Positioning of custommade acetabular components at revision hip arthroplasty: do they really match as “a key and a lock”?

Full Text

Введение. С ростом числа операций тотально- го эндопротезирования тазобедренного сустава и устойчивой частотой ревизионных операций, пре- вышающей 12%, ожидается существенный рост абсолютного числа ревизий, с том числе с обшир- ными дефектами костной ткани [1]. Ревизия (за- мена) вертлужного компонента сопровождается особенными сложностями у пациентов с обширны- ми дефектами и низким качеством костной ткани. Третий тип дефектов по классификации Paprosky, наряду с нарушением целостности тазового коль- ца, характеризуется большим дефицитом костной ткани, сложной геометрией и относится к наибо- лее сложным случаям реконструкции тазобедрен- ного сустава [2-4]. В подобных ситуациях широко применяются такие техники, как импакционная костная пластика, аллопластика структурными трансплантатами, использование трабекуляр- ных аугментов, антипротрузионные конструкции, овальные чашки, комбинации чашек и антипро- трузионных конструкций (cup-cage) и индивиду- альные трехфланцевые конструкции [5-7]. В большинстве из этих методов используются имплантаты определенных размеров и формы, ко- торые требуют адаптации анатомии пациента для достижения стабильной фиксации. В нашей кли- нике при необходимости реконструкции области вертлужной впадины с дефектами типа 2 и 3 по Paprosky, требующими возможности расширенной фиксации компонента, мы использовали совместно спроектированные и изготовленные компанией ООО «Эндопринт» (Россия) индивидуальные вертлужные конструкции с трабекулярным покрытием методом трехмерной печати из порошка титанового сплава. Такие имплантаты разрабатывались по результатам анализа формы, качества кости и расположения де- фекта в соответствии с данными КТ-исследований. Однако в своей практике мы столкнулись с тем, что несмотря на изготовление дефектспецифичных кон- струкций, их установка нередко вызывала серьез- ные технические трудности. В связи с этим мы по- ставили целью ответить на следующие вопросы: 1) как часто и в какой степени положение имплантата после операции соответствует планируемому; 2) что может служить причиной несоответствия; 3) какие негативные последствия это может повлечь. ПаЦиенТЫ и МеТодЫ В период с августа по декабрь 2016 г. с исполь- зованием индивидуальных конструкций ООО «Эндопринт» (Россия) было выполнено 30 реви- зий вертлужного компонента у 30 пациентов с де- фектами типа 2 и 3 по классификации Paprosky, а также нестабильностью тазового кольца на уровне вертлужной впадины. В раннем послеоперацион- ном периоде КТ-исследование удалось повторить 20 пациентам. Среди них было 2 мужчин и 18 жен- щин, средний возраст которых составил 53 года (от 22 до 72 лет). Использовалось три варианта индивидуальных имплантатов (табл. 1). В предоперационном периоде каждому пациен- ту выполняли КТ таза с целью оценки дефекта и построения его модели. Для обработки данных КТ, сегментирования и проектирования имплантатов использовали свободное программное обеспечение 3DSlicer 4.5, Blender 2.5. Оценивали дефект окруж- ности вертлужной впадины, передней и задней ко- лонн, на основе которых определяли тип дефекта по классификации Paprosky. Затем оценивали ра- диальную потерю кости. Оценку дефекта, степень потери костной ткани и качества оставшейся кости в области вертлужной впадины выполняли с помо- щью современной трехмерной компьютерной обра- ботки и реконструкции анатомии области дефекта. Эту информацию учитывали при проектировании аугментов, индивидуальных полусферических и трехфланцевых компонентов с пористым покрыти- ем. Кроме того, результаты томографии использо- вали для планирования длины и направления про- ведения каждого винта, точного дизайна фланцев на подвздошной, лонной и седалищной костях с учетом качества кости. При планировании индивидуальных имплантатов хирурги непосредственно участвовали в оценке дефекта, проектировании и позициониро- вании имплантата для достижения оптимального контакта с костью и возможности его надежной фик- сации. Девять конструкций были спроектированы в виде трехфланцевых компонентов, 7 - индивиду- альных аугментов и 4 - полусферических чашек с индивидуально запланированным расположением и направлением