Способ планирования ротационного позиционирования бедренного компонента эндопротеза коленного сустава Российский патент 2024 года по МПК A61B17/56 

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии и ортопедии. Данное техническое решение может быть использовано для оценки в предоперационном периоде величины ротации бедренного компонента эндопротеза и его имплантации во время хирургического лечения заболеваний и повреждений коленного сустава различной этиологии.

Многочисленные публикации последних лет свидетельствуют о снижении удельного веса благоприятных отдаленных результатов эндопротезирования коленного сустава. Одной из основных причин возникновения послеоперационных осложнений является неправильное пространственное позиционирование компонентов эндопротезов коленного сустава, за счет чего развивается дисбаланс связок, сопровождающийся неспособностью обеспечения правильного вращения бедренной кости и проблемами с движением надколенника. Потенциальными последствиями наличия погрешности в позиционировании в трехмерном пространстве бедренного компонента эндопротеза коленного сустава являются повышенный ассиметричный износ полиэтилена вкладыша, нестабильность и подвывих надколенника с постоянной болью при движении, перерастяжение разгибательного аппарата и сухожильных ретинакулюмов. Из литературных данных известно, что при внутренней ротации на 4,7° в 5 раз повышается частота развития болей в переднем отделе коленного сустава, а при ротации до 5° развиваются значительные функциональные ограничения в суставе. При неправильной ротации бедренного компонента более 5° случается подвывих надколенника, а на 10° - вывих.

В настоящее время оперирующие врачи, в основном, для определения ротации бедренного компонента коленного сустава используют методики визуальной интраоперационной оценки состояния анатомических структур, по которым и осуществляют его установку, что ставит в зависимость обеспечение правильности позиционирования компонента эндопротеза от приобретенного опыта и квалификации хирурга. Основными ротационными ориентирами, используемыми при различных методиках визуальной интраоперационной оценки являются задние отделы мыщелков бедренной кости; линия надколенниковой борозды Whiteside, проходящая от вершины межмыщелковой вырезки по самой глубокой части надколенниковой борозды; надмыщелковая линия, соединяющая вершину латерального надмыщелка с бороздкой в центре медиального надмыщелка; опил плато болыпеберцовой кости [Alignment options for total knee arthroplasty: A systematic review. 1С. F. Iranpour, E. Auvinet et al.// Orthop Traumatol Surg Res. 2017. №103(7). P. 1047-1056; Accuracy of Reference Axes for Femoral Component Rotation in Total Knee Arthroplasty: Computed Tomography-Based Study of 2,128 Femora / E.S. Jang, R. Connors-Ehlert, S. LiArno et al. // J Bone Joint Surg Am. 2019. №101(23). P. 125]. Однако, опубликовано большое количество работ, которые подтверждают высокий процент возникновения ошибок при использовании данных ориентиров определения расположения бедренного компонента эндопротеза. Так, задние отделы мыщелков бедренной кости из всех перечисленных являются наименее надежным ротационным ориентиром в связи с тем, что они часто сами бывают вовлечены в патологический процесс, в результате чего формируется как дефект, так и гипертрофия одного или обоих мыщелков. При этом, в случае, если врач упустит и дополнительно не учтет также индивидуальные анатомические особенности пациента, то риск возникновения ошибок в ротации положения бедренного компонента составит 30%, в частности при вальгусной деформации сустава. При выборе в качестве основного ориентира линии Whiteside известны данные о возникновении существенного числа ошибок в расположении бедренного компонента. Это связывают с тем, что даже при нормальной анатомии коленного сустава данная линия зачастую уже на 3,5° ротирована кнаружи по отношению к задней надмыщелковой линии и выполнение стандартной установки эндопротеза, рекомендованной его производителем, может привести к избыточной наружной ротации бедренного компонента, особенно при варусной деформации колена, провоцируя нестабильность сустава при сгибании. Ошибки при этом могут располагаться в диапазоне 32° - от 15° наружной до 17° внутренней ротации. Наиболее точным и постоянным ротационным ориентиром, так как надмыщелки редко вовлекаются в патологический процесс, является надмыщелковая линия, соответствующая оси, вокруг которой происходит сгибание-разгибание голени, и местам фиксации коллатеральных связок коленного сустава. Однако возникают затруднения в определении расположения хирургической надмыщелковой линии, связанные с тем, что надмыщелки и борозда покрыты мягкими тканями, поэтому вершину латерального надмыщелка и борозду в центре медиального надмыщелка не всегда легко пропальпировать, зачастую требуется их частичное препарирование. Некоторые авторы указывают на то, что уровень погрешностей, превышающих 5° при определении надмыщелковой линии составляет 56%. Ориентация на опил плато большеберцовой кости осуществляется при сгибании голени под прямым углом, создавая равномерное натяжение во внутреннем и наружном отделах сустава между мыщелками бедренной и большеберцовой костей при помощи специальных устройств - натяжителей. Это позволяет автоматически сформировать сгибательный промежуток прямоугольной формы. Однако до этого должны быть полностью выполнены необходимые манипуляции для устранения деформации при сгибании. В частности, резецированы мениски и гипертрофированные участки задней капсулы, удалены костно-хрящевые разрастания и внутрисуставные тела из задних отделов сустава, чтобы натяжение мягкотканных структур уже не претерпевало каких-либо изменений, иначе сгибательный промежуток станет асимметричным. Для минимизации ошибок при определении правильности ротации бедренного компонента эндопротеза рекомендуют использовать одновременно все четыре ориентира, что усложняет технологию выполнения данной манипуляции [Первичное тотальное эндопротезирование коленного сустава/ под ред. Т.А. Кулябы, Н.Н. Корнилова. Киев: Основа, 2019. 520 с].

