Анатомия проксимального отдела бедренной кости при коксартрозе весьма индивидуальна. Такая вариабельность может затруднить восстановление анатомии и биомеханики при ТЭТС с использованием стандартных серийных бедренных компонентов. Неудовлетворительное восстановление таких биомеханических параметров, как бедренный офсет, длина конечности и антеверсия бедренной кости, может привести к развитию таких осложнений, как хромота, нагрузка на края, импинджмент эндопротеза и вывихи.
Например, при уменьшении бедренного офсета на 15% наблюдается уменьшение плеча силы отводящих мышц и возникают затруднения при движении. Это свидетельствует о важности восстановления бедренного офсета, особенно у молодых пациентов с высокими функциональными требованиями.
Стандартные ножки обычно выпускают с двумя вариантами шеечно-диафизарного угла и двумя вариантами бедренного офсета, что позволяет упростить воспроизведение анатомии проксимального отдела бедренной кости при ТЭТС. Тем не менее восстановление индивидуальной антеверсии бедренной кости остается технически сложным, особенно при использовании бедренных компонентов бесцемент-ной фиксации.
По этой причине были разработаны бедренные компоненты с модульными шейками, которые позволяют восстановить биомеханические параметры (бедренный офсет, длина конечности и антеверсия бедренной кости) и снизить риск импинджмента эндопротеза.
Однако модульные соединения подвергаются избыточной коррозии, что приводит к неприемлемой частоте переломов шейки эндопротеза и местных нежелательных реакций тканей на частицы износа металла, что препятствует широкому распространению таких конструкций. Было предложено использовать проксимально нагружаемые (с метафизарной фиксацией) индивидуальные бедренные компоненты, которые позволяют точно восстановить индивидуальные параметры биомеханики проксимального отдела бедренной кости.
При их использовании были получены отличные отдаленные результаты: показатель выживаемости эндопротеза в течение 20 лет составил 97%, в том числе у пациентов <50 лет, ведущих очень активный образ жизни.
Однако при использовании индивидуальных ножек необходимы 3D-визуализация и планирование, а их изготовление требует времени. Кроме того, индивидуальные ножки дороже, чем стандартные. Таким образом, оставалось неясным, в какой доле случаев показано использование индивидуальных ножек, позволяющих точно восстановить анатомию проксимального отдела бедренной кости.
Для того чтобы ответить на этот вопрос, мы провели проспективное наблюдательное исследование (с января 2009 г. по ноябрь 2014 г.), в которое были включены все пациенты, перенесшие первичное ТЭТС с использованием 3D-планирования.
Пациентам устанавливались бесцементные ножки анатомической формы с покрытием из гидроксиапатита и модульными шейками (серийный бедренный компонент SPS®, Symbios, Швейцария) или индивидуальные бедренные компоненты (Symbios, Switzerland).
а) Методы:
1. Описание когорты. За период между 2009 и 2014 гг. последовательно поступавшим пациентам (n = 578) выполняли ТЭТС с использованием 3D-планирования. Операции выполняли из малоинвазивного прямого переднего доступа. В исследование было включено 284 женщины и 294 мужчины, средний возраст пациентов составил 61 год (±SD 13), среднее значение индекса массы тела — 26,5±5. С помощью 3D-реконструкции биомеханики тазобедренного сустава было выявлено, что имплантация индивидуальных бедренных компонентов показана 72 (12%) пациентам (40 женщин и 32 мужчины).
Средний возраст этих пациентов составил 48 лет (SD 15,4), среднее значение индекса массы тела — 26,7±5 кг/м2; 12 пациентов перенесли в анамнезе оперативные вмешательства на тазобедренном суставе. В группе индивидуального эндопротезирования наиболее часто наблюдались следующие патологии: врожденная дисплазия тазобедренных суставов — у 33 (46%) пациентов, первичный ОА — у 21 (38%) пациентов, асептический некроз — у шести (8%) пациентов и болезнь Легга—Кальве—Пертеса — у шести (8%) пациентов.
В группе пациентов, которым имплантировали эндопротез SPS®, наиболее часто наблюдались первичный ОА (456 пациентов; 80%), врожденная дисплазия тазобедренных суставов (18 пациентов; 3,5%), асептический некроз (65 пациентов; 13%) и болезнь Легга—Кальве—Пертеса (6 пациентов; 1%). Пациенты в группе индивидуального эндопротезирования были значимо моложе (р <0,001) и чаще страдали врожденной дисплазией тазобедренных суставов (р<0,001).