винтов. В среднем планировалось 9 винтов на конструкцию (от 6 до 13). У 6 пациентов был использован задний доступ, у 14 - прямой боковой, а 7 пациентам при невоз- можности низведения бедра была выполнена рас- ширенная вертельная остеотомия. Если бедренные компоненты были стабильными и низведение бедра не вызывало проблем, бедренные компоненты не удаляли. По запросу хирурга применялись паци- ентспецифичные вспомогательные средства, такие как трехмерные анатомические модели полутаза, пробные модульные или моноблочные имплантаты и направители для сверл. В 3 случаях использовал- ся пациентспецифичный инструмент для позици- онирования и наклона фрезы при обработке ложа под имплантат. В соответствии с предоперацион- ным планом осуществляли обработку кости и уда- ляли остеофиты, при необходимости восполняли дефекты аллокостью. В качестве шаблона для ком- понента использовали пластмассовые пробники. После установки индивидуальный имплантат фик- сировали винтами через предусмотренные отвер- стия в аугментах, чашках или фланцах трехфлан- цевых конструкций. Количество установленных винтов подсчитывалось. В заключение устанавли- вали вертлужный компонент с полиэтиленовым вкладышем при использовании индивидуальных аугментов, либо полиэтиленовый компонент це- ментировали в индивидуальную трехфланцевую или полусферическую конструкцию. Ориентация компонента пары трения могла отличаться от за- ложенной в индивидуальную конструкцию, если интраоперационно хирург считал целесообразным изменить ее для лучшего взаимоотношения с бед- ренным компонентом. В 3 случаях были установле- ны системы с двойной мобильностью. Послеоперационное положение имплантата сравнивали с предоперационным планированием на основании данных КТ. Антеверсию, инклинацию и положение центра ротации оценивали путем сопо- ставления трехмерной модели таза на до- и после- операционных компьютерных томограммах [8]. Для минимизации разницы между до- и послеопераци- онным положением моделей таза с имплантатом применяли итеративный алгоритм путем сопостав- ления ближайших точек [9]. Инклинацию определя- ли как угол отклонения основания полусферической части индивидуального компонента от линии, соеди- няющей «фигуру слезы» во фронтальной плоскости, а антеверсию - как угол отклонения основания по- лусферической части индивидуального компонента от сагиттальной плоскости. Позицию центра ротации описывали как удаленность его координат от фрон- тальной, сагиттальной и горизонтальной плоскостей соответственно в переднезаднем, латеромедиальном и верхненижнем направлениях для планируемого и установленного вертлужного компонента (рис. 1, 2). Далее вычисляли разницу между полученными до и после операции значениями инклинации, антевер- сии и расстояния по каждой из осей. Значения считались положительными в на- правлении кверху, латерально и кпереди. Поскольку отклонение более 10° от оптимально- го положения вертлужного компонента для ан- теверсии и инклинации считается клинически релевантным [10], его можно считать пороговым при описании отклонения позиции имплантата. Таким образом, диапазон ±10° был принят в каче- стве критерия определения соответствия ориен- тации установленной конструкции по отношению к запланированной [8]. Смещение центра ротации более 5 мм в любом направлении также расцени- валось как избыточное смещение компонента [8]. Операционные протоколы были изучены на пред- мет интраоперационных осложнений, кроме того, регистрировались осложнения, развившиеся в те- чение 6 нед после операции. Статистическую обработку данных про- водили в программе Past 3.15. Учитывая ненор- мальное распределение показателей в группе, для определения статистической значимости различий использовали критерий Колмогорова - Смирнова. Критерий Спирмена применяли с целью определе- ния корреляции между результатами измерений на КТ (различия в инклинации, антеверсии и по- ложении центра ротации) и индексом массы тела, модульностью или моноблочностью конструк- ции, количеством предшествующих операций. Корреляция расценивалась как сильная при значе- ниях r в диапазоне 0,51-1,0 [11]. Для оценки влия- ния типа конструкции вертлужного компонента на соответствие положения допустимому диапазону смещения использовали произвольную таблицу со- пряженности с расчетом критерия