• Индивидуальные направители резекции позволяют увеличить точность и прецизионность остеотомии шейки бедренной кости, параметры которой определяются в процессе предоперационного 3D-планирования.
• От уровня и угла остеотомии шейки бедренной кости зависит окончательное выравнивание ножки по высоте и во фронтальной плоскости, а от анатомии проксимального отдела бедренной кости и морфологии костномозгового канала зависит угол версии бедренного компонента (при бесцементной фиксации).
• Имеющиеся системы PSI для бедренной кости позволяют контролировать уровень и угол остеотомии, но не угол версии ножки, тем не менее они могут использоваться в качестве ориентира при принятии решений.
• Необходимы дополнительные исследования для подтверждения эффективности использования индивидуальных направителей резекции бедренной кости в определении высоты, положения и версии бедренного компонента, а также исследования по оценке результата лечения в сравнении со стандартными методиками.
а) Обоснование. Успешный результат ТЭТС зависит от индивидуальных особенностей пациента, хирургической техники и правильного выбора имплантата.
Правильная хирургическая техника подразумевает тщательное предоперационное планирование с помощью шаблонов и точное/прецизионное позиционирование компонентов (модифицируемый фактор риска, от которого зависит функциональный результат ТЭТС). Восстановление естественной биомеханики тазобедренного сустава позволяет уменьшить износ и улучшить стабильность эндопротеза, а также избежать недостаточности отводящих мышц, неравенства длины ног и преждевременного отказа конструкции.
К основным факторам, определяющим точную установку компонентов, относятся индивидуальные анатомические особенности, функциональная подвижность позвоночно-тазового комплекса и интраоперационное позиционирование. Предоперационное 3D-планирование с помощью шаблонов и использование индивидуальных инструментов (PSI) позволяет повысить хирургическую точность резекции кости и индивидуализировать установку компонентов эндопротеза.
Идеально установленный бедренный компонент позволяет восстановить длину конечности, бедренный офсет и угол версии бедренной кости. Стандартное шаблонирование с использованием 2D-рентгенограмм таза в ПЗ-проекции часто не позволяет точно масштабировать изображение и учесть вариабельность ротации проксимального отдела бедренной кости.
При использовании рентгенограмм таза в ПЗ-проекции существует риск недооценки бедренного офсета из-за проекционных искажений, связанных с антеверсией бедренной кости и контрактурой бедра в положении наружной ротации (может наблюдаться на поздних стадиях ОА). Ножки бесцементной фиксации вводят в костномозговой канал от уровня резекции шейки бедренной кости до фиксации в медиолатеральной части метафиза и дистальной части диафиза.
Таким образом, форма проксимального отдела бедренной кости влияет на конечный угол антеверсии ножки и ее выравнивание во фронтальной плоскости. Кроме того, морфология костномозгового канала бедренной кости значимо различается в зависимости от плоскости аксиальной резекции, что обусловлено сложной анатомией проксимального отдела метафиза.
Как следствие, угол и уровень остеотомии влияют соответственно на антеверсию и варусное (вальгусное) положение бедренного компонента. Метод свободной руки позволяет выполнить точную остеотомию бедренной кости (отклонение от стандартного шаблона в пределах 4 мм) лишь в 87% случаев, что может привести к нарушению положения бедренного компонента и, как следствие, к изменению длины конечности.
Трехмерное шаблонирование позволяет выбрать оптимальный размер и положение бедренного компонента для обеспечения оптимальной нагрузки на метафиз и выполнения анатомической реконструкции. Добавление изображений в аксиальной проекции уменьшает недостатки 2D-шаблонирования во фронтальной плоскости, а использование индивидуальных направителей резекции бедренной кости позволяет уменьшить вариабельность хирургической техники и минимизировать отклонения длины ноги, офсета и версии.
Системы PSI для бедренной кости позволяют смоделировать кинематику тазобедренного сустава, таза и поясничного отдела позвоночника в ходе предоперационного планирования и оценить амплитуду движений без развития импинджмента в крайних функциональных положениях.
В настоящее время на рынке представлены четыре системы PSI для тазобедренного сустава, две из которых включают направители резекции бедренной кости (MyHip компании Medacta и OPS™ компании Corin). По состоянию на начало 2019 г. OPS™ — единственная система PSI для бедренной кости, зарегистрированная Управлением США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для использования в США.
