Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Разработка основ новой технологии лечения пациентов с диафизарными повреждениями длинных костей на базе чрескостного аппарата со свойствами пассивной компьютерной навигации

А

□□3482854

На правах рукописи

Виленский Виктор Александрович

Разработка основ новой технологии лечения пациентов с диафизарными повреждениями длинных костей на базе чрескостного аппарата со свойствами пассивной компьютерной навигации

(экспериментально-клиническое исследование) 14.00.22 - травматология и ортопедия

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата медицинских наук

1 2 '--от ^^Г)

Санкт-Петербург, 2009

003482854

Диссертация выполнена в Федеральном государственном учреждении «Российский ордена Трудового Красного Знамени институт травматологии и ортопедии им. P.P. Вредена Федерального агентства Росмедтехнологий».

Научный руководитель: д.м.н. профессор Соломин Леонид Николаевич Официальные оппоненты: д.м.н. профессор Дулаев Александр Кайсинович

д.м.н. Корнилов Николай Николаевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Санкт - Петербургский Государственный Медицинский Университет имени акад. И.П. Павлова Росздрава»

Защита состоится «"/ » декабря 2009г. в ""часов на заседании диссертационного совета Д 208.075.01. при ФГУ «РНИИТО им. P.P. Вредена Росмедтехнологий» (195427, Санкт-Петербург, ул. Академика Байкова, д.8).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке «ФГУ РНИИТО им. P.P. Вредена Росмедтехнологий» (195427, Санкт-Петербург, ул. Академика Байкова, д. 8).

Автореферат разослан № октября 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета ^---

доктор медицинских наук профес^р^?^^^^24^/^!. А.Кузнецов

Актуальность исследования

Применение чрескостного остеосинтеза при лечении повреждений длинных трубчатых костей имеет ряд преимуществ перед другими методами за счет малой травматичности, возможности закрытого постепенного дозированного или одномоментного устранения любого вида смещения костных фрагментов (Илизаров Г.А., 1968, 1976; Введенский С.П., 1978; Соболев И.П., 1970; Гюльназарова C.B., 1970; Неверов В.А., 1974; Шевцов В.И. с соавт., 1996; Барабаш А.П., 1995; Голяховский В., 1999; Соломин JI.H., 2005; Ilizarov G.A., 1992). Благодаря стабильной фиксации костных фрагментов и возможности управляемой динамизации, чрескостный остеосинтез позволяет реально совместить периоды лечения и реабилитации (Шевцов В.И. с соавт., 2003; Соломин JI.H., 1996; Ilizarov G.A. 1992; Solomin L., 2008).

Появившиеся в последнее время аппараты на основе пассивной компьютерной навигации (гексаподы) - это новый шаг в развитии чрескостного остеосинтеза (Seide К. et al., 1999, 2008; Rozbruch R.S., 2002, 2006; Feldman M., 2003; Paley D., 2005; Eidelman M., 2008). Гексаподы позволяют одноэтапно устранить сложную многокомпонентную многоплоскостную деформацию, выполнить математически точную репозицию перелома. Все гексаподы конструктивно представляет собой две чрескостные опоры, которые соединены между собой шестью телескопическими стержнями оригинальной конструкции - «стратами» (struts). До настоящего времени было известно два аппарата со свойствами пассивной компьютерной навигации: Taylor Spatial Frame (TSF), производства США и Ilizarov Hexapod Apparatus (IHA), изготавливаемый в Германии.

Известно, что гексаподы и прилагающиеся к ним компьютерные программы не лишены ряда недостатков, которые невозможно устранить путем изменения данных аппаратов и программ (Shevtsov V.l. et al., 2008). Кроме этого, в источниках литературы не существует ни одной публикации,

посвященной сравнительному анализу репозиционных возможностей, жесткости остеосинтеза, удобства использования данных аппаратов, прилагающихся к ним компьютерных программ. Поэтому назрела необходимость выполнить данный анализ, и, на основе полученных результатов, разработать новое устройство на основе компьютерной навигации, которое будет обладать рядом конструктивных преимуществ, существенно превосходить аналоги в качестве программного обеспечения. Именно это и послужило основанием для планирования данной работы. Классификация работы

Работа является экспериментально-клиническим исследованием и носит прикладной характер. Цель исследования

Повысить эффективность применения чрескостного остеосинтеза на основе пассивной компьютерной навигации для повышения качества лечения пациентов с диафизарными повреждениями длинных костей. Задачи исследования

1. Разработать оригинальный чрескостный аппарат, работающий на основе пассивной компьютерной навигации.

