляющие кольца, индивидуально изготавливаемые вертлужные компоненты эндопротеза. При этом, стандартные способы обработки вертлужной впадины и установки имплантатов, такие как, обработка фрезами, при дефектах не всегда применимы.
В настоящее время известны следующие способы установки вертлужных компонентов эндопротеза при дефектах вертлужной впадины.
Способ, описанный в Руководстве по эндопротезированию тазобедренного сустава / под ред. P.M. Тихилова, В.М. Шаповалова. - СПб.: РНИИТО им. P.P. Вредена, 2008. - с. 300) предполагает обработку вертлужной впадины при помощи фрезы, входящей в набор инструментов для установки эндопротеза.
Недостатком данного способа является невозможность высокоточной обработки вертлужной впадины при ее дефектах. При помощи данного способа возможна обработка вертлужной впадины при ее незначительных дефектах. При значительных разрушениях вертлужной впадины, дефекты типа 3-4 по классификации Paprosky, обработка фрезой является малоэффективной, поскольку сферичность впадины фактически утрачивается. При таких дефектах фрезой осуществляют только сглаживание неровностей вертлужной впадины, после чего выполняют установку антипротрузионных конструкций.
Известен способ установки вертлужного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, описанный Marius Dettmer, Stefan Kreuzer, Amir Pourmoghaddam Robot-assisted Total Hip Arthroplasty After Chiari Pelvic Osteotomy: A Case Report // Reconstructive Review. - Vol.6. - №3. - September 2016 http://dx.doi.org/10.15438/rr.6.3.130. Способ включает выполнение компьютерной томографии (КТ) таза и бедренной кости, обработку вертлужной впадины при помощи робота с использованием специального программного обеспечения и данных компьютерной томографии пациента. Недостатками способа является необходимость установки в крыло подвздошной кости пинов для фиксации маркерных сфер, что увеличивает травматичность вмешательства, а также необходимость наличия робота, специализированной операционной, высокая стоимость оборудования и программного обеспечения для работы робота.
Известны способы, описанные в патенте US 9480580 В2, статье Daisuke Inoue, Tamon Kabata, Hiroaki Kimura, Hiroyuki Tsuchiya A prospective clinical trial to assess the accuracy of an MRI-based patient-specific acetabular instrument guide in total hip arthroplasty // European Journal of Orthopaedic Surgery & Traumatology (2019) 29:65-71 https://doi.Org/l0.1007/s00590-018-2279-7, в которых для обработки вертлужной впадины на основании данных компьютерной томографии изготавливают индивидуальные шаблоны-отпечатки периацетабу-лярной области, содержащие каналы для спиц. Во время операции шаблон-отпечаток устанавливают на неизмененную тазовую кость, проводят через каналы спицы, после чего убирают шаблон-отпечаток. На спицы устанавливают специальный переходник, соединенный с фрезой, исключающий ее альтернативное положение. Далее производится обработка вертлужной впадины и установка вертлужного компонента эндопротеза.
Недостатком данных способов является то, что они позволяют обрабатывать только зону вертлужной впадины. При наличии дефектов впадины, когда требуется дополнительная обработка окружающих ее и прилегающей к ней костей, данные способы не позволяются выполнить адекватную и высокоточную их обработку.
Наиболее близким из известных способов установки вертлужных компонентов эндопротеза при дефектах вертлужной впадины является способ, патент РФ на изобретение №2699732. Способ заключается в том, что выполняют компьютерную томографию таза, построение трехмерной модели области дефекта, виртуальное проектирование имплантата с его оптимальным расположением, на основании данных компьютерной томографии выполняют моделирование отпечатка границ оставшейся кости и направителя для фрезы, пространственно и геометрически совпадающего с элементами индивидуального вертлужного компонента таким образом, чтобы отпечаток костной поверхности копировал неизмененные участки кости. Затем в отверстия каналов, расположенных идентично каналам в направителе для фрезы в отпечатке в области неизменяемого участка кости проводят две параллельные спицы, удаляют отпечаток из области дефекта кости. По спицам через каналы направителя устанавливают до контакта с костной поверхностью направитель для фрезы, направляющая часть которого представляет собой часть стенки цилиндра с заданным положением, направлением, ориентацией и отметкой глубины обработки кости, причем внутренний диаметр направителя совпадает с наружным диаметром фрезы. Далее производят обработку фрезой нужного диаметра на заданную глубину и с заданным пространственным положением, после чего устанавливают имплантат.
