3D-планирование и прототипирование при сложном первичном эндопротезировании тазобедренного сустава

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Киевский городской центр эндопротезирования, хирургии и реабилитации, Киевская городская клиническая больница №12, і

Компания «UYAWA»

Лаборатория медицинской 30-печати

3D-планирование и прототипирование при сложном первичном эндопротезировании тазобедренного сустава

Косяков А.Н.

Гребенников К.А.

Милосердов А.В.

Федин Е.М.

Нечай А.А.

Галузинский А.А.

Бурбурская С.В.

Аннотация

Эндопротезирование крупных суставов - одно из наиболее успешных оперативных вмешательств за последнее столетие. С каждым годом мы наблюдаем увеличение количества тотальных артропластик как во всем мире, так и в нашей стране. Соответственно, ассеет количество разновидностей имплантов и совершенствуются методики их установки. В случае простого первичного эндопротезирования предоперационное планирование можно провести при помощи стандартных шаблонов или соответствующего программного софта, При сложном первичном эндопротезировании, когда оперативному вмешательству предшествовали травмы, остеотомии, операции остеосинтеза, провести полноценное предоперационное планирование без длительной и трудоемкой подготовки очень тяжелю. Цель работы: выполнить анализ предоперационного планирования и интраоперационной навигации при подготовке к сложному первичному эндопротезированию тазобедренного сустава с использованием пространственного ЗЭ-моделирования и прототипирования. Материалы и методы. Наши пациенты - 2 женщины и Х мужчина, возраст которых составил 31 год, 48 и 56 лет соответственно. Все пациенты до этого перенеслх оперативные вмешательства в данной зоне. На этапах предоперационного обследования была проведена мультиспиральная компьютерная и магнитно-резонансная томография, на основании этих данных были напечатаны прототипы из пластика в натуральную величину Было провєдєнх предоперационное планирование и составлен план проведения оперативного вмешательства. Результаты. Пациентам выполнено тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава с использованием имплантов механической фиксации. У двух пациентов выполнена корригирующая остеотомия проксимального отдела бедренной кости. Одному пациенту проведена костная аутопластика дна вертлужной впадины. Через 3 месяца после оперативного лечения наблюдалось полное восстановление функции, оценка по шкале Харриса составила 9^5Ц (95-97) балла. Выводы. Предоперационное планирование - очень важная часть подготовки к оперативному вмешательству. При подготовке к сложному первичному эндопротезированию суставов целесообразно использовать аддитивные технологии для изготовления пластиковой модели, которая позволит составить детальный план будущей операции и будет выполнять функцию интраоперационной навигации.

Ключевые слова: эндопротезирование; тазобедренный сустав; оперативное вмешательство; предоперационное планирование

Введение

На сегодняшний день эндопротезирование суставов становится все более востребованным оперативным лечением во всем мире. Количество выполняемых операций по поводу артропластики ежегодно возрастает как во всем мире, так и в нашей стране. Значительный рост операций обусловлен увеличением продолжительности жизни, усовершенствованием материалов и конструкции имплантов и техник операций. В структуре тотального эндопротезирования суставов артропластика тазобедренного сустава занимает ведущее место. По данным современных регистров, ежегодно в мире выполняется более 2 млн тотальных замещений тазобедренного сустава, и, согласно прогнозам, в ближайшие два десятилетия это число может увеличиться вдвое [1]. В развитых странах на 500 человек населения приходится одно эндопротезирование крупных суставов в год [2]. В Украине ежегодно выполняется около 8 тысяч операций по замене тазобедренного сустава, хотя реальная потребность в этих операциях на порядокбольше [3].

Артропластика суставов является сложной технологической операцией и требует очень тщательного и взвешенного предоперационного планирования, в ходе которого хирург подбирает наиболее подходящую конструкцию протеза для данного пациента. Хирург должен учитывать несколько параметров, таких как пол, возраст, особенности анатомии, плотность костной ткани, наличие дефектов кости, деформации в зоне суставов, предшествующие операции, наличие металлофиксаторов, спейсера и т.д. [4].