2. Экспериментально сравнить вновь разработанный аппарат с аналогами (Taylor Spatial Frame, Ilizarov Hexapod Apparatus) и аппаратом Илизарова в номинациях: особенности конструкции, возможности репозиции, жесткость фиксации костных фрагментов.

3. Обосновать преимущества программного обеспечения к новому устройству.

4. Апробировать разработанный комплекс (новый аппарат и компьютерная программа) при переломах, последствиях переломов длинных костей и определить его эффективность.

5. Сравнить результаты применения при коррекции дефорл«аций гексаподов и аппарата Илизарова. Разработать критерии выбора аппарата для коррекции

деформации: «классического» или работающего на основе компьютерной навигации.

Научная новизна исследования

1. Разработан новый аппарат со свойствами пассивной компьютерной навигации SUV-Frame (Патент РФ № 2336842).

2. Разработан новый способ модульного остеосинтеза аппаратом TSF (положительное решение о выдаче патента по заявке № 2008104219).

3. Получены новые сведения по биомеханике жесткости остеосинтеза аппаратов, работающих на основе компьютерной навигации.

4. Получены новые сведения по репозиционным возможностям аппаратов, работающих на основе компьютерной навигации.

5. Получены новые сведения по удобству использования аппаратов со свойствами пассивной компьютерной навигации.

Положения, выносимые на защиту

1. Новый чрескостный аппарат со свойствами пассивной компьютерной навигации SUV-Frame обладает преимуществами перед аналогами (Taylor Spatial Frame, Ilizarov Hexapod Apparatus) по конструктивным особенностям и программному обеспечению.

2. Использование аппаратов со свойствами пассивной компьютерной навигации имеет объективные преимущества перед аппаратом Илизарова при коррекции сложных деформаций и деформаций средней тяжести. При переломах их использование является методом выбора.

Практическая значимость работы 1. Разработан новый эффективный чрескостный аппарат SUV-Frame со свойствами пассивной компьютерной навигации, который может быть применен при лечении диафизарных повреждений (переломы, деформации) длинных костей. Аппарат обладает такими свойствами, как доступность, простота монтажа, лучшие показатели жесткости фиксации и репозиции, чем у аналогов. В аппарат SUV-Frame заложена возможность модульной трансформации.

2. Данные, полученные в ходе работы, легли в основу новой технологии лечения повреждений длинных костей на базе чрескостного аппарата со свойствами пассивной компьютерной навигации.

3. Данные по сравнительному анализу всех известных на настоящий момент гексаподов могут служить существенным дополнением к инструкциям по их использованию. Это позволит повысить эффективность лечения пациентов.

4. Разработан новый способ модульного остеосинтеза аппаратом TSF (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке №2008104219), благодаря которому стало возможно применение модульной трансформации аппарата TSF, что повышает комфортность лечения для пациентов, создает условия для оптимизации репаративного остеогенеза.

Апробация и реализация результатов работы

Основные положения работы доложены на следующих конференциях и симпозиумах:

- 4th Meeting of AS AMI International (Kyoto, 2006);

- II World Congress on External Fixation (Kairo, 2007);

- 5 th Meeting of the ASAMI International (St. Petersburg, 2008);

- Всеросс. юбилейная научно-практ. конференция, посвящ. 75-летию каф. травматологии РГМУ (Москва, 2008);

- Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием, посвященная 90-летию образования первой в России кафедры травматологии (Санкт-Петербург, 2008г.);

- Конференция «Новые технологии в травматологии и ортопедии "Zimmer"» (Санкт-Петербург, 2008г.).