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является более точный способ ротации бедренного компонента эндопротеза коленного сустава [Тотальное эндопротезирование коленного сустава с использованием виртуального прототипирования и аддитивных технологий/ P.O. Горбатов, Е.Е. Малышев, А. Д. Романов и др. // Современные технологии в медицине. Т. 10, №3. 2018, http://www.stm-journal.ru/ru/numbers/2018/3/1465/html], в рамках которого на первом этапе выполняют компьютерную томографию нижней конечности на протяжении от гребня подвздошной кости до таранной кости. Полученные данные в виде серии DICOM-файлов с использованием специализированного программного обеспечения конвертируют в 3D-модель. Для этого из массива томографических данных с установкой эмпирически, по шкале Хаунсфилда, уровня отсечки для сохранения только костно-хрящевых структур создают виртуальный трехмерный прототип нижней конечности. Затем стандартными средствами программного обеспечения выполняют моделирование позиционирования компонентов эндопротеза с учетом деформаций, костно-хрящевых дефектов бедренной и большеберцовой костей, а также плотности костной ткани. После этого проводят анализ анатомических особенностей строения тазобедренного, коленного, голеностопного суставов, позволяющий оценить исходное состояние по отношению к оптимальным механическим осям. После этого с использованием методик гибридного параметрического моделирования создавали индивидуальные направители для ориентации резекционных блоков. При завершении 3D-моделирования модель направителей сохраняли в формате. stl и конвертировали в g-code или.x3g с последующим ее изготовлением на 3D-принтере. После стерилизации индивидуальных направителей (бедренный и тибиальный компоненты) во время эндопротезирования коленного сустава через срединный доступ с медиальной парапателлярной артротомией позиционировали направители и вводили через них пины, которые в последующем использовались для установки стандартных резекционных блоков.