Всем пациентам имплантировали покрытый гидроксиапатитом вертлужный компонент (APRIL®, Symbios, Швейцария) с головкой и вкладышем из керамики Biolox® delta (CeramTec, Германия). Головки диаметром 28 мм использовали в паре с чашками диаметром <44 мм, головки диаметром 32 — в паре с чашками диаметром <50 мм, а головки диаметром 36 мм — для чашек большего диаметра. Все операции выполнял один хирург (Сариали Э.).
Пациентов укладывали на тракционный стол в положении лежа на спине, операцию выполняли из малоинвазивного прямого переднего доступа. Перед операцией пациентам проводили низкодозную компьютерную томографию (КТ), после чего с помощью программного обеспечения HIP-PLAN® выполняли 3D-планирование и определяли размер и положение компонентов, а также прогнозировали возможные хирургические трудности. Исследование было выполнено в соответствии с требованиями французского закона о биоэтике (статья L. 1121—1 закона № 2004—806 от 9 августа 2004 г.) и одобрено комитетом стационара по защите пациентов.
2. Планирование операции. Выполнялось моделирование имплантации вертлужного компонента. 3D-шаблон чашки позиционировали относительно медиальной стенки вертлужной впадины, не выходя за ее пределы. Чашку располагали так, чтобы она не выходила за края вертлужной впадины (во избежание импинджмента окружающих мягких тканей, в частности, сухожилия поясничной мышцы). Цель заключалась в восстановлении собственной антеверсии вертлужной впадины и достижении угла инклинации чашки 40° (рис. 1). У пациентов с врожденной дисплазией тазобедренных суставов планировали имплантацию чашки в положении стандартной антеверсии 20°.
Рисунок 1. Моделирование положения чашки. Изображения во фронтальной (а), сагиттальной (б), аксиальной (в) плоскостях и трехмерное изображение (г). По нашим расчетам, для достижения первичной стабильности чашка должна контактировать с плотной костью по меньшей мере в трех точках: две стенки и крыша вертлужной впадины. Трехмерное положение чашки определяли путем измерения расстояния от края чашки до костного края вертлужной впадины, прежде всего по отношению к двум ее стенкам (указано стрелками черного цвета) и латеральной части крыши
Размер бедренного компонента выбирали так, чтобы он максимально соответствовал метафизу и заполнял его. Для определения краниокаудального положения бедренного компонента использовали режим цветового изображения, отражающий плотность кости (на основе единиц Хаунсфилда) в области контакта с ножкой. Предполагалось, что для достижения хорошей первичной механической стабильности бедренный компонент должен был контактировать с очень плотной (то есть кортикальной) костью, по меньшей мере в области латерального кортикального слоя и в зоне калькара (рис. 2). Кроме того, планировалось восстановить общий офсет тазобедренного сустава, который представляет собой сумму ацетабулярного и бедренного офсетов.
Рисунок 2. Трехмерное планирование установки бедренного компонента с выполнением анализа во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Вид в плоскости остеотомии использовали во время операции для контроля торсии бедренного компонента
Следует отметить, что при медиализации чашки (в целях обеспечения ее достаточного покрытия) требовалось равнозначно увеличить бедренный офсет, чтобы восстановить общий офсет. После моделирования имплантации чашки и ножки в процессе предоперационного планирования определяли четыре точки, необходимые для моделирования изменения анатомии тазобедренного сустава в ходе операции (рис. 3): 1) центры вертлужной впадины (Ас) и чашки (Сс). Вектор между точками Ас и Сс — смещение вертлужной впадины (AD); 2) центры головки бедренной кости (FHc) и головки бедренного компонента (FBc). Вектор между точками FHc и FBc — смещение головки бедренной кости (FHD).
Рисунок 3. Определяли центры собственной вертлужной впадины (Ас) и головки бедренной кости (FHc). Расстояние между этими двумя точками обозначали как исходное смещение, которое соответствует износу суставных поверхностей. Определяли центры вертлужного компонента (Сс) и головки бедренного компонента (FBc). Вектор АсСс обозначали как смещение вертлужной впадины (AD). Вектор FHcFBc обозначали как смещение головки бедренной кости (FHD). Общее смещение бедренной кости (FD) определяли как сумму значений AD и FHD. Целевое значение FD = 0. Моделирование имплантации головки длинной шейки
Общее смещение бедра (FD) определяли как сумму векторов AD и FHD. Цель заключалась в достижении FD = 0, то есть при отсутствии изменения собственных центров Ас и FHc при выполнении ТЭТС. Кроме того, проводился анализ ротации всей нижней конечности. В рамках анализа оценивали антеверсию вертлужной впадины, антеверсию шейки бедренной кости и угол направления стопы, который определяли как угол между межлодыжковой линией и задней мыщелковой линией коленного сустава (рис. 4). Учитывая опубликованные данные о риске вывихов при выполнении ТЭТС из прямого переднего доступа, важно было восстановить собственную антеверсию бедренной кости, исключение составляли случаи, когда смещение бедра (FD) в ПЗ-направлении превышало 8 мм.