Хотя в этой статье на сайте в качестве основного примера приводится система OPS™, другие системы практически не отличаются от нее с точки зрения методологии и внедрения. Поскольку предоперационное 3D-планирование и интраоперационное использование индивидуальных направителей резекции бедренной кости тесно связаны, показания к их применению и возможные преимущества рассматриваются совместно.
б) Основные показания. Для надежной фиксации индивидуального направителя необходима относительно здоровая костная ткань. Прежде чем выполнять остеотомию, направители резекции бедренной кости фиксируют с помощью двух штифтов. Если плохое качество кости не позволяет надежно зафиксировать штифты или направитель не удается надежно зафиксировать в заданном положении, резекция шейки бедренной кости будет неточной.
Использование предоперационного 3D-планирования и индивидуальных направителей резекции бедренной кости может быть особенно важным для молодых и активных пациентов, пациентов с риском послеоперационной нестабильности, пациентов с избыточной анте- или ретроверсией бедренной кости или крайними вариантами шеечно-диафизарного угла, а также для хирургов, выполняющих операции из малоинвазивного доступа.
1. Молодые и активные пациенты. У молодых и активных пациентов восстановление биомеханики тазобедренного сустава позволяет не только увеличить долговечность тотального эндопротеза, но и сохранить физиологический баланс мягких тканей и естественную кинематику тазобедренного сустава. Пациенты, ведущие активный образ жизни, с большей вероятностью заметят небольшие различия между собственным и искусственным тазобедренным суставом и разницу в длине ног.
Как следствие, они могут быть не удовлетворены результатом операции. Использование индивидуальных направителей резекции бедренной кости позволяет избежать отклонений в длине конечности.
Также следует отметить, что молодые и активные пациенты чаще принимают крайние положения конечности, чем пациенты более старшего возраста. Системы PS1 для бедренной кости позволяют объединить анатомическую 3D-модель и динамическую визуализацию позвоночно-тазового комплекса, что важно для определения оптимального положения компонента в разных функциональных положениях.
Моделирование кинематики позволяет оценить величину и направление сил реакции тазобедренного сустава во всем диапазоне движений. Благодаря этим данным хирург может оценить возможный риск износа эндопротеза у молодых пациентов и риск импинджмента у лиц, ведущих активный образ жизни (например, пациенты, которые хотят возобновить занятия йогой или экстремальными видами спорта).
2. Пациенты с риском нестабильности. Появляется все больше данных, которые ставят под сомнение целесообразность установки вертлужных компонентов в «безопасной зоне» у всех пациентов, которым проводится ТЭТС. Было установлено, что некоторые группы пациентов подвержены повышенному риску вывихов при установке вертлужного компонента в функционально неправильном положении.
Хирурги, специализирующиеся в эндопротезировании, пытаются снизить этот риск, устанавливая вертлужный компонент с учетом индивидуальной кинематики позвоночно-тазового комплекса.
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что при ограниченной подвижности позвоночно-тазового комплекса индивидуальное позиционирование чашки особенно важно. Влияние положения бедренного компонента на стабильность эндопротеза изучено в меньшей степени.
Тем не менее, поскольку комбинированная антеверсия ножки и чашки обеспечивает движения без возникновения импинджмента, у пациентов с повышенным риском вывихов (при тугоподвижности позвоночника или спондилодезе поясничного отдела позвоночника) может быть целесообразным совместное использование PSI для вертлужной впадины и бедренной кости.
У таких пациентов предоперационная динамическая визуализация позвоночно-тазового комплекса и моделирование кинематики имеют такое же значение для позиционирования компонентов с помощью PSI, как и у молодых и активных пациентов.
3. Варианты анатомии шейки бедренной кости. Морфология костномозгового канала бедренной кости в околоаксиальной плоскости резекции и анатомия бедренной кости в целом влияют на конечный угол версии и выравнивание бедренного компонента во фронтальной плоскости (при бесцементной фиксации). При аномальных значениях угла версии шейки бедренной кости или шеечно-диафизарного угла нарушается привычное направление остеотомии по отношению к хирургу и пациенту.
