A new method of preoperative planning in hip arthroplasty

Full Text

Актуальность

Эндопротезирование тазобедренного сустава является широко распространенной в мире и в России операцией. В последние годы отмечается неуклонный рост числа как первичных, так и ревизионных вмешательств. Предоперационное планирование является залогом успешного выполнения операции по замене тазобедренного сустава. Оно включает в себя оценку кожных покровов в зоне вмешательства, амплитуды движений в суставе, разницы в длине конечностей. Одним из наиболее важных элементов подготовки к операции является планирование по рентгенограммам. Для этого используют снимки таза и тазобедренного сустава с известным масштабированием [1, 2].

Планирование может быть выполнено как с использованием шаблонов имплантатов, которые прикладываются к рентгенограммам, так и с помощью специальных программ. Точность цифрового и «обычного» планирования достоверно не отличаются между собой [3, 4]. Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки. При этом использование программ для подготовки к операции значительно упрощает ее выполнение, не требует наличия большого количества шаблонов имплантатов, кальки, позволяет редактировать рентгеновские изображения и сохранять в электронном виде полученные данные.

Планирование операции по рентгенограммам включает в себя оценку типа компонентов эндопротеза, их размеров и положения [5, 6]. При этом,  при определении данных параметров существует определенная погрешность, обусловленная, с одной стороны, двумерным изображением, которое получается на снимке, а с другой – ошибками при выполнении рентгенограмм.

Корректное предоперационное планирование зависит от различных факторов, таких, как точное масштабирование рентгеновских снимков и  укладка пациента [7]. При выполнении рентгенографии необходимо соблюдение ряда условий. К ним относятся одинаковая ротация бедренных костей, параллельное расположение их осей, соосность линии симфиза и крестца, а также правильное расположение таза в сагиттальной плоскости. Обычно у пациентов с патологией тазобедренного сустава развивается контрактура, укорочение конечности, деформация позвоночника, которые приводят к некорректному положению таза при выполнении снимка. В связи с наличием болей в тазобедренном суставе или обоих суставах, не всегда получается сделать рентгенограммы с одинаковой ротацией бедренных костей. Таким образом, вышеуказанные особенности препятствуют изготовлению «идеальных» снимков.

Стандартным положением при выполнении рентгенографии таза является такое, при котором нижние конечности ротированы внутрь порядка 15-20 градусов. При этом на снимках обычно визуализируется максимальная длина шейки бедренной кости. Однако шейка бедренной кости может располагаться в ретроторсии или в нейтральном положении между антеторсией и ретроторсией. Это приводит к тому, что при стандартной внутренней ротации бедра на рентгенограммах получаются некорректные снимки. В рентгеновском кабинете не всегда могут быть специальные устройства для фиксации стоп пациента в необходимом положении. В ряде случаев у больных имеются различные деформации стоп и других костей нижних конечностей. Все это приводит к погрешностям при выполнении рентгенографии таза и тазобедренных суставов. Это в свою очередь приводит к ошибкам при планировании операции.

Необходимо отметить, что точное планирование способствует сокращению продолжительности операции, упрощению ее выполнения, а также предотвращению интра- и послеоперационных осложнений [8].

Цель

Провести оценку точности разработанного способа предоперационного планирования при эндопротезировании тазобедренного сустава [9].

Материал и методы

Предложенный способ заключается в следующем. Рентгенографию таза пациента выполняют с использованием разработанного устройства [10]. Оно включает в себя два компонента. Первый используется для обеспечения правильной ротации бедренных костей при выполнении рентгенографии таза, рисунок 1.