Рисунок 4. Анализ торсии нижней конечности, в том числе оценка антеверсии вертлужной впадины, антеверсии бедренной кости и направления стопы
Как правило, подобная ситуация наблюдалась в случаях, когда смещение центра ротации тазобедренного сустава кзади сочеталось с увеличением антеверсии бедренной кости. В этом случае использовался индивидуальный бедренный компонент с ретровертированной шейкой так, чтобы центр головки бедренного компонента совпадал с центром чашки (рис. 5). При уменьшении угла положения стопы антеверсию бедренной кости несколько уменьшали так, чтобы угол положения стопы составлял 15°. Для изменения длины шейки использовались головки типоразмеров —4 мм, 0, +4 мм и +8 мм. Индивидуальный бедренный компонент использовали при невозможности 3D-реконструкции с помощью стандартной ножки (SPS®, Symbios SA).
Рисунок 5. На рисунке представлен случай дисплазии тазобедренного сустава. Отмечается несоответствие между центром головки эндопротеза и центром вертлужного компонента из-за избыточной антеторсии проксимального отдела метафиза бедренной кости. Развертка вертлужной впадины вызывает смещение центра ротации кзади с последующим развитием передней нестабильности тазобедренного сустава. В этом случае использовался индивидуальный бедренный компонент с ретровертированной шейкой (В) так, чтобы центр головки бедренного компонента совпадал с центром чашки, что было бы невозможно при использовании стандартной ножки с прямой шейкой (А)
При этом мы использовали допуск 15% для офсета и длины и допуск 6 мм для смещения центра ротации тазобедренного сустава в переднезаднем направлении. Бедренный компонент конструировали так, чтобы он максимально заполнял метафиз (по 20 мм с каждой стороны от центра малого вертела). Рассчитывалась наименьшая длина ножки, позволяющая выдерживать усталостные испытания.
3. Хирургическая техника. Во всех случаях операцию выполняли из малоинвазивного прямого переднего доступа. Чашку располагали относительно медиальной стенки вертлужной впадины на одном уровне с «фигурой слезы». Хирург устанавливал чашку в запланированное положение относительно края вертлужной впадины, визуально оценивая расстояние от края чашки до крыши вертлужной впадины, передней и задней стенок и используя 3D-модель чашки в качестве ориентира. Для оценки окончательного положения бедренного компонента хирург использовал два параметра, полученных при 3D-планировании. Во-первых, он измерял расстояние от верхушки малого вертела до верхушки бедренного компонента.
Во-вторых, для контроля антеверсии бедренного компонента хирург визуально оценивал положение ножки относительно поперечного сечения бедренной кости в плоскости остеотомии (эту плоскость определяли при планировании операции). При имплантации индивидуальной ножки канал бедренной кости обрабатывали с помощью единственного индивидуального рашпиля. Сразу после операции всем пациентам разрешали полную осевую нагрузку.
4. Контроль качества имплантации. Для того чтобы оценить точность анатомической реконструкции тазобедренного сустава, мы сравнили параметры собственного и протезированного тазобедренных суставов у 30 последовательных пациентов, перенесших ТЭТС с использованием индивидуального бедренного компонента. Пред- и послеоперационные КТ-изображения сравнивали с помощью программного обеспечения HIP-PLAN® путем независимого сопоставления тазовых, а затем бедренных костных ориентиров (рис. 6). Измеряли различия в длине ног, а также изменение бедренного офсета и антеверсии бедренной кости.
Рисунок 6. Сопоставление предоперационных и послеоперационных компьютернотомографических с помощью программного обеспечения HIP-PLAN® для сравнения запланированного и полученного положения компонентов (у 30 пациентов)
5. Прогнозирование трудностей при выполнении операции. Хирург пытался предусмотреть следующие трудности.
1) Перфорацию или перелом бедренной кости. По нашему опыту, это осложнение возникает при сочетании трех следующих факторов:
а) выраженный изгиб бедренной кости кпереди;
б) высокая плотность губчатой кости в верхнем отделе бедренной кости;
в) узкий истмус бедренной кости.