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ: 2 - в журналах, 10 - в материалах симпозиумов, съездов, научно-практических конференций; в том числе 6 - в зарубежной печати. Утверждена новая медицинская технология ФС №2009/120 «Метод компоновок аппаратов для чрескостного остеосинтеза». Подготовлена новая медицинская технология «Использование

чрескостного аппарата на основе компьютерной навигации при лечении пациентов с переломами и деформациями длинных трубчатых костей». Объем и структура работы

Диссертация изложена на 282 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц и 160 рисунков и состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Список литературы состоит из 97 отечественных и 57 зарубежных источников.

Содержание работы

В РНИИТО им. P.P. Вредена при участии ООО «Орто-СУВ» (Россия, г. Санкт-Петербург) разработан аппарат на основе компьютерной навигации SUV-Frame (Патент РФ № 2336842) (рис.1).

Рис.1 Аппарат для чрескостного остеосинтеза SUV-Frame согласно патента № 2336842 (а) и фотографии моделей аппарата SUV-Frame (б, в)

Для решения задачи №2 выполнено сравнение известных гексаподов и нового устройства между собой и со спице-стержневой компоновкой аппарата Илизарова в следующих номинациях: репозиционные возможности, жесткость остеосинтеза данными аппаратами, удобство использования аппаратов (механического устройства, компьютерной программы).

Для оценки репозиционных возможностей гексаподов и спице-стержневой компоновки аппарата Илизарова исследовали по 30 моделей каждого вида (рис. 2): итого 120 серий экспериментов. Полученные данные свидетельствуют о том, что лучшие репозиционные возможности (табл. 1, рис. 3) при смещении костных фрагментов по длине и по периферии

обеспечивают SUV-Frame и аппарат Илизарова. Максимальная угловая коррекция может быть обеспечена аппаратом Илизарова. Среди аппаратов со свойствами пассивной компьютерной навигации лучшие результаты при коррекции углового компонента деформации получены при тестировании SUV-Frame. Максимальные цифры при коррекции ротационных деформаций достижимы в аппарате Илизарова, но при условии неоднократной переустановки ротирующего узла. Среди гексаподов в этой номинации

лучшие результаты достигнуты при использовании SUV-Frame.

_а__б__в__г_

Рис. 2. Модели аппаратов, использованные для исследования репозиционных возможностей, а - TSF. б - IHA. в - SUV-Frame, г - спице-стержневая компоновка

аппарата Илизарова

Таблица № 1

_Репозиционные возможности гексаподов и аппарата Илизарова (АИ)

TSF IHA SUV-Frame АИ

Осевое перемещение, мм 170+0,4 70,1+0,6 Не огранич. Не огранич.

Плоскопараллельное перемещение во фронтальной плоскости кнутри, мм 200+0,7 70+0,6 Не огранич. Не огранич.

Плоскопараллельное перемещение во фронтальной плоскости кнаружи, мм 190,1+0,5 75+0,5 Не огранич. Не огранич.

Плоскопараллельное перемещение в сагиттальной плоскости кпереди, мм 190,1+0,5 72,1+0,4 Не огранич. Не огранич.

Плоскопараллельное перемещение в сагиттальной плоскости кзади, мм 200+0,6 76+0,5 Не огранич. Не огранич.

Угловое перемещение (варус), град. 40+0,3 31,9+0,3 49,9+0,3 65+0,3

Угловое перемещение (вальгус), град. 41,9+0,3 38,1+0,3 47,9+0,3 65+0,3

Угловое перемещение (антекурвация). град. 37+0,2 39,9+0,4 42+0,4 72+0,3

Угловое перемещение (рекурвация), град. 37+0,3 30±0,3 42,9+0,4 68+0,4

Ротация внутренняя, град. 69+0,4 37,9+0,4 74,9+0,4 Не огранич.

Ротация наружная, град. 75+0,3 42+0,3 77+0,3 Не огранич.