Недостатком данного способа так же, как и описанных аналогов, является то, что он не позволяет обрабатывать зону прилежащей к вертлужной впадине костной ткани. В способе производится обработка фрезой только остатков вертлужной впадины, при этом окружающие ее кости, на которые фиксируются аугменты или лепестки индивидуально изготовленной чашки эндопротеза, обработать с использованием данного способа не представляется возможным. Окружающие вертлужную впадину разрушенные кости (седалищная, подвздошная, лобковая), как правило, покрыты рубцами, кость может содержать кисты и полостные дефекты, а также зоны остеосклероза. Все это препятствует плотному контакту между устанавливаемым имплантатом и тазовой костью.
В случае выраженных костных дефектов, например, типа 3 или 4 по классификации Paprosky, когда вертлужная впадина теряет полусферическую форму, использование данного способа, в котором обработка осуществляется фрезой, не представляется возможным и может быть сопряжена с удалением избыточного количества костной ткани.
Задача изобретения - упрощение обработки вертлужной впадины, расширение функциональных возможностей способа прототипа, повышение точности обработки костной ткани и, как следствие, сохранение максимально возможного количества обрабатываемой тазовой кости.
Для решения поставленной задачи в способе установки вертлужных компонентов эндопротеза тазобедренного сустава при дефектах вертлужной впадины, заключающемся в том, что выполняют компьютерную томографию таза, построение трехмерной модели области дефекта, пространственную ориентацию вертлужного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, виртуальное проектирование имплантата; на основании данных компьютерной томографии выполняют моделирование отпечатка границ оставшейся неизмененной кости с двумя параллельными сквозными отверстиями, фиксируют отпечаток к неизмененной кости при помощи двух спиц, введенных через отверстия, таким образом, чтобы он занимал пространственное положение с контактом к костной поверхности, дополнительно виртуально проектируют и изготавливают пробный вертлужный компонент эндопротеза из пластика таким образом, чтобы он был идентичен устанавливаемому имплантату по форме и размерам и дополнительно был неподвижно соединен с блоком со сквозными параллельными отверстиями устройства, соответствующими отверстиям отпечатка неизмененной кости и расположенными таким образом, чтобы перемещение пробного вертлужного компонента эндопротеза вдоль осей спиц до контакта с вертлужной впадиной, обеспечивало бы его расположение в обработанной вертлужной впадине, на спицы устанавливают направитель, выполненный в виде трубки, на концах которой неподвижно фиксированы первый и второй блоки устройства со сквозными отверстиями, расположенными параллельно друг другу и соосно с отверстиями пробного вертлужного компонента эндопротеза и отпечатка неизмененного участка кости, таким образом, чтобы первый блок полностью соприкасался с отпечатком неизмененного участка кости, ко второму блоку при помощи двух болтов с гайками, введенных через отверстия пробного вертлужного компонента эндопротеза и отверстия второго блока неподвижно фиксируют пробный вертлужный компонент эндопротеза, в параллельные сквозные отверстия третьего подвижного блока устройства, расположенного на трубке между первым и вторым блоками и соединенного при помощи пружины растяжения с фиксатором, расположенным на трубке в области второго блока устройства, с возможностью вращения вокруг трубки и перемещения вдоль оси трубки, устанавливают параллельные направляющие четвертого блока устройства, соответствующие сквозным отверстиям третьего блока, с возможностью перемещения направляющих в сквозных отверстиях третьего блока перпендикулярно оси направителя, в четвертый блок, содержащий фиксатор для бормашины с фрезой, неподвижно соединенный с направляющими, устанавливают и неподвижно фиксируют бормашину с фрезой таким образом, чтобы фреза касалась дна вертлужной впадины, затем выкручивают измеритель глубины, расположенный на одной оси с осью фрезы бормашины в отверстии с резьбой четвертого блока, выполненный в виде шпильки с резьбой, на конце которой располагается полусфера, диаметром, равным диаметру фрезы, до соприкосновения с поверхностью пробного вертлужного компонента эндопротеза, затем включают бормашину, проводят обработку места контакта фрезы и дна вертлужной впадины, снова выкручивают измеритель глубины на необходимую глубину обработки вертлужной впадины, затем перемещая рукой четвертый блок и, соответственно, измеритель глубины вдоль всей поверхности пробного вертлужного компонента эндопротеза осуществляют обработку вертлужной впадины и окружающих ее костей, на которые будут фиксироваться элементы устанавливаемого вертлужного компонента эндопротеза, после этого направитель с блоками, пробным вертлужным компонентом эндопротеза, отпечаток неизмененной кости снимают, удаляют спицы и устанавливают вертлужный компонент эндопротеза.
