СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ ИНФИЦИРОВАННЫХ ОПУХОЛЕЙ ДИСТАЛЬНОГО СЕГМЕНТА БОЛЬШЕБЕРЦОВОЙ КОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕЦИЗИОННОГО ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННОГО АРТИКУЛЯЦИОННОГО АНАТОМИЧНОГО 3D ЭНДОПРОТЕЗ-СПЕЙСЕРА Российский патент 2022 года по МПК A61B17/72 A61K31/7036 A61P19/08 

Изобретение относится к медицине, а именно к онкоортопедической методике лечения осложненных бактериальной инфекцией опухолей костей после дистальных сегментарных резекций большеберцовой кости, требующих двухэтапного хирургического лечения.

Мировой стандарт лечения больных с первичными и метастатическими опухолями костей – комбинированный подход, одним из этапов которого является хирургическое лечение. Эндопротезирование костей и суставов является методом выбора лечения злокачественных опухолей костей, улучшает качество жизни пациентов и может быть выполнено у 85-90 % больных.

Однако, несмотря на совершенствование онкологических систем эндопротезирования и методик операций, частота послеоперационных осложнений при онкологическом эндопротезировании остается высокой и по данным разных источников составляет от 5 до 50%. В случае наличия экзофитного компонента опухоли с распадом или наличия дефектов кожных покровов в области опухоли, часто отмечается инфицирование поверхности опухоли и кратно увеличивает риск развития инфекционных осложнений при первичном эндопротезировании суставов у онкологических больных.

С целью снижения риска инфекционных осложнений проводят двухэтапного хирургического лечения. На первом этапе проводят резекцию пораженного участка кости с санацией инфекционного очага и установкой цементного спейсера, импрегнированного антибиотиком, что позволяет создать депо антибиотика до следующего этапа хирургической реабилитации, сохранить анатомо-функциональные взаимоотношения в суставе и конечности. Проводят системную антибактериальную терапию, подобранную в соответствии с последним положительным микробиологическим исследованием и полученной бактериограммой. На втором этапе после купирования инфекционно-воспалительного процесса проводят эндопротезирование (Несиченко Д.В. Инфекционные осложнения у онкологических больных после эндопротезирования крупных суставов. Клиника, диагностика, лечение, профилактика. // Автореферат диссертации Москва 2010 г.).

Первое упоминание об использовании спейсеров на основе «костного цемента», импрегнированных антибиотиками, для лечения глубокой перипротезной инфекции, датируется 1988-89 годами (WildeA.H., RuthJ.T. Two-stagere implantation ininfected total knee arthroplasty // Clin. Orthop. Relat. Res. 1988.Vol. (236).Р.23-35; Booth R.E. Jr., Lotke P.A. The results of spacer block technique in revision of infected total knee arthroplasty // Clin. Orthop.Relat. Res. 1989. Vol. 248.Р.57-60), а первый промышленный артикуляционный спейсер был представлен в 1992 году – система для коленного сустава PROSTALAC® - Prosthesis with Antibiotic Loaded Acrylic Cement (De Puy, США) (Duncan C.P., Beauchamp C.P., Masri B. The antibioticl oaded joint replacement system: A novel approach to the management of the infected knee replacement. J. Bone Joint Surg. (Br). (supplIII). 1992. Vol. 74.Р.296; The PROSTALAC functional spacer in two-stage revision for infected knee replacements / Haddad F.S., Masri B.A., Campbell D. [et all.] // J. Bone Joint Surg. (Br). 2000. Vol.82. Р.807-812).

Отечественные разработки не имеют промышленного внедрения, чаще всего спейсеры изготавливаются ручным способом и не обладают возможностью замещать функционал утраченного сустава.

С развитием наукоёмких 3D технологий, в том числе технологии 3D-принтинга, появилась возможность производства индивидуализированных артикуляционных 3D цементных эндопротез-спейсеров, повторяющих форму удаляемого сегмента кости, что способствует сохранению необходимого объёма перипротезного ложа для установки стандартной конструкции эндопротеза. Так же конструкция 3D спейсера позволяет больному ходить с дозированной нагрузкой на оперированную конечность с сохранением флексии в суставе, что улучшает функциональные результаты и сокращает сроки реабилитации (Соколовский А.В., Соколовский В.А., Алиев М.Д. Отдалённые результаты онкологического эндопротезирования области тазобедренного сустава при поражении первичными и метастатическими опухолями // Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. № 3–2019 г. Стр. 5—15;Курильчик А.А., Стародубцев А. Л., Зубарев А.Л., Иванов В.Е., Кудрявцев Д.В. Ревизионное эндопротезирование у онкологических больных, опыт МРНЦ // Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. № 3–2019 г. Стр. 35—42).