800 гео 200 ISO

«о

dill II шимхш

Jf t

if f # ■f

i*TSF О SUV-Frame ffiIHA ■ Аппарат Илиззроеа |

Рис. 3. Диаграммы максимально возможных величин перемещения костных фрагментов

Жесткость остеосинтеза определялась в соответствии с медицинской технологией № ФС-2005/021 «Метод исследования жесткости чрескостного остеосинтеза при планировании операций». В эксперименте сравнивалась жесткость остеосинтеза компоновок аппаратов, которые согласно Методу Унифицированного Обозначения Чрескостного Остеосинтеза (МУОЧО) (методические рекомендации № 2002/134) обозначаются следующим образом: II.12.110:1II.9-3: IV.2.70 — V. 12.110: Vl.3-9: VI1.2.70.

Проведенные исследования (120 серий экспериментов) свидетельствуют о том, что в отличие от аппарата Илизарова, во всех гексаподах имеется люфт (табл. 2). После приложения нагрузки порядка 1 Н люфт устраняется, и конструкция приобретает жесткость. Аппарат TSF обладает самым большим люфтом при нагрузках во всех плоскостях. Аппарат IHA обладает самым низким люфтом во фронтальной, сагиттальной и трансверсальной плоскостях. Аппарат IHA и SUV-Frame при компрессии и дистракции имеют равные показатели люфта.

Таблица № 2 Величины люфта в гексаподах

TSF IHA SUV-Frame

Дистракция, мм 1,0+0,0 0,8+0,0 0,8+0,0

Компрессия, мм 1,0+0,0 0,8+0,0 0,8+0,0

Фронтальная плоскость, мм 2,5+0,0 1,3+0,0 1,7+0,0

Сагиттальная плоскость, мм 2,5+0,0 1,3+0,0 1,7+0,0

Трансверсальная плоскость (ротация), град. 1,87+0,01 0,32+0,01 0,8+0,01

При исследовании жесткости остеосинтеза аппаратами TSF, IHA, SUV-Frame и спице-стержневой компоновки аппарата Илизарова получены результаты, представленные в табл. 3.

Таблица № 3

Сравнительные характеристики жесткости остеосинтеза _ гексаподов и аппарата Илизарова (ЛИ)

TSF IHA SUV-Frame АИ

Продольная жесткость, дистракция, Н/мм 159,9+0,3 150,0+0,4 160,0+0,4 170,0+0,4

Продольная жесткость, компрессия, Н/мм 160,0+0,4 150,0+0,4 160,0+0,4 160,0+0,4

Фронтальная плоскость, приведение, Н*мм/град 15,0+0,3 13,0+0,3 15,0+0,3 13,0+0,3

Фронтальная плоскость, отведение, Н*мм/град 15,0+0,3 13,0+0,3 15,0+0,3 13,0±0,3

Сагиттальная плоскость, сгибание, Н*мм/град 28,0+0,3 27,0+0,4 29,0+0,3 27,0+0,3

Сагиттальная плоскость, разгибание, Н*мм/град 28,0+0,3 27,0+0,4 29,0+0,3 27,0+0,3

Трансверсальная плоскость, внутренняя ротация, Н*мм/град 20,0+0,3 20,0+0,3 22,0+0,3 20,0+0,2

Трансверсальная плоскость, наружная ротация, Н*мм/град 20,0+0,3 20,0+0,3 22,0+0,3 20,0+0,2

Из полученных данных следует, что жесткость остеосинтеза гексаподами после устранения люфта и жесткость остеосинтеза, обеспечиваемая аппаратом Илизарова, различаются незначительно: в пределах 6-15% для различных смещающих усилий.

Для определения удобства и эффективности применения гексаподов был выполнен их сравнительный анализ в следующих номинациях: особенности конструкции аппаратов, особенности установки аппаратов, этапность коррекции деформации, специфические возможности использования аппаратов. Данный анализ проводился как на основании данных литературы, сравнения моделей, так и на основании клинической апробации данных аппаратов.