При использовании метода свободной руки это может привести к значимому изменению угла и уровня остеотомии шейки бедренной кости относительно плана. При условии, что анатомическое строение позволяет надлежащим образом зафиксировать направитель, использование PSI может иметь теоретическое преимущество у пациентов с выраженной анте- или ретроверсией шейки бедренной кости, а также с coxa valga или coxa vara.
В таких сложных случаях индивидуальные направители резекции бедренной кости позволяют воспроизвести высоту и плоскость предполагаемой остеотомии и точнее позиционировать бедренный компонент.
4. Малоинвазивные доступы. Индивидуальные направители позволяют увеличить точность остеотомии шейки бедренной кости при выполнении ТЭТС из малоинвазивного доступа. Ограниченное операционное поле затрудняет доступ к некоторым костным ориентирам. Поскольку при выполнении остеотомии шейки бедренной кости в качестве ориентира обычно используют малый вертел, использование PSI позволяет уменьшить погрешность и избавить от необходимости в интраоперационной визуализации при выполнении остеотомии в условиях ограниченного обзора.
в) Процесс:
1. Предоперационное 3D-планирование. Системы PSI требуют выполнения предоперационной КТ или МРТ для создания модели сустава пациента, а также для изготовления шаблонов имплантатов и направителей резекции. Созданная компьютерная 3D-модель используется для выбора размера эндопротеза и планирования его положения.
Кроме того, некоторые системы позволяют анализировать функциональные изображения позвоночно-тазового комплекса (в положениях стоя и сидя) для определения пределов сгибания и разгибания бедра, а также для оценки импинджмента в функциональных положениях в зависимости от положения компонента.
Данные функциональных изображений используются также для кинематического моделирования, которое позволяет оценить направление и величину сил реакции тазобедренного сустава во всем диапазоне движений. В рамках предоперационного планирования хирург может оценить изменения в механике контакта пары трения в зависимости от положения компонентов. Окончательное индивидуальное положение имплантата определяется в соответствии с предпочтениями хирурга до изготовления инструментов.
2. Изготовление. Индивидуальные направители резекции конструируются в соответствии с костными (КТ) или хрящевыми (МРТ) анатомическими ориентирами. Направители изготавливаются методом селективного лазерного спекания или на 3D-принтере, а затем стерилизуются и отправляются в отделение. В зависимости от хирургического доступа (с вывихиванием головки бедренной кости или in situ) может быть изготовлен задний или передний направитель (рис. 1).
Рисунок 1. Индивидуальные направители резекции для остеотомии шейки бедренной кости
Весь процесс от предоперационной визуализации до получения направителей занимает обычно от 3 до 8 нед.
3. Использование в ходе операции. После подготовки операционного поля направитель резекции бедренной кости позиционируют в области перехода между головкой и шейкой и фиксируют с помощью штифта. Остеотомию шейки бедренной кости выполняют с помощью стандартной осциллирующей пилы по краю направителя, который позволяет контролировать уровень и угол остеотомии шейки, но не угол версии ножки.
г) Специфические осложнения. Данные о специфических осложнениях, связанных с использованием PSI при ТЭТС, не публиковались. Однако большинство опубликованных серий наблюдений включают ≤30 пациентов. При сравнении индивидуальных и стандартных инструментов не было выявлено значимых различий с точки зрения кровопотери и времени операции. На сегодняшний день сравнивались только PSI для вертлужной впадины, а результаты сравнения, несомненно, зависят от опыта хирурга.
К возможным осложнениям при использовании PSI для бедренной кости относятся несоответствие направителя и анатомии, неправильная фиксация или потеря фиксации направителя, а также ятрогенные переломы при неправильном использовании или фиксации направителя.
Использование PSI и индивидуальных направителей резекции подразумевает необходимость КТ, что требует дополнительного времени и затрат, а также сопряжено с лучевой нагрузкой (исключение составляют системы PS1 на основе МРТ). Эффективная доза облучения при КТ составляет 2,8 мЗв, что аналогично среднегодовой дозе фонового облучения. В настоящий момент отсутствуют данные, свидетельствующие о превосходстве КТ или МРТ при создании индивидуальных направителей для выполнения ТЭТС. От выбранной системы PSI зависит метод используемой визуализации.