Спейсер - приспособление на основе биосовместимых, сертифицированных для использования в медицине материалов (полиметилметакрилата, металлов) с включением в состав веществ с антимикробной активностью, применяемое для временного заполнения полости сустава, в данном случае на первом этапе в период между резекцией пораженного сегмента кости и этапом установки постоянного эндопротеза у пациента с инфицированной опухолью дистального отдела большеберцовой кости.

Самым близким (прототип) является способ изготовления индивидуализированного артикуляционного 3-D эндопротез-спейсера коленного сустава (RU 2736119).В КТ изображении формата DICOM выделяют фрагмент изображения, соответствующий конечности с ранее установленным эндопротезом, проводят пространственно-частотную фильтрацию и сегментацию изображения с выделением поверхностей костной ткани, внутренних границ интрамедуллярных каналов, поверхностей металлических имплантатов и областей костного цемента, полученные поверхности сохраняют в виде точек, которые аппроксимируют в множество треугольников и получают трехмерный файл формата STL и методом обратного проектирования по опорным точкам выполняют построение полноценных замкнутых 3-D моделей тибиальной и таранной частей, их сборки и узлов соединения, далее проводят «виртуальную примерку» эндопротеза-спейсера в трехмерных графических редакторах, оценивают биоадекватность конструкции, мобильность сустава, удобство изготовления и имплантации, разрабатывают металлическую армирующий часть эндопротез-спейсера, моделируют пиковую нагрузку с построением эпюр напряжений и деформаций методом конечных элементов с помощью современных САПР, после получения итоговой модели эндопротез-спейсера в масштабе 1:1 ее разделяют на части и печатают на 3D-принтере, полученную мастер-модель будущего эндопротеза-спейсера склеивают, производят постобработку поверхности и заливают высокотемпературным биоинертным силиконом, причем в модели имеются технологические углубления для централизации металлических каркасов из медицинской нержавеющей стали, которые после установки металлического каркаса залепливаются костным цементом и перед операцией, полученные литейные формы и металлические основания, проходят стерилизацию, по объему 3-D модели вычисляют необходимое количество костного цемента, в процессе ревизионной операции производят артротомию коленного сустава, удаляют компоненты эндопротеза, производят механическую и медикаментозную обработку перипротезной, полости, замешивают необходимое количество, заранее рассчитанного объёма костного цемента, импрегнированного антибиотиком, проводят инсталляцию металлического каркаса спейсера в силиконовую форму, в процессе полимеризации заполняют силиконовые формы компонентов спейсера, после затвердевания костного цемента элементы спейсера извлекают из форм и производят окончательную обработку поверхности спейсера, элементы спейсера фиксируют в канале бедренной и большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией, элементы спейсера соединяют между собой посредством конгруэнтных поверхностей, восстанавливают правильную ось нижней конечности, поверхности спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, устанавливают вакуум, дренажную систему, рану ушивают наглухо.

Однако в сравнении с методикой использования одноэтапного первичного эндопротезирования после удаления опухоли, использование двухэтапной методики увеличивает сроки лечения до 2-4 месяцев. Во всех, ранее описанных, методиках эндопротез-спейсеры импрегнированные антибиотиком использовались для лечения перипротезной инфекции при установленных постоянных металлоконструкциях. В предлагаемом нами способе, использование эндопротез-спейсера с антибиотиком предотвращает развитие перипротезной инфекции.

Техническим результатом является изготовление эндопротез-спейсера в точном соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости, анатомической формой и качественным состоянием костей в местах фиксации элементов спейсера, сохранение функциональности области удалённого сустава и предотвратить развитие перипротезной инфекции.

Техническое решение достигается тем, что также как и в известном способе в период между резекцией пораженного сегмента кости и этапом установки постоянного эндопротеза устанавливают спейсер для временного заполнения полости сустава.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что изготавливают индивидуализированный артикуляционный анатомичный 3-D эндопротез-спейсер импрегнированного антибиотиком в точном соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости и анатомической формой, после чего спейсер, ориентируясь по переднему краю большеберцовой кости, фиксируют в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента, по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией, причем поверхность спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, после установки вакуум- дренажной системы, рану ушивают наглухо.

Изобретение поясняется подробным описанием, клиническим примером и иллюстрациями, на которых изображено:

Фиг. 1 – фотоиллюстрация операции: разметка удаляемого сегмента большеберцовой кости.

Фиг. 2 – фотоиллюстрация операции: а) выделение пораженного участка кости; б) удаление сегмента пораженной кости.

Фиг. 3 – фотоиллюстрация операции: инсталляция металлического каркаса спейсера в силиконовую форму.

Фиг. 4 – полимеризация: заполнение силиконовой формы компонентов спейсера.

Фиг. 5 – спейсер: а) извлечение из формы; б) обработанная поверхность спейсера.

