Mini-apparatus Ilizarov with polymer supports: use in the treatment of finger deformities



Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

External fixation devices are widely used in traumatology and orthopedics. Devices made of radiolucent composite material allow surgeons to accurately assess the bone healing process using radiographs and significantly reduce the weight of the external fixator. Clear visualization is especially important in the treatment of injuries and diseases of the finger joints. Most known mini-devices of external fixation are made of metal. Metal parts of the fixators can significantly obscure the image of bones and joints on radiographs. Some proprietary devices are quite bulky and heavy. A "transparent" and "light" (by weight) alternative to metal external fixators are polymer devices.

An analysis of the treatment of twelve patients aged 15 to 67 years was conducted. The radiolucent mini-Ilizarov device was used for repositioning and fixation of a fracture of the middle phalanx of a finger (1), for gradual elimination of finger deformities associated with Dupuytren's contracture (8), post-traumatic contracture of fingers (2) and "boutonniere" finger deformity in rheumatoid arthritis (1).

In all cases, a modified Ilizarov mini-apparatus with polymer supports was used. The supporting elements were printed on an FDM 3D printer. The supports were printed in the form of arcs similar to the parts from the standard Ilizarov mini-apparatus set. The supports were prepared with a thickness of 4 mm.

The polymer supports withstood standard sterilization and did not lose their strength. During the treatment, the polymer supports also retained the required strength for the entire treatment period.

The use of radiolucent arches has made it easier to control the image of bones and joints when performing radiography.

The Ilizarov mini-apparatus, assembled from polymer arcs, has proven effective in treating patients with finger deformities. This fixator has positive qualities - radiolucency, sufficient strength and lightness. The device with polymer supports can be an alternative and complement to the traditional original mini-Ilizarov device and similar external fixation devices made of metal.

Full Text

Обоснование

           Аппараты наружной фиксации широко используются в травматологии и ортопедии. Аппараты, изготовленные из рентгенпрозрачного композитного материала, позволяют хирургам точно оценивать процесс заживления кости с помощью рентгенограмм и значительно уменьшает вес наружного фиксатора [1-4]. Четкая визуализация особенно важна при лечении травм и заболеваний суставов пальцев кисти. Большинство известных мини-аппаратов внешней фиксации изготовлены из металла [5-9]. Металлические детали фиксаторов могут в значительной степени закрывать изображение костей и суставов на рентгенограммах. Некоторые авторские аппараты довольно громоздкие и тяжелые [10, 11]. «Прозрачной» и «легкой» (по весу) альтернативой металлическим наружным фиксаторам являются аппараты из полимеров.

Описание клинических случаев

Проведен анализ лечения двенадцати пациентов в возрасте от 15 до 67 лет. Рентгенпрозрачный мини-аппарат Илизарова использовался для репозиции и фиксации перелома средней фаланги пальца (1), для постепенного устранения деформаций пальцев, связанных с контрактурой Дюпюитрена (8), посттравматической контрактурой пальцев (2) и деформацией пальца в виде «бутоньерки» при ревматоидном артрите (1).

Во всех случаях использовался модифицированный мини-аппарат Илизарова с полимерными опорами. Опорные элементы были напечатаны на FDM 3D-принтере (модель «Designer X», производитель Picaso, Россия) из полиамида-6, армированного дискретным углеродным волокном (ПА 6 210/310 согласно ОСТ 6-06-С9-93, Россполимер). Печатались опоры в виде дуг по аналогии с деталями из стандартного набора мини-аппарата Илизарова. Готовились опоры толщиной 4 мм.

В ряде случаев дизайн и размеры опор менялись с учетом размеров кисти пациента и конкретной клинической задачи. Например, стальные дуги из стандартного набора мини-аппарат Илизарова имеют на краях острые углы, которые могут вызывать дискомфорт из-за давления на соседний с «больным» палец. В связи с этим полимерные дуги печатались с закругленными углами (Рис. 1). Для некоторых пациентов менялись длина окружности дуги, расположение и количество отверстий в опоре.

Рис. 1. А – стальная и полимерная опоры на кадаверной пястной кости; Б – рентгенография стальной и полимерной опор на кадаверной пястной кости.

 

Было проведено сравнительное взвешивание (на электронных весах) оригинальной стальной дуги (диаметр 35 мм, толщина 2 мм), дуги из полимерного материала (диаметр 35 мм, толщина 4 мм), обручального кольца (диаметр 20 мм, ширина 4,4 мм) (Рис. 2).

Перед использованием все части мини-аппарата Илизарова стерилизовали традиционным способом.