Рисунок 1 – Устройство для поворота стоп пациента: 1 – линейный актуатор, 2 – стоподержатель, 3 – основание устройства, 4 – кнопка включения, 5 – блок управления актуаторами с радиоприемником, 6 – электропровод питания

Figure 1 - Device for turning the patient's feet: 1 - linear actuator, 2 - foot holder, 3 - device base, 4 - power button, 5 - actuator control unit with radio receiver, 6 - power supply cable

Первый компонент устройства состоит из основания, на котором установлены подвижные стоподержатели, соединенные с линейными актуаторами. Стоподержатели имеют возможность одновременного поворота, что позволяет осуществлять синхронную ротацию обеих ступней, и соответственно, бедренных костей из положения максимальной наружной ротации в положение максимальной внутренней ротации и наоборот. Управление устройством осуществляется посредством радиосвязи, при помощи брелока, аналогичного брелоку от автомобильной сигнализации. При этом есть возможность остановить поворот стоп и зафиксировать их в положении необходимой ротации.

Второй компонент устройства предназначен для правильной укладки таза пациента на рентгеновском столе. Он включает в себя основание, на котором располагаются подвижные упоры. Фиксация таза пациента осуществляется между основанием и упорами, которые устанавливаются на передние верхние подвздошные ости. Данный компонент устройства позволяет расположить таз пациента соответствующим образом относительно рентгеновского стола и избежать его перекоса в горизонтальной плоскости пациента, рисунок 2.

                           а)                                                                          б)

Рисунок 2 а) – таз пациента, фиксированный в устройстве, б) –  рентгенограмма пациента, фиксированного в устройстве: 1 – фиксатор передних верхних подвздошных остей, 2 – подвижные направляющие, 3 – основание устройства

Figure 2 a) – Patient's pelvis fixed in the device, b) – radiograph of the patient fixed in the device: 1 – fixator of the anterior superior iliac spines, 2 - movable guides, 3 - base of the device

Второй компонент устройства используется в случаях выраженной деформации позвоночника, когда таз не получается корректно расположить на рентгеновском столе.

В исследование вошли 100 пациентов обоих полов, находившихся на лечении в ортопедическом отделении Воронежской областной клинической больницы №1 в период с 01.06.2022 г. по 10.12.2022г. Больным была  выполнена операция тотального эндопротезирования тазобедренного сустава по поводу идиопатического коксартроза. У 42 (42%) больных процесс был односторонним, у 58 (58%) – двусторонним. Из исследования были исключены пациенты со сложными случаями первичного эндопротезирования тазобедренного сустава. Больные случайным образом были разделены на 2 группы по 50 человек в каждой. В основную группу вошли пациенты, которым предоперационное планирование проводили с использованием предложенного способа и устройства. Больным выполняли 3 рентгенограммы с различной ротацией бедренной кости. Для этого из положения максимальной внутренней ротации осуществляли поворот конечностей кнаружи. Угол поворота оценивали при помощи электронного угломера Lomvum (Китай), рисунок 3.

Рисунок 3 – Устройство для поворота стоп с угломером: 1 – стоподержатель, 2 – электронный угломер, 3 – линейный актуатор, 4 – основание устройства, 5 – блок управления актуаторами с радиоприемником

Figure 3 - Device for turning feet with a goniometer: 1 - foot holder, 2 - electronic goniometer, 3 - linear actuator, 4 - device base, 5 - actuator control unit with radio receiver

 При этом выполняли 3 рентгенограммы после поворота на каждые 5 градусов. Из полученных рентгенограмм выбирали тот, на котором офсет был максимальным. По данному снимку и выполняли предоперационное планирование. Контрольную группу составили больные, которым рентгенографию и планирование делали по стандартной методике.

При выполнении снимков в обеих группах расстояние от излучателя до кассеты составило 115 см, центрация рентгеновского луча – на симфизе. Для точного масштабирования использовали металлическую головку эндопротеза диаметром 28 мм, которую располагали на уровне большого вертела пациентов. Также делали снимок тазобедренного сустава в прямой и боковой проекциях.  

Группы сравнения были сопоставимы между собой по таким параметрам, как возраст, пол, индекс массы тела.