Традиционно предоперационное планирование осуществляется по данным рентгенограмм с использованием стандартных шаблонов, предоставляемых фирмой-производителем. На этом этапе хирург может встретиться с рядом трудностей. Не все стандартные рентгенограммы имеют одинаковый процент увеличения. Даже при очень детальном планировании довольно часто остается погрешность в расчетах и размерах компонентов эндопротезов. Данный метод может быть применим только при обычном первичном эндопротезировании, а также при ревизионной артропластике без больших костных дефектов и деформаций в области сустава.

Все чаще в медицинской практике появляются цифровые рентгенологические установки, которые несут меньшую лучевую нагрузку и с помощью которых можно сохранять изображение в международном стандарте хранения медицинских изображений - DICOM.

Использование цифровой рентгенографии дает более широкие возможности в предоперационном планировании как с использованием стандартных шаблонов, так и при помощи компьютерных технологий. На сегодняшний день на рынке существует много программных продуктов, позволяющих осуществлять предоперационное планирование эндопротезирования суставов: Merge OrthoCase™ компании «Watson Health» (http://www.merge.com), mediCAD компании «mediCAD Hectec» (https:// www.hectec.de), Optinav компании «OptiNav Sp.» (https://optinav.pl) и др. [5].

Несмотря на ряд преимуществ, данные программные девайсы имеют некоторые недостатки и ограничения. Их высокая стоимость препятствует использованию этого программного продукта в системе отечественного здравоохранения. Преимуществом компьютерного планирования является возможность применения рентгенограмм не только в формате DICOM. Единственное требование к рентгеновским снимкам - наличие метки с известным диаметром. Данные программные продукты возможно использовать для предоперационного планирования эндопротезирования суставов только в случае не критично измененной анатомии сустава, отсутствия объемных дефектов и деформаций.

Для полноценной визуализации анатомических структур, оценки степени дефектов и деформаций в зоне суставов наиболее предпочтительным методом является компьютерная (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ). На основании данных КТ и МРТ можно построить полноценную 3Е^-мод^е^ль как в электронном виде, так и в натуральную величину из пластика. Преимущество данного подхода заключается в упрощении предоперационного планирования, при его применении появляется возможность наглядно оценить степень дефекта или деформации и составить оптимальный план оперативного лечения, провести операцию до операции на пластиковой модели [6-9].

Цель работы: выполнить анализ предоперационного планирования и интраоперационной навигации при подготовке к сложному первичному эндопротезированию тазобедренного сустава с использованием пространственного 3D-моделирования и прототипирования.

Материалы и методы

С 2016 г. в Киевском городском центре эндопротезирования в 86 случаях сложных эндопротезирования и остеосинтеза мы использовали 3D-моделировaние и прототипирование в качестве предоперационного планирования.

Основной группой были пациенты с дисплазией тазобедренного сустава, гетеротипической классификацией в области суставов, посттравматическими дефектами и деформациями костей в области тазобедренного, коленного, плечевого суставов, со сложными многооскольчатыми внутрисуставными переломами.

В предоперационном периоде всем пациентам выполнялась мультиспиральная компьютерная томография. При необходимости визуализации сосудисто-нервных образований использовали КТ с контрастированием и МРТ, а также их совмещали по уникальной методике, разработанной нашими специалистами [9]. На основании проведенного обследования строились компьютерные 3И-модели. При помощи 3И-принтера они воплощались в пластиковые прототипы в натуральную величину.

Наличие пластиковой модели позволяет полноценно оценить анатомические особенности данного пациента, провести полноценное предоперационное планирование предстоящей операции с использованием примерок официнальных протезов и аугментов. Также очень важным моментом является возможность проведения хирургии в мастерской, что позволяет составить подробный план последующего оперативного лечения. Наличие стерильной пластиковой модели в операционной дает хирургу возможность полноценной навигации в условиях анатомических изменений и рубцовых деформаций. При наличии прототипа облегчается задача визуализации сосудов и нервов, что особенно важно для безопасности пациентов, перенесших несколько операций, со значительными анатомическими изменениями [9].