c2 Пирсона. реЗУЛЬТаТЫ Среднее значение планируемой инклинации со- ставило 42°, после операции - 43°, среднее значе- ние антеверсии компонента - 12,8° и 13° соответ- ственно (p>0,05). Латерализация центра ротации по данным планирования перед операцией составила в среднем 35,3 мм, после - 37,9 мм, высота центра ротации - 31,8 и 34,6 мм, глубина центра ротации - 64,8 и 65,7 мм соответственно. Статистически значимой разницы в средних значениях указанных параметров не обнаружено (p>0,05). Среднее сме- щение центра ротации от планируемого в передне- заднем, латеромедиальном и в верхненижнем направлениях составило 3,4, 4,7 и 5 мм соответ- ственно (табл. 2). Средняя разница между планируемым и по- слеоперационным параметрами для инклинации составила 3,6° (межквартильный диапазон (МКД) 1,1-5,7°), для антеверсии - 13,3° (МКД 3,2-18,1°), для смешения в переднезаднем направлении - 3,4 мм (МКД 1,3-5,0 мм), в верхненижнем - 5 мм (МКД 1,0-7,9 мм), в латеромедиальном - 4,7 мм (МКД 1,3-6,4 мм). Разница в инклинации более 10° имела место у 1 пациента, антеверсии - у 9, сме- щение положения центра ротации более 5 мм в верхненижнем направлении наблюдалось у 7 про- оперированных, в латеромедиальном - у 5, в пе- реднезаднем - также у 5. Несмотря на хорошие в целом средние показа- тели, лишь у 5 пациентов из 20 положение центра ротации и ориентация полусферы узла трения при имплантации индивидуальной вертлужной кон- струкции соответствовали планируемым, когда ни один из параметров не выходил за границы услов- но допустимого диапазона (±10° инклинации или антерверсии; ±5 мм смещения по одной из осей). В 3 случаях положение центра ротации и ориента- ция полусферы узла трения отличались от плани- руемого по одному и в 12 - по двум и более пара- метрам (рис. 3). Статистически значимой связи между типом конструкции и соответствием положения имплан- тата планируемому выявлено не было (c2=1,799, p>0,05; табл. 3). Корреляционной зависимости между результа- тами измерений по компьютерным томограммам, с одной стороны, и индексом массы тела, количеством ревизий - с другой обнаружено не было (p>0,05). Две конструкции моделировались интраопераци- онно: были спилены неконгруэнтные части, пре- пятствовавшие их установке. Интраоперационные переломы в нашей серии отсутствовали. В среднем на конструкцию было установлено 7,4 (от 3 до 12) винтов, что составило 81,1% (от 50 до 100%) от за- планированного числа. В течение всего периода послеоперационного наблюдения ни у одного из пациентов не отмеча- лось вывихов. У 2 пациентов (у одного с массивной трехфланцевой конструкцией и у второго с макси- мальным смещением индивидуального аугмента по высоте (28,9 мм) и пролапсом имплантата в мягкие ткани) потребовалась ревизия раны по поводу ге- матомы. Результаты последующих бактериальных исследований были отрицательными. оБСУждение Как показало наше исследование, точное позици- онирование индивидуальных конструкций в строгом соответствии с предоперационным планом может быть затруднительным. По данным [8], только 4 из 16 конструкций не удалось установить в условно допу- стимые пределы инклинации и антеверсии. В нашей серии наблюдений таких пациентов было 9 из 15. При этом нами так же, как и M. Baauw и соавт. [8], про- демонстрирована существенная уязвимость поло- жения имплантата в отношении параметра антевер- сии. Еще у 6 наших пациентов отмечались смещения центра ротации по одному или более параметрам, в то время как в исследовании [8] таких пациентов оказалось трое. В целом только 5 (25%) имплантатов в нашей серии наблюдений и 9 (56,3%) - в исследо- вании [8] находились в установленных пределах по всем показателям. Обращает на себя внимание, что в ряде случаев в обоих исследованиях уже на этапе планирования инклинация и антеверсия выходили за пределы общепринятых значений. Вероятно, это связано с тем, что у пациентов с обширными остео- литическими дефектами и посттравматическими деформациями имеют место значительное измене- ние анатомии, положения верхней и нижней поло- вин гемипельвиса и смещение референтных точек, таких, например, как «фигура слезы». Чаще всего выход за пределы принятого диа- пазона констатировали по показателям латера- лизации (10 случаев) и антеверсии (9 случаев). Латерализация компонентов может быть