д) Подтверждающие данные клинических исследований. Поскольку системы PSI для бедренной кости появились недавно, публикации об их клиническом применении практически отсутствуют. Показано, что стандартные направители для остеотомии позволяют увеличить точность определения высоты резекции шейки бедренной кости и снизить риск неравенства длины ног после операции. Ян (Yang) и соавт. разработали набор из шести направителей для остеотомии.
Они имеют разную высоту (с интервалом 1 мм) и могут использоваться при разных конфигурациях шейки бедренной кости. У 48 пациентов, рандомизированных для выполнения ТЭТС с использованием или без использования направителей, средняя разность в высоте резекции шейки бедренной кости составила 0,84 и 1,69 мм соответственно. Среднее неравенство длины ног в послеоперационном периоде составило 5,45 мм в группе с использованием направителей и 13,37 мм в контрольной группе.
Ито (Ito) и соавт. провели исследование по оценке возможности применения PSI для установки бедренного компонента при ТЭТС.
С помощью КТ, 3D-планирования и компьютерного моделирования авторы сконструировали и изготовили 10 индивидуальных направителей для остеотомии бедренной кости. При сравнении послеоперационных КТ с предоперационными целями было показано, что средняя точность установки бедренного компонента (наклон, варус/вальгус и антеверсия) при использовании индивидуальных направителей составила 2,1±4,1°, 1,0±0,7° и 4,7±1,2° соответственно.
Согласно предварительным клиническим данным, серийная система OPS (направитель резекции проксимального отдела бедренной кости) позволяет выполнить точную остеотомию. В серии наблюдений 33 пациентов система OPS позволила выполнить остеотомию бедренной кости с точностью до 1 мм в 85% случаев, при этом средняя разность между запланированным и полученным уровнем остеотомии составила 0,7 мм; операции выполняли два хирурга.
В более поздней серии наблюдений, включавшей 100 пациентов, три хирурга выполняли ТЭТС из заднего доступа с использованием PSI; остеотомия бедренной кости выполнена с точностью до 1 мм в 83% случаев и до 2 мм в 96% случаев. Средняя разность между планируемым и выполненным уровнем остеотомии составила 0,3 мм, при этом наибольшая погрешность составила 4 мм. В дальнейшем Шнайдер (Schneider) и соавт. проанализировали рентгенологические данные 30 пациентов, перенесших бесцементное ТЭТС (с использованием PSI) из малоинвазивного прямого верхнего доступа.
В 29 из 30 случаев высота остеотомии была в пределах 3 мм от заданной.
Во всех трех исследованиях полученный уровень остеотомии в зоне калькара сравнивали с запланированным путем сопоставления 3D-объекта с 2D-изображением (Mimics X-ray module, Materialise, Бельгия), всем пациентам устанавливались бесцементные тотальные эндопротезы Trinity/TriFit TS (Corin, Сайренсестер, Великобритания).
Авторы одноцентрового пилотного исследования, выполненного с участием 100 пациентов, оценили восстановление центра ротации головки бедренной кости с использованием системы 3D-планирования OPS. В этой серии наблюдений средняя разность между запланированными и полученными параметрами (высота головки, медиальный офсет и передний офсет) составила 0,9 мм, —0,9 мм и 3,2 мм соответственно.
Полученное 3D-изменение центра головки относительно плана составило 4,4 мм; изменение переднего офсета строго коррелировало с разностью между полученной и запланированной антеверсией бедренного компонента (16,3 и 10,5° соответственно). Несмотря на отсутствие группы сравнения, авторы пришли к выводу, что 3D-шаблонирование и использование индивидуальных направителей резекции бедренной кости позволит точно воспроизвести центр ротации.
Программу 3D-планирования OPS использовали также для оценки точности подбора размеров компонентов Trinity и TriFit TS. По данным серии из 49 последовательных случаев ТЭТС, 92% установленных бедренных компонентов TriFit TS были в пределах одного размера от запланированного, а выбранный офсет (стандартный или большой) оказался правильным в 80% случаев. Вариабельность окончательного офсета бедренного компонента в значительной степени зависела от величины медиализации вертлужного компонента.