Фиг. 6 – установка спейсера: а) фиксация в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией; б) восстановление межберцового синдесмоза лавсановой нитью; в)спейсер после окончательной установки перед ушиванием раны.

Спейсер изготавливают следующим образом.

Для разработки артикуляционного эндопротез-спейсера используют аддитивную технологию, основанную на создании трехмерной модели, при помощи компьютерных томографических изображений формата DICOM, с точностью исследования не более 2 мм.

Выделяют интересующий фрагмент изображения здоровой большеберцовой кости, соответствующий противоположному пораженному участку большеберцовой кости. Данный фрагмент изображения инвертировался по горизонтали, так чтобы получалось «зеркальное» изображение здоровой большеберцовой кости, без опухолевой деформации, подходящей для возмещения дефекта резецированного сегмента пораженной кости.

В графических редакторах проводят пространственно-частотную фильтрацию и сегментацию изображения с целью выделения поверхностей костной ткани, внутренних границ интрамедуллярных каналов.

Полученные поверхности сохраняют в виде облаков точек, которые в последствие аппроксимировались множеством микро треугольников с получением удобных для трехмерного редактирования файлов формата STL (от англ. stereolithography).

В связи с неоднородной плотностью костных структур, полученная поверхность может иметь существенные дефекты, такие как разрывы, дублирование, различные шумы.

Методом обратного проектирования по опорным точкам строят полноценную замкнутую 3-D модель с учетом требований, выработанных оперирующим хирургом при предоперационном планировании.

Далее проводят «виртуальную примерку» эндопротеза-спейсера в трехмерных графических редакторах, оценивают биоадекватность конструкции, мобильность сустава, удобство изготовления и имплантации, рассчитывают нагрузку на армирующую часть эндопротез-спейсера.

С использованием технологии 3-D принтинга создают точную модель, разработанного эндопротез-спейсера в масштабе 1:1. Полученная 3-D модель проходит постобработку и полировку. Далее мастер-модель будущего эндопротеза-спейсера заливают высокотемпературным биоинертным силиконом.

Предлагаемый способ выполняют следующим образом.

В процессе оперативного вмешательства производят артротомию голеностопного сустава с разметкой удаляемого сегмента кости (Фиг. 1). Производят резекцию пораженной опухолью кости, соблюдая принципы абластики (Фиг. 2 а, б). Замешивают необходимое количество, заранее рассчитанного объёма костного цемента, импрегнированного антибиотиком (гентамицином, ванкомицином и т.д.) или добавляют его в течение подготовки костного цемента, при необходимости. Проводят инсталляцию металлического каркаса спейсера в силиконовую форму (Фиг. 3). В процессе полимеризации (состояние подобное «мягкому тесту») заполняют силиконовые формы компонентов спейсера (Фиг. 4). После затвердевания костного цемента элементы спейсера извлекают из форм, производят окончательную обработку поверхности спейсера - удаляют монтажные избытки костного цемента (Фиг. 5 а, б).

Спейсер фиксируют в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности, топографическим ориентирам кости и в соответствии с индивидуальной анатомией (Фиг. 6 а, б, в). Суставная поверхность спейсера, за счет индивидуализированного проектирования и изготовления с учетом анатомических особенностей, конгруэнтна суставной поверхности таранной кости, тем самым восстанавливается правильная ось нижней конечности. Поверхности спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, устанавливают вакуум, дренажную систему, рану ушивают наглухо.

Клинический пример

Пациентка Ч., 39 лет с диагнозом: Адамантинома нижней трети левой большеберцовой кости cT1N0M0G2, стадия IIA. Открытая биопсия образования левой большеберцовой кости с замещением дефекта костным цементом от 28.08.2018 г. Остеомиелит левой большеберцовой кости, функционирующий свищ передней поверхности нижней трети левой голени. Хирургическое лечение (1-й этап 29.11.2018 г. сегментарная резекция нижней трети левой большеберцовой кости с установкой цементного спейсера с антибиотиком). 2-й этап 15.05.2019 г. эндопротезирование левого голеностопного сустава индивидуальным модульным эндопротезом), pT1N0M0G2. Сопутствующие заболевания: нет.

Впервые симптомы заболевания появились в декабре 2017 г., когда стали беспокоить боли в области нижней трети левой голени, усиливающиеся при физической нагрузке и в ночное время. Верифицирован диагноз адамантинома.

В мае 2018 г. обратилась к травматологу по месту жительства, произведена рентгенография, МРТ, СКТ левой голени - выявлен очаг литической деструкции нижней трети большеберцовой кости.

22.06.2018 г. произведена трепан-биопсия образования. При морфологическом и ИГХ исследовании однозначно высказаться о морфологии опухоли не представляется возможным.

07.08.2018 г. произведена ПЭТ-КТ: Получены данные о наличии активной опухолевой ткани в нижней трети левой большеберцовой кости.