Однако данный способ, хотя и позволяет в сравнении с указанными выше аналогами провести определение параметров ротации бедренного компонента эндопротеза в предоперационный период с максимально возможной точностью, но его воспроизведение является затруднительным в связи с необходимостью внедрения в работу врача компьютерных технологий со сложными алгоритмами действий. В настоящее время финансовые сложности в обеспечении такими продуктами отечественных клиник, а также отсутствие курсов для врачей по работе с аналогичными системами поддержки принятия врачебных решений и организации работ в медицинской среде, касающихся технического сопровождения данного программного обеспечения IT-специалистами конкретно на местах, по-прежнему мешает широкому распространению данных технологий. Кроме того, все вычисленные ротационные ориентиры адаптированы под применение индивидуальных изготовленных на 3D-принтере направителей для ориентации резекционных блоков, что не только значительно усложняет процесс подготовки к сложнейшей операции тотального эндопротезирования, но и увеличивает время и затраты на и так дорогостоящее лечение.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение процесса предоперационного планирования ротации бедренного компонента эндопротеза коленного сустава при сохранении точности интраоперационного определения ротационного ориентира.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе планирования ротационного позиционирования бедренного компонента эндопротеза коленного сустава, включающем проведение в предоперационном периоде компьютерной томографии пораженного коленного сустава и анализ полученных изображений для определения ротационного ориентира, по которому интраоперационно устанавливают резекционный блок, выполняют опилы дистального отдела бедренной кости с последующей имплантацией эндопротеза, при пошаговом анализе изображений в аксиальной проекции коленного сустава производят графическую разметку анатомических ориентиров: в момент визуализации верхнего полюса надколенника строят линию, проходящую касательно через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости, в момент выявления вершины латерального надмыщелка и бороздки в центре медиального надмыщелка строят линию, проходящую через них; достраивают эти линии до точки их пересечения; определяют угол между ними; интраоперационно на дистальном опиле мыщелков бедренной кости проецируют ротационный ориентир - хирургическую надмыщелковую линию, расположенную под ранее определенным углом к линии, проходящей через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости; резекционный блок устанавливают параллельно хирургической надмыщелковой линии.

Технический результат заявляемого изобретения.

Предоперационное планирование ротации бедренного компонента эндопротеза осуществляется в стандартной программе обработки изображений, которой оснащены автоматизированные рабочие места врачей, что позволяет использовать данный способ без ограничений специалистами с разным уровнем профессиональной квалификации и оснащенности медицинских организаций. Сам процесс предоперационного планирования основан на определении нескольких анатомических ориентиров и проведении по ним графической разметки двух пересекающихся линий с оценкой угла между ними, что значительно упрощает технологию определения ротационного позиционирования бедренного компонента эндопротеза. Такой технический прием как определение ротационного ориентира - хирургической надмыщелковой линии по углу, определенному на КТ-изображениях, а не визуально интраоперационно как в аналогах, позволяет повысить точность ротации бедренного компонента эндопротеза коленного сустава, снизив до минимума возможность ошибки позиционирования вследствие недоучета индивидуальной морфологии кости и прилежащих мягких тканей, а также особенностей и выраженности дегенеративных изменений (гипертрофия или гипотрофия медиального или латерального мыщелка бедренной кости), не прибегая к аддитивным технологиям.

Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг, на котором продемонстрировано КТ-изображение с графической разметкой анатомических ориентиров.

Способ планирования ротационного позиционирования бедренного компонента эндопротеза коленного сустава осуществляют следующим образом.

Проводят в предоперационном периоде компьютерную томографию пораженного коленного сустава. Анализируют полученные изображения для определения ротационного ориентира. Для этого при пошаговом анализе изображений в аксиальной проекции коленного сустава производят графическую разметку анатомических ориентиров: в момент визуализации верхнего полюса надколенника - линии, проходящей касательно через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости, в момент выявления вершины латерального надмыщелка и бороздки в центре медиального надмыщелка - линии, проходящей через них, после чего их достраивают до точки пересечения, определяя угол между ними. Интраоперационно проецируют ротационный ориентир - хирургическую надмыщелковую линию на дистальном опиле мыщелков бедренной кости под определенным ранее углом к линии, проходящей через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости в области верхнего полюса надколенника. По сформированной проекции хирургической надмыщелковой линии параллельно ей устанавливают резекционный блок.

Выполняют опилы дистального отдела бедренной кости с последующей имплантацией эндопротеза. Пример.

Пациент Ч., 1959 г. р., обратилась в научно-исследовательский институт травматологии, ортопедии и нейрохирургии СГМУс жалобами на боль в левом коленном суставе после травмы. Был установлен диагноз: левосторонний посттравматический гонартроз 4 ст., вальгусная деформация левого коленного сустава, недостаточность функции - 2 степени. Было принято решение о выполнении тотального эндопротезирования коленного сустава.