Пациентам с контрактурой Дюпюитрена проводилось двухэтапное лечение с предварительным постепенным устранением выраженной сгибательной контрактуры пальца с помощью аппарата наружной фиксации на первом этапе (в сочетании с игольной апоневротомией). На втором этапе аппарат демонтировался и выполнялась открытая операция – апоневрэктомия.  

Двум пациентам с помощью дистракционного аппарата устранялась посттравматическая контрактура межфаланговых суставов.

Пациентке с ревматоидным артритом и ригидной деформацией по типу «бутоньерки» после постепенного устранения сгибательной контрактуры ПМФС произведена тенотомия тыльного сухожильного растяжения на уровне средней фаланги.

Пациенту с застарелым внутрисуставным переломом средней фаланги с помощью дистракционного аппарата проводилась одномоментная репозиция перелома, устранение подвывиха и окончательная фиксация.

Период дистракции и фиксации в аппаратах составил 21-56 дней. После демонтажа аппарата проводилось восстановительное лечение (ЛФК, массаж, физиопроцедуры) совместно с реабилитологом.

Вес полимерных опор оказался значительно меньше по сравнению со стальными.  Вес оригинальной стальной дуги оказался равным 9 г, вес полимерной дуги составил 3 г, вес обручального золотого кольца – 4 г.

Рис. 2. А – оригинальная стальная дуга (диаметр 35 мм, толщина 2 мм), полимерная дуга (диаметр 35 мм, толщина 4 мм), обручальное золотое кольцо (диаметром 20 мм, ширина 4,4 мм); Б – общий вес дуг и кольца - 16 г.

 

Полимерные опоры выдержали стандартную стерилизацию и не потеряли прочность. В процессе лечения полимерные опоры также сохранили необходимую прочность на весь период лечения.

Использование рентгенпрозрачных дуг облегчило контроль изображения костей и суставов при выполнении рентгенографии.

Функциональный результат лечения оценивали через 6-24 месяца. В трех случаях (контрактура Дюпюитрена - 2, посттравматическая контрактура - 1) деформация была полностью устранена и движения полностью восстановлены. У остальных одиннадцати пациентов наблюдалось значительное улучшение анатомии и функции пальцев кисти.

Клиническое наблюдение

 Больной П., 42 лет, страдает болезнью Дюпюитрена в течение 5 лет. Беспокоят выраженная деформация 5 пальца кисти, нарушение функции. 2 года назад был уже оперирован, обратился в связи с рецидивом. Локально: на правой ладони по ходу 5 луча послеоперационные рубцы, фиброзные узлы, тяжи, ограничение движений в суставах пальца. Дефицит разгибания в межфаланговых и пястно-фаланговом суставах 175 градусов (Рис. 3). Деформация ригидная со значительным дефицитом разгибания. При таких формах заболевания имеется высокий риск ишемических осложнений в случае одномоментного устранения деформации. В связи с этим, было проведено двухэтапное лечение с использованием на первом этапе чрескостного компрессионно-дистракционного аппарата, содержащего полимерные опорные элементы и элементы стандартного комплекта.

Первый этап. Под местной анестезией по стандартной методике и с помощью стандартных оборудования и инструментов выполнена игольная апоневротомия фиброзных тяжей на уровне ладони, палец частично разогнут на уровне пястно-фалангового и проксимального межфалангового суставов. Через основную и дистальную фаланги проведены две спицы диаметром 1 мм во фронтальной плоскости, монтирован аппарат из двух полимерные дуг, напечатанных на 3Д принтере (внутренний диаметр дуги 35 мм, толщина 4 мм, вес 3 г). Начата постепенная дистракция по 0,75-1 мм в сутки. Контроль положения чрескостного компрессионно-дистракционного аппарата и состояния суставов пациента посредством рентгенографии проводились раз в неделю. На контрольных снимках опорные элементы не закрывают изображение фаланг и суставов кисти пациента. Деформация устранена в течение 4 недель.

Второй этап. Через 4 недели после первого этапа чрескостный компрессионно-дистракционный аппарат демонтирован. По стандартной методике и с помощью стандартных оборудования и инструментов выполнена апоневрэктомия с использованием доступа типа Брунера, частично по старому рубцу. После операции выполнялись перевязки, иммобилизация с помощью съемной гипсовой шины, активные и пассивные движения в пальцах кисти. Заживление первичное. Швы сняты через 3 недели. Прошел курс физиопроцедур, занятий лечебной физической культурой (ЛФК). Через 2 года после операции деформация устранена, хорошая функция кисти.