При изучении других известных способов в данной области медицины указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от прототипа, не была выявлена.
На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления заявляемого способа, на фиг. 2 - схема направителя, на фиг. 3 - схема третьего блока, на фиг. 4 - схема четвертого блока, на фиг. 5 - фотография модели тазовой кости с установленным устройством.
На фигуре 1 приняты следующие обозначения:
1 - направитель;
2 - болт с гайкой;
3 - соединительная планка;
4 - фиксатор;
5 - пружина растяжения;
6 - третий подвижный блок;
7 - сквозные отверстия третьего блока;
8 - параллельные направляющие четвертого блока;
9 - спица;
10 - первый блок;
11 - отпечаток неизмененного участка кости;
12 - неизмененный участок тазовой кости;
13 - пробный вертлужный компонент эндопротеза;
14 - полусфера;
15 - второй блок;
16 - измеритель глубины;
17 - отверстие с резьбой;
18 - электрический провод;
19 - четвертый блок;
20 - фиксатор для бормашины;
21- бормашина;
22 - фреза;
23 - участок разрушенной вертлужной впадины;
На фигуре 2 приняты следующие обозначения:
1 - направитель;
4 - фиксатор;
10 - первый блок;
15 - второй блок;
24 - сквозные параллельные отверстия второго блока;
25 - сквозные параллельные отверстия первого блока.
На фигуре 3 приняты следующие обозначения:
6 - третий подвижный блок;
7 - сквозные отверстия третьего блока;
На фигуре 4 приняты следующие обозначения:
8 - параллельные направляющие четвертого блока;
17 - отверстие с резьбой;
19 - четвертый блок;
20 - фиксатор для бормашины;
На фигуре 5 приняты следующие обозначения:
1 - направитель;
2 - болт с гайкой;
3 - соединительная планка;
4 - фиксатор;
5 - пружина растяжения;
6 - третий подвижный блок;
8 - параллельные направляющие четвертого блока;
9 - спица;
10 - первый блок;
11 - отпечаток неизмененного участка кости;
12 - неизмененный участок тазовой кости;
13 - пробный вертлужный компонент эндопротеза;
14 - полусфера;
15 - второй блок;
16 - измеритель глубины;
17 - отверстие с резьбой;
18 - электрический провод;
19 - четвертый блок;
20 - фиксатор для бормашины;
21 - бормашина;
22 - фреза.
Предлагаемый способ установки вертлужных компонентов эндопротеза тазобедренного сустава при дефектах вертлужной впадины заключается в следующем.
Выполняют компьютерную томографию таза, построение трехмерной модели области дефекта, пространственную ориентацию вертлужного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, виртуальное проектирование имплантата. На основании данных компьютерной томографии выполняют моделирование отпечатка неизмененной кости 11 с двумя параллельными сквозными отверстиями, как правило, в области крыши вертлужной впадины, фиг. 1. Фиксируют отпечаток 11 к участку неизмененной кости 12 при помощи двух спиц 9, введенных через отверстия, таким образом, чтобы он занимал пространственное положение с контактом к костной поверхности. Виртуально проектируют и изготавливают пробный вертлужный компонент эндопротеза 13 из пластика таким образом, чтобы он был идентичен устанавливаемому имплантату по форме и размерам. Проектируют его таким образом, чтобы при неподвижной фиксации его со вторым блоком 15 со сквозными параллельными отверстиями 24, соответствующими отверстиям отпечатка неизмененной кости, чтобы перемещение пробного вертлужного компонента 13 эндопротеза вдоль осей спиц 9 до контакта с вертлужной впадиной, обеспечивало бы его расположение в обработанной вертлужной впадине 23. Неподвижная фиксация пробного вертлужного компонента эндопротеза 13 со вторым блоком 15 осуществляется через соединительную планку 3 при помощи винтов, фиг.5. На спицы 9, на которые был установлен отпечаток неизмененного участка кости 11, надевают направитель 1, таким образом, чтобы первый блок 10 полностью соприкасался с отпечатком неизмененного участка кости 11. Ко второму блоку 15 при помощи двух болтов с гайками 2, введенных через отверстия пробного вертлужного компонента эндопротеза 13 и сквозные параллельные отверстия 24 второго блока 15 неподвижно фиксируют пробный вертлужный компонент эндопротеза 13. В параллельные сквозные отверстия 7 третьего подвижного блока 6, устанавливают параллельные направляющие 8 четвертого блока 19. В четвертый блок 19, содержащий фиксатор 20 для бормашины 21 с фрезой 22, неподвижно соединенный с направляющими 