вызва- на стремлением хирурга максимально сохранить кость и не усугублять потерю костной ткани в ус- ловиях обширных дефектов, а также проблемами формирования ложа для имплантата в точном со- ответствии с операционным планом для импланта- тов сложной формы. Другим фактором могла стать разница между границами реальной кости и вирту- альной реконструкцией дефекта. Такие неточности возникают из-за проблем сегментации, включаю- щих искажения, связанные с оборудованием, осо- бенностями обработки изображения и наводками от артефактов [12]. Несмотря на отсутствие статистически значимых различий, совершенно очевидно, что трехфланцевые компоненты реже (в 2 из 9 наблюдений) устанавли- вались за пределами допустимых значений антевер- сии, чем аугменты и полусферические компоненты, где несоответствие отмечалось в 7 из 11 случаев. Это связано с тем, индивидуальные аугменты и полу- сферы имеют бульшую степень свободы при выборе их позиции, в частности антеверсии. Согласно дан- ным литературы, интраоперационная оценка анте- версии и инклинации часто бывает ошибочна [13]. Только 64,5% из 200 компонентов были установлены в диапазоне ± 5° от оцениваемой интраоперационно инклинации и 61% - от определенной во время опе- рации антеверсии. В исследовании [14] 1363 (88%) из 1549 установленных компонентов находились в пла- нируемом диапазоне инклинации и антеверсии, од- нако в этой работе допустимый диапазон был шире и составлял 33-55° для инклинации и 5-25° для анте- версии. H.R. Choi и соавт. [15] отметили, что установ- ка методом «свободной руки» может быть неточной при ревизионном эндопротезировании у пациентов с дефектами типа 3 по классификации Paprosky. Так, только 19 (56%) из 34 компонентов были установле- ны в зоне Lewinnek. Однако в их исследовании при- менялся другой метод реконструкции. Оценивая клинический результат, следует от- метить, что в нашей серии наблюдений, в отличие от данных литературы, не было ни одного вывиха. В работе [8] использовались пациентспецифичные инструменты для установки индивидуальных им- плантатов настолько близко к планируемому по- ложению, насколько это возможно, что позволило установить в пределах допустимого диапазона 9 из 16 конструкций [8]. При этом авторы сообщили о двух случаях вывихов. Однако лишь один из них авторы связали с мальпозицией компонента, несмотря на то, что в каждом случае ревизии использовались систе- мы двойной мобильности. В трех случаях нами пред- принимались попытки использовать пациентспеци- фичный инструмент. Все они требовали расширения раны и избыточного скелетирования костных краев дефекта вертлужной области, поэтому в последую- щем было решено от них отказаться. Возможно, от- каз от избыточного скелетирования мышц является более значимым фактором профилактики вывихов, чем строгое соответствие положения имплантата предоперационному плану. Однако в нашей работе этот параметр не оценивался. Другим фактором, который, возможно, опре- делил отсутствие вывихов, было то, что хирург осуществлял установку компонента пары трения, ориентируясь не на позицию индивидуального вертлужного имплантата, а на другие анатомиче- ские маркеры и взаиморасположение с бедренным компонентом. Интраоперационно использовались примерочные вкладыши, проводилось тестирова- ние стабильности эндопротеза, а цементная фикса- ция полиэтиленого вкладыша позволяла добиться его оптимального положения. Лишь в 3 случаях из 20, при невозможности надежной стабилизации су- става вследствие слабости аддукторов или тенден- ции к подвывиху, была установлена пара трения c системой двойной мобильности. Кроме того, в отли- чие от исследования [8], в нашей серии не наблюда- лось ни одного интраоперационного перелома. Одним из самых важных вопросов является влияние позиции индивидуального имплантата на площадь контакта высокопористой поверхности с жизнеспособной костью, что, вероятно, имеет клю- чевое значение для долгосрочного функционирова- ния конструкции. Однако нам не удалось подобрать метод, который бы обеспечил адекватную оценку контакта на послеоперационных КТ, а ручное выде- ление зоны контакта на каждом срезе чрезвычайно трудоемко и характеризуется высокой степенью субъективности. Разумеется, правильное положе- ние компонента обеспечивает максимально воз- можную площадь