Рис. 3. Фото и рентгенограммы кисти пациента П., 42 лет.  А – фото кисти до лечения; Б – фото кисти в процессе дистракции; В – рентгенограммы кисти в процессе дистракции; Г – фото кисти во время выполнения апоневэктомии; Д, Е – фото кисти через 2 года после лечения (разгибание, сгибание).

 

Обсуждение

Аппараты наружной фиксации широко используются при лечении травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата. Наружные фиксаторы часто используются при открытых повреждениях, инфекционных осложнениях, ригидных деформациях, дефектах костей и суставов. В арсенале современных хирургов большое количество различных аппаратов, предназначенных для работы на больших и малых костных сегментах.  Подавляющее большинство наружных фиксаторов изготовлены из металла, и, соответственно, имеют существенный вес и закрывают изображение кости на рентгенограммах. Последнее обстоятельство мешает оценке положения костей и суставов, анализу процессов консолидации кости и устранения деформаций. Данную проблему ряд хирургов решает использованием аппаратов наружной фиксации, изготовленных из полимерных материалов.

Предложения использовать композитные материалы в конструкциях наружных фиксаторов появились в начале 2000х [1, 2].

  1. A. Bonardi et al. по результатам экспериментального исследования, проведенного на длинных трубчатых костях собак, пришли к выводу, что использование гибридного аппарата наружной фиксации с рентген прозрачными опорами уменьшает рентгенографические помехи на послеоперационных рентгенограммах. Это позволяет точно оценить качество репозиции перелома, а в дальнейшем помогает осуществлять полноценный мониторинг процесса заживление кости [4].

Группа китайских хирургов при лечении 48 пациентов с переломами дистального отдела лучевой кости применили аппарат наружной фиксации, изготовленный из композитного материала [3]. Авторы отметили преимущества полимерного фиксатора в сравнении с традиционным титановым аппаратом. Это выражалось в уменьшении продолжительности оперативного вмешательства и уменьшении количества рентгенологических исследований.

В последние годы стало возможным и доступным готовить индивидуальные фиксаторы из легких, прочных и рентгенпрозрачных полимеров с помощью 3Д печати. Имея 3Д принтер, возможно изготовление индивидуального фиксатора для конкретного пациента. N.W. Skelley для лечения переломов крупных сегментов нижней конечности использует индивидуальные наружные фиксаторы, напечатанные с помощью ЗД принтера из стандартного недорогого филамента полимолочной кислоты [12].

Самым популярным на сегодня наружным мини-фиксатором для кисти является миниаппарат Илизарова. Оригинальный мини фиксатор Илизарова широко используется хирургами в нашей стране и за рубежом при лечении различных травм, врожденных и приобретенных деформаций кисти, а также стопы [6, 7, 13-18]. Мини аппарат Илизарова в различных компоновках также применяется в лечении посттравматических контрактур пальцев кисти и тяжелых форм болезни Дюпюитрена [19-21].  Мини фиксатор доказал свою надежность, стабильность, многофункциональность. Обе его версии в виде стержня и дуг - стальные, поэтому, как и все металлические аппараты рентген контрастны и имеют существенный вес. Чтобы уменьшить вес фиксатора и рентгенологические помехи при исследовании костей и суставов кисти во время лечения, мы изготовили опоры миниаппарата из полимера с помощью ЗД принтера. Данную альтернативную модификацию «рентген прозрачного» минификсатора использовали при лечение наших пациентов с положительным результатом. Аппарат с полимерными опорами оказался достаточно прочным и термостойким. Во всех случаях опоры выдержали рутинную предоперационную стерилизацию. Вес полимерной дуги оказался в 3 раза легче стальной.  Минификсатор с полимерными опорами помог у всех наших пациентов устранить или уменьшить грубую деформацию.

 

Заключение

Мини-аппарат Илизарова, собранный из полимерных дуг, оказался эффективным при лечении пациентов с деформациями пальцев кисти. Данный фиксатор имеет положительные качества – рентгенпрозрачность, достаточную прочность и легкость. Аппарат с полимерными опорами может быть альтернативой и дополнением традиционному оригинальному мини-аппарату Илизарова и аналогичным аппаратам внешней фиксации, изготовленным из металла.

Вклад авторов

А.С. Золотов — хирургическое лечение пациентов, сбор и анализ данных, литературных источников, написание и редактирование текста статьи; Ю.А. Дьячкова — хирургическое лечение пациентов, сбор и анализ данных, литературных источников, подготовка и написание текста статьи; С.А. Азон – дизайн и изготовление полимерных дуг мини аппарата Илизарова.