Пациентам имплантировали эндопротезы фирм Zimmer (США) и Aesculap (Германия) бесцементной фиксации. В исследовании оценивали соответствие размеров компонентов эндопротеза при планировании и полученных после операции результатов. Также изучали такие параметры, как офсет и разницу в длине конечностей.

Для расчета статистических параметров была использована программа SPSS Statistics v.26. Оценивали средние значения и стандартное отклонение (M±σ). Распределение в обеих группах соответствовало нормальному, сравнение средних величин осуществляли с использованием Т - критерия Стьюдента для независимых выборок. Полученные данные были оценены с применением принципов доказательной медицины [11].

Результаты

Результаты проведенного исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1. Совпадение данных планирования и результатов вмешательств

Table 1. Coincidence of planning data and intervention results

Точность определения размеров вертлужных компонентов эндопротезов в обеих группах достоверно не отличалась. Несоответствие данных планированирования и интраоперационных результатов была обусловлена анатомическими особенностями вертлужных впадин, когда верхне-нижний размер был больше, чем передне-задний, что не позволяло установить запланированную чашку. В ряде случаев ошибки были связаны с неправильным масштабированием снимков.

Точность определения размеров ножек в группах сравнения также не отличалась. Погрешность в оценке размера головки в основной группе была меньше, чем в контрольной (отношение шансов = 3,02).

В основной группе у 6 пациентов амплитуда ротационных движений в оперируемом суставе составила менее 10 градусов (в связи с контрактурой и выраженными болями). Это не позволило выполнить корректные снимки сустава, что потребовало проведения планирования по «здоровой стороне».

В основной группе у 2 пациентов была отмечена ретроторсия шейки бедренной кости, в связи с чем, максимальная длина шейки на рентгенограммах была при наружной ротации нижних конечностей.

Разница в длине конечностей после операции представлена в таблице 2.

Таблица 2 – Длина конечностей в группах сравнения после операции

Table 2 - The length of the limbs in the comparison groups after surgery

В обеих группах во всех случаях была достигнута допустимая разница в длине конечностей до 9 мм. Одинаковая длина конечностей в основной группе была получена у 50% пациентов, в контрольной – у 46% больных. Разница в длине конечностей после операции была обусловлена интраоперационными трудностями. К ним относились заклинивание ножки в канале бедренной кости, а также интраоперационные вывихи, которые требовали увеличения натяжения пельвио-трохантерных мышц за счет удлинения конечности.

Точность оценки офсета в основной группе была выше, чем в контрольной (Т-критерий = -2,6; p = 0,01). Средняя разница между предполагаемым офсетом и полученным в основной группе составила 1,4±1,5 мм, в контрольной – 2,2±1,7 мм. Точность определения офсета в основной группе была выше за счет возможности выбора снимка с максимальной длиной шейки бедренной кости и, соответственно, выполнения предоперационного планирования по полученной рентгенограмме.

При ротации бедренных костей изменяются 3 параметра: шеечно-диафизарный угол, офсет и ширина костно-мозгового канала, рисунок 4.

                             а)                                                                    б)

Рисунок 4 – Рентгенограммы тазобедренного сустава при различной ротации нижних конечностей (указаны величины ширины костно-мозгового канала и офсета): а) нейтральное положение стопы, б) внутренняя ротация стоп 12 градусов.

Figure 4 - Radiographs of the hip joint with different rotation of the lower extremities (the values of the width of the medullary canal and offset are indicated):  a) neutral foot position, b) internal foot rotation of 12 degrees.

Таким образом, если при выполнении рентгенографии была выполнена неправильная укладка пациента, то результаты расчетов, которые проводятся при предоперационном планировании, могут быть неверными.

Обсуждение результатов

Предоперационное планирование является обязательным условием выполнения операции по замене тазобедренного сустава. Отсутствие планирования или неудачное планирование – это планирование неудачи.

В последние годы в области эндопротезирования тазобедренного сустава активно внедряются различные новые технологии, навигационные системы, роботы, средства трехмерной визуализации. Они позволяют выполнять операции без планирования. Как правило, они являются дорогостоящими, увеличивают продолжительность и травматичность операции. Поэтому на практике большинство операций выполняются с применением традиционных методов планирования по рентгенограммам.