В предоперационном периоде проведена комьютерная томография пораженного коленного сустава. Выполнено предоперационное планирование, в рамках которого проведен пошаговый анализ КТ-изображений в аксиальной проекции коленного сустава, на которых произведена графическая разметка анатомических ориентиров: в момент визуализации верхнего полюса надколенника - линии, проходящей касательно через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости, в момент выявления вершины латерального надмыщелка и бороздки в центре медиального надмыщелка - линии, проходящей через них. После чего определен угол между двумя проведенными линиями, который составил 17°.

Было выполнено тотальное эндопротезирование левого коленного сустава. Пациента укладывали на спине. Производили обработку оперируемой нижней конечности. После разреза кожи и подкожно жировой клетчатки производили продольное рассечение капсулы сустава с обходом надколенника с медиальной стороны. Выполняли вывих надколенника с резекцией жирового тела, тотальную синовэктомию, мобилизацию верхнего заворота от мягких тканей, резекцию проксимального конца большеберцовой кости, моделирование опила под тибиальный компонент нужного размера. Сверлом вскрывали канал бедренной кости и устанавливали штифт с резекционным блоком. Производили дистальный опил мыщелков бедренной кости. Прикладывали транспортир к дистальному опилу бедренной кости, ориентируя его основание через линию, проходящую через выступающие части пластинки компактного костного вещества дистального метафиза бедренной кости в области верхнего полюса надколенника, задавая угол 17°, измеренный на КТ-изображениях при предоперационном планировании, проводя в соответствии с ним линию, являющуюся хирургической надмыщелковой линией. По отношению к последней линии параллельно устанавливали резекционный блок 4/1. Производили опилы - передний, задний и косые. Пробными компонентами выполняли проверку положения эндопротеза и механической оси нижней конечности. Имплантировали компоненты эндопротеза.

В послеоперационном периоде ось нижней конечности восстановлена, дисбаланса компонентов в коленном суставе, пателофеморальной боли, подвывиха и вывиха надколенника не выявлено, что подтверждает правильность ротационного позиционирования эндопротеза.

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии и ортопедии. Проводят в предоперационном периоде компьютерную томографию пораженного коленного сустава. Анализируют полученные изображения для определения ротационного ориентира. Для этого при пошаговом анализе изображений в аксиальной проекции коленного сустава производят графическую разметку анатомических ориентиров: в момент визуализации верхнего полюса надколенника - линии, проходящей касательно через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости, в момент выявления вершины латерального надмыщелка и бороздки в центре медиального надмыщелка - линии, проходящей через них, после чего их достраивают до точки пересечения, определяя угол между ними. Интраоперационно проецируют ротационный ориентир - хирургическую надмыщелковую линию на дистальном опиле мыщелков бедренной кости под определенным ранее углом к линии, проходящей через выступающие части пластинки компактного костного вещества дистального метафиза бедренной кости в области верхнего полюса надколенника. По сформированной проекции хирургической надмыщелковой линии параллельно ей устанавливают резекционный блок. Выполняют опилы дистального отдела бедренной кости с последующей имплантацией эндопротеза. Применение заявляемого способа позволит упростить процесс предоперационного планирования ротации бедренного компонента эндопротеза коленного сустава при сохранении точности интраоперационного определения ротационного ориентира. 1 ил.

Способ планирования ротационного позиционирования бедренного компонента эндопротеза коленного сустава, включающий проведение в предоперационном периоде компьютерной томографии пораженного коленного сустава и анализ полученных изображений для определения ротационного ориентира, по которому интраоперационно устанавливают резекционный блок, выполняют опилы дистального отдела бедренной кости с последующей имплантацией эндопротеза, отличающийся тем, что при пошаговом анализе изображений в аксиальной проекции коленного сустава производят графическую разметку анатомических ориентиров: в момент визуализации верхнего полюса надколенника строят линию, проходящую касательно через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости, в момент выявления вершины латерального надмыщелка и бороздки в центре медиального надмыщелка строят линию, проходящую через них; достраивают эти линии до точки их пересечения; определяют угол между ними; интраоперационно на дистальном опиле мыщелков бедренной кости проецируют ротационный ориентир - хирургическую надмыщелковую линию, расположенную под ранее определенным углом к линии, проходящей через выступающие контуры дистального метафиза бедренной кости; резекционный блок устанавливают параллельно хирургической надмыщелковой линии.