 

Согласие на публикацию

Доступ к данным, полученным в настоящем исследовании, закрыт по причине конфиденциальности (наличия в базе данных сведений, на основании которых могут быть идентифицированы участники исследования, и отсутствия их согласия на распространение этих сведений). Авторы получили письменное информированное добровольное согласие пациентов на публикацию персональных данных в научном журнале, включая его электронную версию (дата подписания: 27.04.2022 г., 12.12.2022 г.). Объём публикуемых данных с пациентами согласован.

Источники финансирования. Отсутствуют.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с проведённым исследованием и публикацией настоящей статьи.

Заявление об оригинальности. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, данные).

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали два внешних рецензента, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

 

  

×

About the authors

Aleksandr S. Zolotov

Far Eastern Federal University, Far Eastern Federal University Medical Center, Vladivostok, Russia

Email: dalexpk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0045-9319
SPIN-code: 3925-9025

Dr. Sci. (Medicine), Professor. Far Eastern Federal University, Far Eastern Federal University Medical Center

Russian Federation, 10 Ayaks settlement, Russky Island, Primorsky Krai, Vladivostok, Russia, 690922

Julia Dyachkova

ДВФУ Медицинский комплекс

Author for correspondence.
Email: zoloto.82@list.ru
ORCID iD: 0009-0009-7107-3614
SPIN-code: 1349-6858

MD, Cand. Sci. (Medicine). Far Eastern Federal University Medical Center

Russian Federation, 10 Ayaks settlement, Russky Island, Primorsky Krai, Vladivostok, Russia, 690922

Semen A Azon

Far Eastern Federal University

Email: azon.sa@dvfu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3129-1499
SPIN-code: 7608-2465