Хотя имеются данные о воспроизводимости результатов использования PSI для бедренной кости, не было опубликовано ни одного исследования по оценке клинического или функционального результата применения этой технологии при ТЭТС. С помощью рентгенологических данных подтверждено, что серийно производимые инструменты обеспечивают выполнение остеотомии шейки бедренной кости на желаемом уровне (согласно плану). Однако результаты прямого сравнения точности PSI для бедренной кости и стандартных методик не публиковались.
Необходимы дополнительные исследования по оценке корреляции между рентгенологическими данными и функциональным (клиническим) результатом при выполнении ТЭТС с использованием PSI для бедренной кости. Несомненно, количество публикаций о применении PSI при ТЭТС будет увеличиваться по мере дальнейшего использования этой технологии и соответствующего наблюдения за пациентами.
е) Убедительные аргументы в пользу использования индивидуальных инструментов. Переменное увеличение и ротация вне плоскости ухудшают точность шаблонирования с помощью 2D-рентгенографии. Анатомия проксимального отдела бедренной кости влияет на выравнивание бедренного компонента бесцементной фиксации, а от уровня и угла резекции шейки бедренной кости зависят окончательная высота и положение бедренного компонента.
Использование бедренного компонента недостаточного размера может привести к укорочению конечности, проседанию ножки и нестабильности вследствие недостаточного офсета. При использовании чрезмерно большого бедренного компонента может наблюдаться ограничение движений в тазобедренном суставе, избыточное удлинение конечности и повышение риска интраоперационных переломов.
В рамках предоперационного 3D-планирования оценивают угол версии бедренной кости и морфологию проксимального отдела костномозгового канала, что позволяет более надежно измерить истинный офсет и рассчитать размер имплантата. Использование индивидуальных направителей способствует повышению точности остеотомии и позволяет увеличить согласованность между шаблоном и конечным положением ножки.
Совместное использование индивидуальных 3D-шаблонов и направителей резекции бедренной кости может способствовать минимизации отклонений длины конечности, офсета и версии бедренного компонента, что в конечном итоге позволит улучшить результат лечения.
Неравенство длины ног после выполнения ТЭТС — наиболее частая причина неудовлетворенности пациентов и судебных разбирательств. В 98% случаев ошибки в восстановлении длины конечности связаны с неправильным позиционированием бедренного компонента. Хотя при использовании стандартных шаблонов и методик неравенство длины ног составляет <10 мм в 97% случаев, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что пациенты ощущают изменение длины конечности на >5 мм.
Более выраженное неравенство может приводить к усилению боли в спине, появлению корешковой боли и увеличению перекоса таза, при этом может потребоваться использование ортопедической обуви. Кроме того, повышается риск нестабильности, ускоренного износа и раннего расшатывания имплантата. Остаточное неравенство длины ног после ТЭТС сопровождается нарушением биомеханики тазобедренного сустава, изменением походки и ухудшением функционального результата.
Выраженность указанных неблагоприятных эффектов зависит от величины неравенства длины ног, носит индивидуальный характер и в некоторых случаях может постепенно уменьшаться. Более молодые и активные пациенты значительно хуже переносят любое значимое изменение длины конечности после выполнения ТЭТС, поэтому у этой группы пациентов применение PSI особенно целесообразно.
Бедренный офсет — это расстояние по горизонтали между центром ротации головки бедренной кости и анатомической осью бедренной кости. На 2D-рентгенограммах это расстояние может быть снижено до 20%. При ТЭТС бедренный офсет зависит от положения ножки во фронтальной плоскости (варус или вальгус) и ее антеверсии, а также от шеечно-диафизарного угла имплантата. При ТЭТС следует обязательно восстанавливать общий офсет, который представляет собой сумму ацетабулярного и бедренного офсетов.
Уменьшение общего офсета возникает при несбалансированной установке вертлужного и бедренного компонентов. Одновременно с медиализацией вертлужного компонента (уменьшением ацетабулярного офсета), которая служит для снижения сил реакции сустава и оптимизации износа пар трения, требуется компенсаторное увеличение бедренного офсета, которое позволяет сохранить натяжение мягких тканей и избежать возникновения импинджмента. Уменьшение офсета при ТЭТС может привести к слабости отводящих мышц, нарушению походки и развитию нестабильности.