Конструктивно аппараты отличались устройством внешних опор, конструкцией страт, креплением страт к опорам, диапазоном длин страт.

В аппарате SUV-Frame возможно использование опор любой формы, любого производителя (рис. Зв). Исключение составляют, по понятным

причинам, монолатеральные опоры. Это является несомненным достоинством SUV-Frame перед другими гексаподами. Так, в аппарате TSF возможно использование только оригинальных опор (рис. За), что может ограничить его применение. Ал парат IHA (рис. 36) предполагает использование опор из набора аппарата Илизарова (кольца, 2/3 и 5/8 кольца), имеющего стандартное количество отверстий для каждого типоразмера опор. В аппаратах TSF и IHA при повреждениях длинных трубчатых костей используются только кольцевые опоры и опоры 2/3 кольца. В аппарате SUV-Frame возможно использование опоры 1/2 кольца и сборных опор из секторов, что упрощает применение данного аппарата на уровне в/3 плеча и бедра.

ЭЭЭЭЭ^ЯиУ^ bqqqbqQQ

а б в

Рис. 3. Внешние опоры, используемые в гексаподах. а - в аппарате TSF. б - в аппарате IHA. в - в аппарате SUV-Frame

В аппарате TSF возможна фиксация страт только в определенных местах - т.н. табах (рис. 4а). Это может негативно сказаться на качестве выполнения чрескостного остеосинтеза. Так при возникновении конфликта «страта - чрескостный элемент», необходимо перепроведение чрескостного элемента. Т.е. выбор мест проведения чрескостных элементов определяется не рекомендуемыми позициями, а расположением табов, страт и позиций доступности.

В аппарате IHA возможен перенос мест крепления страт на опоре (рис. 46) при возникновении конфликта "страта - чрескостный элемент", однако этот перенос не может быть больше, чем на 2 отверстия, т.к. расположение адаптеров страт под углом меньше, чем 120°, приводит к снижению

репозиционных возможностей, т.к. страты аппарата имеют ограниченный диапазон длин.

В аппарате SUV-Frame возможен перенос мест крепления страт к опорам в большом диапазоне (рис. 4в), что является его преимуществом перед другими гексаподами, повышает эффективность его применения.

Рис. 4. Крепление страт к опорам, а — в аппарате TSF. б — в аппарате IHA. в - в аппарате SUV-Frame: при помощи прямых и Z-образных платиков

Страты аппарата TSF (рис. 5а) обладают дизайном, который отличают техническая проработанность и удобство для использования пациентом. В первую очередь это связано с тем, что каждая страта снабжена шкалой, указывающей изменение ее длины в мм.

Однако конструкция страты не предполагает изменение ее длины меньше, чем 1 мм, что является ее недостатком. В расчетах компьютерной программы выдаются суточные изменения длин страт, при этом минимальным является 1 мм. Ни в одном из руководств к аппарату TSF нет рекомендаций по дробной коррекции деформации. Болт, фиксирующий страту аппарата TSF к опоре, имеет недостаток: тонкую часть в области «шейки». Это, при затягивании, может привести к перелому болта. Однако подобрать оптимальную степень затягивания достаточно трудно, т.к. при слабом затягивании может произойти рассоединение страты и опоры, что приводит к дестабилизации аппарата.

Длины страт аппарата IHA измеряются специальной линейкой — подобием адаптированного для этой цели штангенциркуля. Страты аппарата IHA (рис. 56) имеют ряд недостатков. Так, звуковой сигнал, издаваемый

стратой при изменении ее длины на 1/10 мм, плохо ощущается пациентами, что затрудняет его использование. Блокирующий винт на страте выполнен из пластмассы. Диаметр его резьбовой части составляет лишь 2 мм, что делает его очень хрупким. При достижении максимальной длины страты, стабильность ее резко уменьшается. Достоинством страты аппарата IHA является возможность выполнения минимального шага изменения длины 1/10 мм.