8, устанавливают и неподвижно фиксируют бормашину 21 с фрезой 22 таким образом, чтобы фреза 22 касалась дна вертлужной впадины 23. Место, в которое устанавливают фрезу, определяется хирургом при планировании операции на основании трехмерной модели таза. Наиболее эффективно устанавливать фрезу в ту часть разрушенной вертлужной впадины, в которой необходимо в процессе обработки удалить минимальное количество костной ткани. Затем выкручивают измеритель глубины 16, расположенный на одной оси с осью фрезы 22 бормашины 21 в отверстии с резьбой 17 четвертого блока 19, выполненный в виде шпильки с резьбой, на конце которой располагается полусфера 14, диаметром, равным диаметру фрезы 22, до соприкосновения с поверхностью пробного вертлужного компонента эндопротеза 13. Затем включают бормашину 21, проводят обработку места контакта фрезы 22 и дна вертлужной впадины 23, тем самым убирая рубцовые ткани, остатки хряща с поверхности кости. Далее снова выкручивают измеритель глубины 16 на необходимую глубину обработки вертлужной впадины 23. Глубина обработки рассчитывается при планировании операции, а также может быть скорректирована в процессе самой операции. Затем перемещая рукой четвертый блок 19 и, соответственно, измеритель глубины 16 вдоль всей поверхности пробного вертлужного компонента эндопротеза 13, осуществляют обработку вертлужной впадины и окружающих ее костей, на которые будут фиксироваться элементы устанавливаемого вертлужного компонента эндопротеза. После этого направитель 1 с блоками, пробным вертлужным компонентом эндопротеза 13, отпечаток неизмененной кости 11 снимают, удаляют спицы 9 и устанавливают вертлужный компонент эндопротеза.
Устройство, поясняющее сущность заявляемого способа состоит из направителя 1 выполненного в виде трубки или прутка, к которому неподвижно присоединены первый 10 и второй 15 блоки, фиг. 1. Они содержат по два параллельных сквозных отверстия 24 и 25. При этом, сквозные параллельные отверстия второго блока 24 соосны со сквозными параллельными отверстиями первого блока 25, фиг. 2. Между первым 10 и вторым 15 блоками располагается третий подвижный блок 6, также выполненный в виде трубки, фиг. 3. Между третьим подвижным блоком 6 и фиксатором 4, расположенном на направителе 1, имеется пружина растяжения 5, фиг. 1. Таким образом, третий подвижный блок может вращаться вокруг трубки направителя 1 и перемещаться вдоль его оси. При этом пружина растяжения 5 обеспечивает притяжение третьего блока 6 ко второму блоку 15. В сквозных отверстиях 7 третьего блока 6, расположенных параллельно друг другу и перпендикулярно оси направителя 1, имеются параллельные направляющие 8 четвертого блока 19, фиг. 1, 3. Они также выполнены в виде трубок и имеют возможность свободного перемещения в сквозных отверстиях 7 в направлении, перпендикулярном оси направителя 1. Четвертый блок 19 содержит фиксатор для бормашины 20, который фиксирует бормашину 21 таким образом, чтобы ось фрезы 22, которую устанавливают в бормашину 21, была параллельна оси направителя 1, фиг. 1, 4. Также четвертый блок 19 содержит отверстие 17, в которое вкручивается измеритель глубины 16, выполненный в виде шпильки с резьбой. На шпильке нанесена шкала, по которой оценивают глубину обработки вертлужной впадины. Конец шпильки выполнен в виде полусферы, по диаметру совпадающей с диаметром фрезы 22.
Компоненты устройства, осуществляющего предлагаемый способ, могут быть реализованы следующим образом.
Отпечаток здоровой кости 11, пробный вертлужный компонент 13, соединительную планку 3 изготавливают из пластика, например, фотополимера, или ABC пластика с использованием технологий трехмерной печати.
Направитель 1, третий подвижный блок 6, первый блок 10, второй блок 15, четвертый блок 19 и их составные части могут быть выполнены из медицинской стали.
В качестве бормашины 21 могут быть использованы бормашины, применяемые в стоматологии или типовые дрели, применяемые в травматологии и ортопедии, нейрохирургии для обработки костей, питание к которым подается по электрическому проводу 18, например, Primado 2 slim motor (фирма NSK, Япония).
В качестве пружины растяжения 5 может быть использована любая пружина растяжения.
В качестве спиц 9 могут быть использованы спицы от аппарата Илизарова, а также можно использовать спицы или стержни с резьбой для улучшения фиксации.