Результаты

Представляем самые сложные случаи первичного эндопротезирования тазобедренного сустава с использованием аддитивных технологий.

Клинический случай 1

Пациентка С., 31 год, считает себя больной с детства, когда был установлен диагноз «врожденный вывих правого бедра». В 2002 году было проведено оперативное вмешательство в объеме: остеотомия проксимального отдела правой бедренной кости по Шанцу - Илизарову (рис. 1 a-в).

На этапах предоперационной подготовки выполнена компьютерная томография, напечатана пластиковая модель таза и проксимального отдела бедренной кости. Проведены планирование и операции в мастерской на пластиковых моделях. Выполнено тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава с проведением корригирующей остеотомии проксимального отдела бедренной кости и созданием крыши вертлужной впадины (рис. 1 г-ж). Проведение предоперационного планирования с использованием пластикового прототипа значительно сократило время операции. Через 3 месяца после оперативного лечения наблюдалось полное восстановление функции, оценка по шкале Харриса составила 97 баллов.

Клинический случай 2

Пациентка В., 48 лет, с диагнозом «левосторонний диспластический 4-й ст., грубая деформация после остеотомии проксимального отдела левой бедренной кости, комбинированная контрактура левого тазобедренного сустава». Считает себя больной с детства, когда был установлен диагноз «врожденный вывих левого бедра». В 1982 г. проведено открытое вправление вывиха бедра, в 1986 г. - остеотомия проксимального отдела левой бедренной кости, в 2000 г. - остеотомия и удлинение левой бедренной кости с применением аппарата внешней фиксации. В связи с наличием массивных костных дефектов было принято решение о создании трехмерной модели для визуализации взаиморасположения костей, сосудов и нервов.

На этапах предоперационной подготовки были выполнены КТ и МРТ. Для обеспечения создания качественной 3И-модели была использована авторская методика совмещения КТ- и МРТ-изображений [9]. В результате была создана трехмерная модель, которая точно передает пространственное размещение анатомических структур.

Прототип костей, сосудов и нервов был отпечатан в натуральную величину. На пластиковой модели с возможностью интраоперационной навигации было выявлено интимное прилегание сосудисто-нервных стволов к бедренной кости в зоне предстоящей операции, что значительно снизило риски при остеотомии бедра и эндопротезировании тазобедренного сустава. В послеоперационном периоде рекомендовано передвигаться с помощью дополнительной опоры. Через 3 месяца после операции отмечалось полное восстановление функции, оценка по шкале Харриса составила 95 баллов.

Клинический случай 3

Пациент С., 56 лет, с диагнозом «левосторонний посттравматический коксартроз 4-й ст. Состояние после остеосинтеза вертлужной впадины с наличием металлофиксаторов, ложный сустав дна вертлужной впадины слева». Считает себя больным на протяжении 2 лет, когда получил травму после падения с высоты. МОС костей таза слева провели в январе 2017 г.

При подготовке к оперативному лечению выполнена компьютерная томография, напечатана пластиковая модель. Составлен план и проведено оперативное вмешательство. Наличие пластикового прототипа в операционной позволило быстро обнаружить и удалить металлофиксаторы, которые были покрыты костной тканью через передний доступ. После этого было изменено положение пациента на операционном столе для заднего доступа, проведено тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава, дефекты дна вертлужной впадины заполнены при помощи импакционной костной аутопластики. Полное восстановление функции наблюдалось через 3 месяца, оценка по шкале Харриса составила 95 баллов.

Обсуждение

Предоперационное планирование - одна из самых важных составляющих при подготовке к оперативному вмешательству. В большинстве случаев простого первичного эндопротезирования суставов планирование не занимает много времени и возможно обойтись использованием шаблонов протеза, предоставленных фирмой-производителем, или одним из программных девайсов.

Рисунок 1. Пациентка С.: а, б - рентгенограммы тазобедренного сустава до операции; в-осевая рентгенограмма нижних конечностей; г-ж - этапы проведения эндопротезирования; з, и - рентгенограмма тазобедренного сустава через год после операции: прямая и боковая проекции