контакта и теоретически более надежную фиксацию компонента. Однако вопрос о том, какую площадь контакта считать минимально достаточной для обеспечения долговременной фик- сации, на сегодня остается открытым. Результаты проведенного исследования под- черкивают сложность точного позиционирования вертлужных индивидуальных конструкций. На наш взгляд, факторы, препятствующие точной установ- ке, могли встречаться от этапа сегментации изо- бражения до момента обработки костного ложа и установки имплантата. Обработка костного ложа без пациентспецифичных инструментов усложняет установку в точном соответствии с предоперацион- ным планом, но даже их использование не гаранти- рует отсутствие расхождений. Такие инструменты, в свою очередь, не должны избыточно скелетировать кость и компрометировать мягкие ткани, что может сказываться на уровне послеоперационных ослож- нений. Установка индивидуальных вертлужных им- плантатов затруднена ввиду неполного интраопера- ционного обзора раны, невозможности полноценно оценить прилегание фланцевых частей компонентов массивных конструкций к костному ложу в условиях обширного дефекта. Правильное ориентирование в ране является, на наш взгляд, краеугольным камнем корректной обработки краев дефекта, расположе- ния имплантата и обеспечения максимального кон- такта имплантата с костью пациента. На сегодняш- ний день в области первичного эндопротезирования тазобедренного сустава предлагается достаточно много решений, оптимизирующих обработку кости и улучшающих позиционирование компонентов, сре- ди которых компьютерные навигационные и роботи- зированные системы. Основным недостатком таких систем является высокая стоимость, делающая их недоступными для широкого использования. Кроме того, навигационные системы, ориентированные на первичное эндопротезирование, не применимы при ревизионном эндопротезировании, в частности, при обширных дефектах. В ситуациях с грубо изменен- ной анатомией навигационная система должна быть персонифицированной, т.е. не только указывать хи- рургу правильное положение компонента, но и сопо- ставлять положение инструмента в ране с соответ- ствующей областью виртуальной реконструкцией дефекта [16]. Не лишней для таких систем является опция загрузки планируемого положения имплан- тата для сравнения с текущим интраоперацион- ным. Более доступным решением, которое могло бы улучшить позиционирование индивидуальных вертлужных компонентов, является использование примерочных компонентов с градиентными разме- рами или модульными частями, позволяющих про- извести пошаговую адекватную обработку костного ложа [17]. Тем не менее ключевыми критериями оцен- ки правильности установки являются стабильная первичная фиксация, процент послеоперационных осложнений, функциональность и долгосрочная вы- живаемость конструкций, а не формальное соответ- ствие положения условно допустимому диапазону. Заключение. У всех пациентов нашей серии на- блюдений были достигнуты стабильная первичная фиксация и опорная функция нижней конечности, в большинстве случаев произведена реконструк- ция биомеханических параметров. Требуются дальнейшие исследования с целью определения допустимых диапазонов положения центра рота- ции, ориентации вертлужного компонента, а также минимально достаточной контактной поверхности индивидуальных конструкций, обеспечивающих их долговременное функционирование. Конфликт интересов: не заявлен.

About the authors

Anton N. Kovalenko

Russian Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden

Email: Tonnchik@yandex.ru
cand. med. sci., senior scientific worker, department of the loco-motor system and diseases diagnosis, RNIITO named after R.R. Vreden St. Petersburg, Russia

R. M Tikhilov

Russian Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden

St. Petersburg, Russia

S. S Bilyk

Russian Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden

St. Petersburg, Russia

I. I Shubnyakov

Russian Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden

St. Petersburg, Russia

M. A Cherkasov

Russian Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden

St. Petersburg, Russia

A. O Denisov

Russian Scientific Research Institute of Traumatology and Orthopedics named after R.R. Vreden

St. Petersburg, Russia

References

Supplementary files