В этом случае до обработки рашпилем канал бедренной кости расширяли с помощью механизированных гибких разверток.
2) Любые трудности, касающиеся одновременного восстановления бедренного офсета и длины бедренной кости, особенно при несоответствии костномозгового канала бедренной кости и бедренного офсета (например, широкий костномозговой канал и узкий офсет или наоборот).
3) Неправильная окончательная антеверсия бедренной кости (±10° в сравнении с собственной антеверсией) как результат патологической торсии бедренной кости. В этих случаях предполагалось использовать шейку с подходящей ретроверсией или антеверсией в целях снижения риска импинджмента эндопротеза и увеличения стабильности.
7. Методика статистического анализа. Для оценки взаимосвязи между двумя переменными (значения антеверсии до и после операции) использовался коэффициент корреляции Пирсона. Хирургическую точность определяли путем оценки разности между запланированными и послеоперационными значениями сопоставляемых анатомических параметров (среднее ±SD). Для проверки данных на нормальность использовались критерии Райана-Джойнера и Шапиро—Уилка.
При нормальном распределении переменных и одинаковой дисперсии в двух группах различия оценивали с использованием t-критерия Стьюдента. При ненормальном распределении переменных или при нормальном распределении с разной дисперсией выборок использовали критерий Манна—Уитни. Значение р меньше 0,05 считалось значимым.
Для выполнения статистического анализа использовалось программное обеспечение JMP (версия 11; SAS Institute).
б) Результаты:
1. Точность имплантации. Наблюдалось отличное согласие между запланированным и полученным значениями антеверсии бедренного компонента, точность имплантации составила 1° (±4°). Различия между запланированным (20±8°) и полученным значениями антеверсии бедренной кости (21±8°) не были статистически значимыми (р = 0,3), а корреляция между ними была очень строгой (r = 0,9; р <0,001) (рис. 7, а). Наблюдалось отличное согласие между запланированной и полученной длинами конечности, точность имплантации составила — 0,6±2,5 мм.
Рисунок 7. Ручная имплантация индивидуальных бесцементных бедренных компонентов позволила получить очень точный результат. Приведенные графики отражают тесную связь между запланированными и полученными значениями антеверсии бедренной кости (а — r = 0,90), бедренного офсета (б — r = 0,95) и удлинения конечности (в — r = 0,90)
Различия между запланированным (5±4,6 мм) и полученным (4,4±5,5 мм) значениями изменения длины конечности не были статистически значимыми (р = 0,3), а корреляция между ними была очень строгой (r = 0,9; р <0,001) (рис. 7). Наконец, наблюдалось отличное согласие между запланированным и полученным значениями бедренного офсета, точность имплантации составила — 1,2±2,4 мм. Различия между запланированным значением бедренного офсета (43,3±6,8 мм) и послеоперационным значением (42,1 ±7,0 мм) не были статистически значимыми (р = 0,3), а корреляция между значениями была очень строгой (r = 0,95; р <0,001) (рис. 7).
2. Прогнозирование трудностей при выполнении операции. Основные анатомические причины, вызывающие необходимость использования индивидуального бедренного компонента: 1) нарушения торсии проксимального отдела бедренной кости, не позволяющие восстановить планируемую антеверсию бедренной кости (рис. 8) и повышающие риск вывихов или неправильного положения стопы; 2) выраженная coxa vara или coxa valga и, как следствие, невозможность одновременного восстановления бедренного офсета и длины конечности с помощью стандартной ножки (рис. 9); 3) крайние варианты морфотипов (карликовость и гигантизм), когда невозможно подобрать размер серийного бедренного компонента.
Рисунок 8. Слева — ось шейки бедренного компонента. Послеоперационные рентгенограммы: А — переднезадняя проекция; В — боковая проекция. Пример трехмерного планирования у пациента с выраженной торсионной деформацией. Угол версии проксимального отдела метафиза бедренной кости составил 63°, что на 40° больше в сравнении с собственной антеверсией бедренной кости. Для стабилизации тазобедренного сустава требовалось, чтобы ретроверсия шейки относительно диафиза составляла 40°. Использование стандартного бедренного компонента SPS с прямой шейкой привело бы к избыточной антеверсии ножки (на 40°). Для стабилизации тазобедренного сустава требовалось, чтобы ретроверсия шейки относительно диафиза составляла 40°
Рисунок 9. Трехмерное планирование при выраженной coxa vara и широком бедренном офсете. Бедренный компонент со стандартным шеечно-диафизарным углом 129° (А) не позволил бы восстановить анатомию проксимального отдела бедренной кости. Индивидуальная ножка (В) имеет увеличенный офсет, а угол ретроверсии шейки по отношению к диафизу составляет 15°
3. Клинический результат. В течение 5-летнего периода наблюдения (±2 года) не было выполнено ни одной ревизии бедренного компонента по асептическим причинам, не зарегистрировано ни одного случая вывиха, ни один пациент не жаловался на несоответствие длины ног и были получены отличные клинические результаты. Средняя оценка по шкале Харриса улучшилась с 30 до 93 баллов (±16), а по оксфордской шкале — с 23 до 56 баллов (±9).