Длины страт аппарата SUV-Frame измеряются линейкой, что является относительным недостатком. Конструкция страты позволяет выполнять шаг любой длины, в том числе «стандартный» 0,25 мм. Страты аппарата SUV-Frame (рис. 5в) обладают высокой прочностью, угроза поломок сведена к минимуму: мы не наблюдали ни одного подобного осложнения.

Таким образом, в аппаратах SUV-Frame и IHA возможно выполнение дробной коррекции деформации, что является их достоинством. В аппарате TSF изменение длин страт выполняется, согласно официальным рекомендациям, 1 раз в сутки, что может негативно сказываться на репаративном остеогенезе.

Диапазон длин страт аппарата TSF достаточно велик, однако использование четырех типоразмеров страт создает дополнительные сложности при работе с аппаратом. В ходе коррекции деформации возникает необходимость замены страты одного размера на другой. Если отсоединить одну из страт от опоры, аппарат моментально потеряет стабильность, что может привести к вторичному смещению костных фрагментов, повреждению регенерата. Поэтому при замене страт в аппарате TSF требуется временная установка резьбового стержня или шарнира. Самостоятельно пациент выполнить замену страт не может, что увеличивает частоту явок на амбулаторный прием, требует дополнительных трудозатрат.

Страты аппарата IHA обладают самым малым диапазоном, что отрицательно сказывается на репозиционных возможностях аппарата. Кроме этого, ограниченный диапазон длин страт регламентирует расстояние между

опорами, что является существенным недостатком данного аппарата. Если диапазона длин страт не хватает для коррекции деформации, единственным вариантом продолжить коррекцию является использование унифицированных узлов РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова или их аналогов.

Самым большим диапазоном длин страт обладает аппарат SUV-Frame. Кроме этого имеется возможность выноса крепления страт за пределы кольца, используя Z-образные платики. При коррекции деформации не требуется замена страт, т.к. входящий в состав страты резьбовой стержень может быть любой длины. Все это значительно повышает эффективность клинического применения аппарата, делает возможным устранение деформации любой степени без дополнительных манипуляций с аппаратом. С другой стороны, при избыточной длине выбранных резьбовых стержней, они выступают за границы опор аппарата, что создает пациенту дискомфорт. Поэтому на практике избыточный фрагмент резьбовых стержней страт скусывают.

......' ; L " ., - -

а б в

Рис. 5. Страты, а - в аппарате TSF. б - в аппарате IHA. в - в аппарате SUV-Frame

В аппарате TSF (рис. 6а) и аппарате SUV-Frame (рис. 66) имеется режим "быстрых страт". Это такой режим работы гексапода, который позволяет одномоментно осуществлять репозицию перелома или выполнять одномоментную коррекцию деформации. При этом режиме нет необходимости постепенно вращать какие-либо гайки для изменения длин каждой из страт: изменение длин страт происходит беспрепятственно, «за ходом руки» хирурга. Данный режим возможен благодаря конструктивным особенностям страт, которые позволяют одномоментно изменить длину каждой страты от минимальной до максимальной и зафиксировать

требуемую длину. Наличие режима "быстрых страт" в аппаратах TSF и SUV-Frame создает дополнительные возможности при лечении переломов, т.к. выполнение закрытой репозиции в данном режиме удобно для доктора, сокращает время операции. В аппарате IHA такая возможность отсутствует.

Рис. 6. Режим «быстрых страт», а - в аппарате TSF. б - в аппарате SUV-Frame

При установке аппаратов также имеются специфические особенности ориентации опор. Так при монтаже аппарата TSF следует соблюдать правило: «ведущая опора» (чаще - проксимальная) должна быть установлена строго перпендикулярно анатомической оси кости в двух плоскостях. В случае несоблюдения этого правила в компьютерную программу необходимо вносить дополнительные параметры, определяемые «вручную». «Ведомая опора» может быть установлена под любым углом к костному фрагменту. Кроме этого, при монтаже аппарата, «главный таб» должен быть расположен строго спереди от «ведущего фрагмента». В случае установки его с ротацией, угол ротации должен быть указан при работе с компьютерной программой.