Полученные в исследовании результаты сопоставимы с результатами других авторов (точность определения размеров вертлужного компонента эндопротеза порядка 68,5 … 87%, бедренного компонента эндопротеза порядка – 76 … 78%) [12]. Планирование по рентгенограммам, безусловно, не может обеспечить полного совпадения данных расчетов перед операцией и получаемых результатов. Двумерное изображение на снимках не позволяет полноценно оценить параметры таза и бедренной кости. В сложных случаях, когда имеются посттравматические изменения, при диспластическом, протрузионном коксартрозе, целесообразно выполнять подготовку к операции с использованием программ 3D планирования [13, 14]. Объемное изображение костей и имплантатов позволяет с высокой точностью рассчитать необходимые параметры. Однако это значительно увеличивает продолжительность самого планирования и требует наличия соответствующего программного обеспечения и оборудования.

Разработанный способ обеспечивает одинаковый поворот конечностей, а также расположение осей бедренных костей параллельно друг другу. Это необходимо для правильной оценки разницы в длине конечностей. В контрольной группе в 34% случаев (17 пациентов) была отмечена различная ротация бедренных костей, которая оценивалась по степени визуализации малого вертела. Также у 25 больных (50%) оси бедренных костей на рентгенограммах не были параллельны.

Конечно, современные программы для подготовки к операции позволяют скорректировать абдукцию бедренных костей (на рентгенограммах). Однако,  это увеличивает продолжительность планирования, а также приводит к погрешностями при его выполнении.

Разработанное устройство позволяет расположить таз и конечности пациента перед выполнением рентгенографии соответствующим образом. Это исключает необходимость выполнения повторных снимков или использования режима рентгеноскопии для того, чтобы «вывести» нужные проекции. Вследствие этого, использование разработанного способа не увеличивает  лучевую нагрузку на больных. Для того, чтобы снизить лучевую нагрузку на пациентов, используя разработанный способ предоперационного планирования,  при выполнении поворота стоп можно использовать режим рентгеноскопии с записью результатов. Для этого из полученной кинопетли необходимо выбрать снимок (кадр), на котором длина шейки бедренной кости является максимальной и по нему выполнить расчеты.

Разработанный способ может быть использован при любом виде планирования, как при цифровом, так и при обычном с использованием шаблонов, которые прикладываются к рентгенограммам.

В случаях, когда у пациентов имеется выраженная контрактура в суставе и ограничение ротации, что не позволяет выполнить корректные снимки, планирование целесообразно выполнять по «здоровой стороне».

Безусловно, окончательное решение о размерах и положении компонентов эндопротеза принимает хирург во время операции. Необходимо отметить, что все параметры, которые были измерены во время планирования (офсет, положение чашки, глубина установки ножки и другие), должны контролироваться во время вмешательства с использованием специальных измерительных инструментов [15].

Выполнение правильного предоперационного планирования позволяет упростить выполнение вмешательства, повысить точность установки имплантатов и предотвратить интраоперационные осложнения.

Заключение

Разработанный способ предоперационного планирования позволяет повысить точность определения офсета и размера головки эндопротеза, необходимых хирургу при подготовке к операции по замене сустава. Предложенное устройство обеспечивает правильную укладку пациентов при выполнении рентгенографии таза, а также позволяет легко изменять ее при выполнении данной процедуры. Это упрощает работу рентгенологов и позволяет в случаях выраженных деформаций позвоночника, контрактур в суставах, сделать снимки, необходимые ортопедам для планирования операций по замене тазобедренных суставов.

Конфликт интересов отсутствует.

About the authors

Denis Varfolomeev

Author for correspondence.
Email: d.i.burdenko@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2133-6510

Candidate of Medical Sciences, traumatologist-orthopedist

References

Supplementary files