При значимом увеличении офсета может возникать боль в латеральном отделе тазобедренного сустава и развиваться бурсит большого вертела. Как следствие, при невозможности восстановления офсета наблюдается повышение неудовлетворенности пациента, ухудшение качества жизни и функционального результата.
Положения вертлужного и бедренного компонентов играют одинаково важную роль в обеспечении стабильности при ТЭТС. По данным Дорра (Dorr) и соавт., комбинированная антеверсия чашки и ножки (в оптимальном диапазоне 25—50°) более важна с точки зрения профилактики импинджмента и стабилизации сустава, чем «безопасная зона» для установки вертлужного компонента.
Вероятно, с ростом понимания важности комбинированной антеверсии будет увеличиваться и потребность в использовании систем точной установки бедренных компонентов, таких как PSI. В настоящее время системы PSI для бедренной кости позволяют контролировать уровень и угол остеотомии шейки бедренной кости, но не угол версии ножки.
Тем не менее точное позиционирование вертлужного компонента, а также оценка версии бедренной кости и морфологии костномозгового канала с помощью систем PSI позволяют хирургу получить целевую комбинированную антеверсию.
Индивидуальный инструментарий (PSI) — новый способ улучшить хирургическую технику и увеличить точность позиционирования компонентов при ТЭТС. Имеющиеся системы позволяют индивидуализировать выполнение ТЭТС при отсутствии компьютерной навигации или робототехники. Проводимые исследования позволят оценить эффективность индивидуальных направителей резекции бедренной кости при воспроизведении желаемого положения бедренного компонента, а также их влияние на оценку лечения пациентом и функциональный результат.
ж) Клинический пример. В этой статье представлено общее наглядное руководство по предоперационному 3D-моделированию положения бедренного компонента с помощью системы OPS™ (Corin Group). В заключении приводится пример окончательного плана OPS для выполнения ТЭТС с использованием PSI.
1. Планирование длины:
• Планируемое положение всего бедренного компонента (головки и ножки) определяют относительно верхушки большого вертела так, чтобы воспроизвести собственный центр головки бедренной кости (рис. 2). У пациентов, перенесших тотальное эндопротезирование контралатерального тазобедренного сустава, положение бедренного компонента определяют по отношению к центру головки контралатерального эндопротеза (см. рис. 2).
• Длину конечности после операции измеряют от центра ротации шаблона вкладыша (обозначен зеленым цветом) до центра шаблона головки бедренного компонента (обозначена розовым цветом) и сравнивают с предоперационными значениями. Высоту ножки определяют таким образом, чтобы линия остеотомии проходила по меньшей мере на 5 мм выше малого вертела (за исключением особых случаев) (рис. 3).
Рисунок 2. Пример планирования с помощью Optimized positioning system с учетом высоты головки контралатерального эндопротеза
Рисунок 3. Предполагаемое изменение длины конечности и уровень остеотомии по отношению к малому вертелу
2. Планирование офсета:
• Поскольку часто выполняется медиализация вертлужного компонента, планируемый бедренный офсет (с учетом головки и ножки) обычно увеличивают в целях сохранения общего офсета.
• Медиализацию центра ротации измеряют от центра собственной головки бедренной кости до центра ротации шаблона вкладыша. Бедренный офсет измеряют от центра собственной головки бедренной кости до центра шаблона головки эндопротеза (рис. 4). Офсет представляет собой запланированное общее изменение офсета тазобедренного сустава, при котором достигнуто концентрическое (полное) вправление бедренного компонента в вертлужный (офсет = бедренный офсет — медиализация центра ротации) (см. рис. 4).
Рисунок 4. Предполагаемое изменение общего офсета
3. Планирование угла версии ножки эндопротеза:
• Положение бедренного компонента моделируется таким образом, чтобы он воспроизводил центр собственной головки бедренной кости в аксиальной или поперечной плоскости.
• Версию собственной бедренной кости определяют как угол между осью шейки бедренной кости и задней мыщелковой линией коленного сустава при взгляде сверху (рис. 5).
Версию бедренного компонента определяют как угол между осью шейки бедренного компонента и задней мыщелковой линией коленного сустава при взгляде сверху (рис. 6).
Рисунок 5. Планирование угла версии ножки на основании версии собственной бедренной кости
Рисунок 6. Измерение высоты большого вертела до и после эндопротезирования