Таким образом, реализация предложенного способа не вызывает сомнений, так как в устройстве для его осуществления используются типовые медицинские инструменты, устройства и материалы.
Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.
Фиксируют отпечаток 11 к участку неизмененной кости 12 при помощи двух спиц 9, введенных через отверстия, таким образом, чтобы он занимал положение с контактом к костной поверхности. На спицы 9 устанавливают направитель 1, таким образом, чтобы первый блок 10 полностью соприкасался с отпечатком неизмененного участка кости 11. Ко второму блоку 15 при помощи двух болтов с гайками 2, введенных через отверстия пробного вертлужного компонента эндопротеза 13 и сквозные параллельные отверстия 24 второго блока 15 неподвижно фиксируют пробный вертлужный компонент эндопротеза 13. В параллельные сквозные отверстия 7 третьего подвижного блока 6, устанавливают параллельные направляющие 8 четвертого блока 19, соответствующие сквозным отверстиям 7 третьего блока 6, с возможностью перемещения направляющих 8 в сквозных отверстиях 7 третьего блока 6 перпендикулярно оси направителя 1. В четвертый блок 19, содержащий фиксатор 20 для бормашины 21 с фрезой 22, неподвижно соединенный с направляющими 8, устанавливают и неподвижно фиксируют бормашину 21 с фрезой 22 таким образом, чтобы фреза 22 касалась дна вертлужной впадины 23. Затем выкручивают измеритель глубины 16 до соприкосновения с поверхностью пробного вертлужного компонента эндопротеза 13. Затем включают бормашину 21, проводят обработку места контакта фрезы 22 и дна вертлужной впадины 23, тем самым убирая рубцовые ткани, остатки хряща с поверхности кости. Далее снова выкручивают измеритель глубины 16 на необходимую глубину обработки вертлужной впадины 23. Затем, перемещая рукой четвертый блок 19 и, соответственно, измеритель глубины 16 вдоль всей поверхности пробного вертлужного компонента эндопротеза 13, осуществляют обработку вертлужной впадины и окружающих ее костей, на которые будут фиксироваться элементы устанавливаемого вертлужного компонента эндопротеза. Во время обработки пружина растяжения 5 постоянно притягивает бормашину 21 с фрезой 22 и измеритель глубины 16 к пробному вертлужному компоненту эндопротеза 13. Вследствие этого обработка кости осуществляется таким образом, что фреза 22 полностью повторяет контуры пробного вертлужного компонента эндопротеза.
После этого направитель 1 с блоками, пробным вертлужным компонентом эндопротеза 13, отпечаток неизмененной кости 11 снимают, удаляют спицы 9 и устанавливают вертлужный компонент эндопротеза.
Пример использования предлагаемого способа.
3
Для апробирования предложенного способа было проведено экспериментальное исследование на модели тазовой кости пациента С., 43 года, с дефектом вертлужной впадины 23. Модель тазовой кости была изготовлена из фотополимера с использованием технологий трехмерной печати на основании данных компьютерной томографии таза пациента. В программах 3D slicer, Компас 3D v. 18 была построена трехмерная модель области дефекта, пробный вертлужный компонент эндопротеза 13 тазобедренного сустава. Пробный вертлужный компонент эндопротеза был изготовлен в виде индивидуального компонента с дополнительными фланцами для фиксации. На основании данных компьютерной томографии было выполнено моделирование отпечатка неизмененной кости 11, соединительной планки 3. Вышеуказанные элементы были распечатаны на 3D принтере, фиг.5. Была проведена обработка вертлужной впадины и зоны дефекта в соответствии с предложенным способом. Для оценки точности обработки после ее выполнения в зону обработки был залит жидкий силикон и установлен пробный вертлужный компонент эндопротеза 13. После застывания силикона пробный вертлужный компонент эндопротеза 13 был удален, после чего провели оценку полученного застывшего силикона. Для этого были использованы два параметра - толщина полученного слоя и его объем. Толщина слоя силикона, измеренная при помощи штангенциркуля на всем его протяжении составила менее 1 мм, а его объем, т.е. объем пространства между чашкой и костью - 1,5 см. Полученные данные говорят о том, что предложенный способ позволяет с высокой точностью проводить обработку кости, обеспечивая максимальную площадь контакта между костью и имплантатом.
Обработка всей поверхности контакта кости и имплантата обеспечивает создание условий для врастания кости в пористую поверхность имплантата.
Технический результат:
упрощение обработки вертлужной впадины, расширение функциональных возможностей способа прототипа, повышение точности обработки костной ткани и, как следствие, сохранение максимально возможного количества обрабатываемой тазовой кости.