28.08.2018 г. произведена открытая биопсия образования левой большеберцовой кости с замещением дефекта костным цементом.

17.09.2018 г. верифицирована: Адамантинома кости.

В октябре 2018 г. отмечается появление свищевого хода с гнойным отделяемым. Больная обратилась в МРНЦ. Произведен посев отделяемого из свищевого хода с определением флоры и чувствительности к антибиотикам, высеяны Acinetobacter baumannii, Staphylococcuss ciuri. Проведено 2 курса антибактериальной терапии по чувствительности флоры с положительным эффектом. С учётом наличия хронического очага инфекции больной показано 2-х этапное хирургическое вмешательство.

1-й этап хирургического вмешательства (29.11.2018 г.): сегментарная резекция нижней трети левой большеберцовой кости. В процессе оперативного вмешательства произведена артротомия голеностопного сустава с разметкой удаляемого сегмента кости, соблюдая принципы абластики, отступя от края опухоли 5 см. Замешено необходимое количество, заранее рассчитанного объёма костного цемента, импрегнированного антибиотиком (гентамицином). Проведена инсталляция металлического каркаса спейсера в силиконовую форму. В процессе полимеризации (состояние подобное «мягкому тесту») заполнена силиконовая форма компонента спейсера. После затвердевания костного цемента спейсер извлечён из формы, произведена окончательная обработка поверхности спейсера, удалены монтажные избытки костного цемента.

Спейсер фиксирован в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности топографическим ориентирам кости, ориентируясь по переднему краю большеберцовой кости. Поверхность спейсера дополнительно покрыта биогубкой, пропитанной гентамицином, установлена вакуум-дренажная система, рана ушита наглухо.

За счет того, что суставная поверхность спейсера конгруэнтна суставной поверхности таранной кости - правильная ось нижней конечности восстановлена.

В течение 1,5 месяцев после операции проводилась антибактериальная терапия, подобранная согласно чувствительности бактериальной флоры. Затем трижды произведен посев из ложа спейсера - роста микрофлоры не выявлено.

2-й этап хирургического вмешательства (15.05.2019 г.): Ревизионное эндопротезирование левого голеностопного сустава модульным онкологическим эндопротезом.

В настоящий момент данных за рецидив основного заболевания и инфекционно-воспалительного процесса нет, срок наблюдения - 22 месяца.

Использование разработанного способа имеет медицинское, социальное и экономическое значение и позволяет:

- изготовить эндопротез-спейсер в точном соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости, анатомической формой и качественным состоянием костей в местах фиксации элементов спейсера;

- сохранить функциональность области удалённого сустава;

- сохранить частичную опороспособность конечности, за счет использования высокопрочного армирующего каркаса;

- изготовить спейсер во время операции;

- облегчить установку эндопротеза на II-ом этапе лечения, за счет точного сохранения формы ложа удалённого участка кости;

- сохранить функциональность потенциала сустава после I-го этапа лечения (резекция кости) и провести более интенсивную программу восстановительного лечения после II-го этапа лечения.

Кроме того, за счет использования высокопрочного армирующего каркаса, конструкция надёжна, стабильна и длительна в эксплуатации.

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии и ортопедии, и может быть использовано для лечения инфицированных опухолей дистального сегмента большеберцовой кости с использованием прецизионного индивидуализированного артикуляционного анатомичного 3-D эндопротез-спейсера. Способ включает установку спейсера для временного заполнения полости сустава в период между резекцией пораженного сегмента кости и установку постоянного эндопротеза. Изготавливают индивидуализированный артикуляционный анатомичный 3-D эндопротез-спейсер импрегнированного антибиотиком в соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости и его анатомической формой. Ориентируясь по переднему краю большеберцовой кости, фиксируют спейсер в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента, по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией. Поверхность спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином. После установки вакуум-дренажной системы, рану ушивают наглухо. Способ обеспечивает сохранение функциональности области удалённого сустава и предотвращение развития перипротезной инфекции за счет установки спейсера, покрытого биогубрами, пропитанными гентамицином. 6 ил., 1 пр.

Способ лечения инфицированных опухолей дистального сегмента большеберцовой кости с использованием прецизионного индивидуализированного артикуляционного анатомичного 3-D эндопротез-спейсера, включающий этап установки спейсера для временного заполнения полости сустава в период между резекцией пораженного сегмента кости и этапом установки постоянного эндопротеза, отличающийся тем, что изготавливают индивидуализированный артикуляционный анатомичный 3-D эндопротез-спейсер, импрегнированный антибиотиком в соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости и его анатомической формой, после чего спейсер, ориентируясь по переднему краю большеберцовой кости, фиксируют в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента, по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией, причем поверхность спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, после установки вакуум-дренажной системы, рану ушивают наглухо.