в) Обсуждение. Основные результаты проведенного исследования следующие: 1) в 12% случаев возникала необходимость в использовании индивидуальных бедренных компонентов (основные причины — торсионные деформации, выраженные coxa vara или coxa valga); 2) ручная установка бедренного компонента (без использования технических средств) позволяет получить точный результат; 3) анатомическое восстановление биомеханики тазобедренного сустава с помощью 3D-планирования, интраоперационного контроля и индивидуальных имплантатов позволяет получить отличный результат у пациентов с нарушениями анатомии проксимального отдела бедренной кости.
Основной недостаток проведенного исследования заключается в том, что его результаты зависят от имплантатов и пациентов. Данные, касающиеся использования индивидуальных ножек (доля пациентов и показания), применимы исключительно к конструкции SPS. Вероятно, при использовании бедренных компонентов других конструкций могли быть получены другие результаты.
Сделан вывод, что индивидуальные бедренные компоненты позволяют с высокой точностью реконструировать тазобедренный сустав. Эти данные согласуются с результатами оценки точности при выполнении стандартного ТЭТС на основе 3D-планирования. Однако пациенты в группе индивидуального эндопротезирования имели сложную анатомию тазобедренного сустава (в первую очередь, морфологию проксимального отдела бедренной кости), и, таким образом, с помощью стандартных бедренных компонентов, например SPS® (анатомическая конструкция), не удалось бы восстановить нормальную биомеханику.
Проведено лишь несколько исследований по оценке точности восстановления анатомии тазобедренного сустава с помощью КТ, поскольку это требует тщательного 3D-анализа анатомии до операции и точного сопоставления. В литературе опубликованы данные по оптимальному позиционированию вертлужного компонента, но отсутствуют рекомендации по «зоне безопасности» для антеверсии шейки бедренной кости.
В ходе исследования мы предложили новый метод определения целевой антеверсии бедренного компонента. Хирург должен компенсировать изменение центра вертлужной впадины при ее разработке. Как правило, при обработке вертлужной впадины происходит смещение центра ротации кзади, в медиальном и краниальном направлениях. В ответ на это мы рекомендуем соответствующим образом корректировать бедренный офсет и антеверсию (ретроверсию) в процессе 3D-планирования. При тяжелой степени дисплазии тазобедренного сустава (вывих бедра) целевое значение антеверсии составляло 15—20°.
По данным Кришнана (Krishnan) и соавт., анатомия костномозгового канала (геометрия и объем) и внешняя анатомия проксимального отдела бедренной кости (бедренный офсет, длина шейки и антеверсия бедренной кости) не коррелируют между собой. Это свидетельствует о том, что один и тот же объем проксимального отдела бедренной кости может соответствовать весьма разнообразным показателям бедренного офсета. Интересно отметить, что, по данным Сариали (Sariali) и соавт., при использовании ножки конкретного размера диапазон значений бедренного офсета ножки, необходимый для восстановления собственного бедренного офсета, составил 22 мм.
Следовательно, в нестандартных случаях следует отдавать предпочтение индивидуальным бедренным компонентам. Они позволяют точно реконструировать внешнюю анатомию независимо от анатомии костномозгового канала, избегая при этом осложнений, связанных с использованием модульных шеек (например, перелом модульной шейки или местные нежелательные реакции тканей на частицы износа металла).
г) Резюме. Индивидуальные бедренные компоненты могут эффективно использоваться при лечении дегенеративных заболеваний тазобедренного сустава у пациентов с нарушениями его анатомии. Приблизительно в 12% случаев показано использование индивидуальных бедренных компонентов для точной реконструкции анатомии проксимального отдела бедренной кости. Трехмерное планирование у всех пациентов с коксартрозом и интраоперационный контроль анатомических параметров — основные факторы, позволяющие предусмотреть трудности при выполнении операции, выбрать подходящий имплантат и восстановить нормальную биомеханику тазобедренного сустава.