аssistant of the Department of Nuclear Technologies

Institute of Science-Intensive Technologies and Advanced Materials

Russian Federation

References

  1. Пугачёв А.Н., Наумов В.Г., Взятышев Н.Н., Ширяев А.Н., Тихомирова М.В. Композиционные материалы и возможность их применения в аппаратах профессора Г.А. Илизарова. Гений Ортопедии. 2004. № 3. С. 76-81.
  2. Pougachiov AN, Naumov VG, Vziatyshev NN, Tikhomirova MV. Composition materials and the possibility of their use in the Ilizarov fixators. Genius of Orthopedics. 2004. № 3. P. 76-81. EDN: PGJWHF.
  3. Baidya KP, Ramakrishna S, Rahman M, Ritchie A. Advanced textile composite ring for Ilizarov external fixator system. Proc Inst Mech Eng H. 2001;215(1):11-23. doi: 10.1243/0954411011533490. PMID: 11323979. EDN: YCPPPA.
  4. Xie M, Cao Y, Cai X, Shao Z, Nie K, Xiong L. The Effect of a PEEK Material-Based External Fixator in the Treatment of Distal Radius Fractures with Non-Transarticular External Fixation. Orthop Surg. 2021 Feb;13(1):90-97. doi: 10.1111/os.12837. EDN: RCEBGP.
  5. Bonardi A, Rovesti GL, Martini FM, Dondi F, Benedini D, Barbieri F. Comparison between Areas of Bone Visualization Using Radiolucent Hybrid Fixator Frames and Graphically Simulated Metallic Frames: An Ex Vivo Study. Vet. Sci. 2022, 9, 120. https://doi.org/ 10.3390/vetsci9030120. EDN: CUKXRM.
  6. Оганесян О.В., Шинкаренко И.Н., Абельцев В.П. Восстановление формы и функции кисти и пальцев с помощью аппаратов наружной чрескостной фиксации. Москва Медицина, 1984. 96 с.
  7. Шихалева Н.Г., Щудло Н.А., Данилкин М.Ю. и др. Роль чрескостного остеосинтеза по Г.А. Илизарову в хирургии кисти. Гений ортопедии. 2011. Т. 27, № 2. С. 38-43. EDN: OGCTJJ.
  8. Шевцов В.И., Кириенко А.П., Шихалева Н.Г., Новиков К.И. История мини-фиксатора Илизарова, этапы становления хирургии кисти в Центре Илизарова. Гений ортопедии. 2021. Т. 27, № 3. С. 299-306. doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-3-299-306. EDN: YHQZLF.
  9. Shevtsov VI, Kirienko AP, Shikhaleva NG, Novikov KI. History of the Ilizarovs wire-fixator, stages of hand surgery development at the Ilizarov Center. Genius of Orthopedics. 2021. Т. 27, № 3. P. 299-306. doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-3-299-306. EDN: YHQZLF.
  10. da Silva PN, Barbosa R, Ferreira P, Ferreira A, Malheiro E, Silva A, Reis J, Amarante J. Correction of long term joint contractures of the hand by distraction. A case report. Br J Plast Surg. 2005 Dec;58(8):1148-51. doi: 10.1016/j.bjps.2005.04.028.
  11. Kodama A, Sunagawa T, Nakashima Y, Shinomiya R, Hayashi Y, Ochi M, Adachi N. Joint distraction and early mobilization using a new dynamic external finger fixator for the treatment of fracture-dislocations of the proximal interphalangeal joint. J Orthop Sci. 2018 Nov;23(6):959-966. doi: 10.1016/j.jos.2018.07.013.
  12. Messina A, Messina J. The TEC treatment (continuous extension technique) for severe Dupuytren's contracture of the fingers. Ann Chir Main Memb Super. 1991;10(3):247-50. doi: 10.1016/s0753-9053(05)80290-x.
  13. Messina JC, Messina A. Indications of the continuous extension technique (TEC) for severe Dupuytren Disease and recurrences. In: Werker PMN, Dias J, Eaton C, Reichert B, Wach W (eds) Dupuytren Disease and Related Diseases – The Cutting Edge. Switzerland, Springer International Publishing, 2017: 311–6.
  14. Skelley NW. Design and Development of a Novel 3-D Printed External Fixation Device for Fracture Stabilization. 3D Print Med. 2023 Jun 14;9(1):17. doi: 10.1186/s41205-023-00179-7.
  15. Danilkin MY. Phalangeal Lengthening Techniques for Brachydactily and Posttraumatic Digital Stumps With the Use of a Modified External Mini-Fixator. Tech Hand Up Extrem Surg. 2016 Jun;20(2):61-6. doi: 10.1097/BTH.0000000000000116. EDN: WWANWZ.
  16. Kataoka T, Kodera N, Takai S. The Ilizarov Mini-External Fixator for the Treatment of First Metatarsal Fracture: A Case Report. J Nippon Med Sch. 2017;84(3):144-147. doi: 10.1272/jnms.84.144.
  17. Tomori Y, Nanno M, Sonoki K, Majima T. Minimally Invasive Corrective Osteotomy with the Ilizarov Mini-Fixator for Malunited Fractures of the Phalanges: Technical Note. J Nippon Med Sch. 2021 Jun 30;88(3):262-266. doi: 10.1272/jnms.JNMS.2021_88-314. Epub 2020 Aug 31. EDN: STSKZV.
  18. Tomori Y, Kodera N, Nanno M, Majima T. Minimal Invasive Corrective Osteotomy with the Ilizarov Mini-Fixator for Malunited Fractures of Proximal Phalanges in Adolescence: Report of Three Cases and a Review of the Literature. J Nippon Med Sch. 2023;90(2):141-148. doi: 10.1272/jnms.JNMS.2023_90-214. EDN: CXLNRV.
  19. Zhu Y, Xu Y, Pu S, Lv Q, Cai X, Zhao Y. Metacarpal Lengthening Using a Mini-Ring Ilizarov Device for Thumb Reconstruction. J Hand Surg Am. 2024 Jul;49(7):708.e1-708.e6. doi: 10.1016/j.jhsa.2022.09.008. EDN: BMOYPT.
  20. Usami S, Sonoki K, Kawahara S. Individual Joint Distractions Using Ilizarov Mini-Fixator Device for Chronic Simultaneous Dislocation of the Distal and Proximal Interphalangeal Joints in the Same Finger. Hand (N Y). 2025 Jun;20(4):NP1-NP4. doi: 10.1177/15589447241279598.
  21. Обухов И.А. Кистевая хирургия: Посттравматические контрактуры пальцев кисти. Монография, T.2. Екатеринбург, ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России, 2016.- 318 с.
  22. Останина Д.А. Особенности клинического течения и результаты комплексного лечения контрактуры Дюпюитрена у мужчин и женщин [Рукопись]: специальность 3.1.8 "Травматология и ортопедия»: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук; Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Г. А. Илизарова. Курган, 2024. 25 с. Библиогр.: с. 22-23.
  23. Zolotov AS. Two-stage treatment of severe Dupuytren's contracture with an external fixator. J Hand Surg Eur Vol. 2020 Mar;45(3):301-303. doi: 10.1177/1753193419865716

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) Eco-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77-76249 от 19.07.2019.