В аппарате Илизарова перпендикулярность установки опор по отношению к костным фрагментам является обязательной. В противном случае резко возрастают трудности с установкой и использованием унифицированных репозиционных узлов.

Возможность неперпендикулярной установки опор по отношению к длинной оси костных фрагментов в аппаратах IHA и SUV-Frame является существенным достоинством данных аппаратов, т.к. сокращает время операции, количество интраоперационно выполненных рентгеновских снимков.

В аппарате SUV-Frame имеется возможность динамизации аппарата. Таким образом, в аппарате возможна «тренировка регенерата» (Илизаров Г.А., 1968), которая оптимизирует репаративный остеогенез. В аппаратах TSF и IHA возможность динамизации аппарата конструктивно не предусмотрена.

Кроме этого, методика остеосинтеза при помощи аппарата TSF не предполагает уменьшение громоздкости аппарата во времени. Для решения данного недостатка нами была предложена компоновка аппарата TSF с возможностью модульной трансформаг^и, которая легла в основу положительного решения о выдаче патента по заявке №2008104219 (рис. 7).

Рис. 7. Способ модульного остеосинтеза аппаратом TSF. а, б - внутри опор аппарата TSF закреплены сектора !Л окружности кольца, в - вид аппарата после демонтажа опор и страт аппарата TSF

Нами предложена практическая классификация деформаций длинных костей (табл. 4), в которой стандартные компоненты деформации (смещение по длине, смещение по периферии, угловая деформация, ротация), могут быть изолированными или комбинироваться между собой в стандартных плоскостях (фронтальная, сагиттальная, трансверсальная) в различных вариантах. Всего имеется 33 типа деформаций, которые разделены на простые (одноплоскостные-однокомпонентные), средней степени сложности (одноплоскостные-двухкомпонентные - трехплоскостные-трехкомпонентные) и сложные (двухплоскостные-четырехкомпонентные -трехплоскостные-шестикомпонентные).

Таблица № 4.

Практическая классификация деформаций длинных костей

Компон ентьг Плоскости Одяоплоскостные Двух плоскостные Трехплоскоствые

Однокомпонентные 4 варианта

Цвухкомпон ентные - Еарнанта 5 вариантов

Тр ех компон ентны е 5 вариантов 2 варианта

ЧетыреткомпонентныЕ : Е^.'ИиК.-?. . гл-как-сь

Пяшнэып ся ентные 1 мжакт

Шесгикомпонентные ' г.*.как-

Сравнение аппаратов по этапности коррекции деформации свидетельствует о том, что при одно- или двухкомпонентной деформации в ряде случаев субъективно легче использовать аппарат Илизарова. Так, например, при укорочении кости без наличия деформаций во фронтальной, сагиттальной и трансверсальной плоскостях при установке аппарата Илизарова требуется лишь перпендикулярная установка опор по отношению к костным фрагментам. В дальнейшем дистракция проводится не по шести стратам, а по 3 резьбовым стержням.

При лечении изолированной угловой деформации в одной из стандартных плоскостей (сагиттальная или фронтальная) при помощи унифицированных репозиционных узлов РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова требуется скрупулезное соблюдение ряда условий:

- перпендикулярности установки опор по отношению костным фрагментам;

- расположения осевых шарниров точно на вершине угла деформации или в биссектрисе угла деформации.

- при установке осевых шарниров необходимо, чтобы они располагались друг напротив друга, в одной плоскости. Практически сделать это, даже под

контролем ЭОПа, достаточно сложно. Установка же шарнира выше или ниже вершины деформации (или вне биссектрисы угла деформации) приведет к вторичному смещению фрагментов по ширине. Установка осевых шарниров в биссектрисе угла вне кости приведет к формированию регенерата трапециевидной формы. После установки шарниров устранение деформации производится путем изменения длины поворотного шарнира. Однако для расчетов темпов изменения его длины требуются специальные расчеты.

При устранении ротации в аппарате Илизарова необходимо расположение костных фрагментов строго в центре базовых опор. Т.к. мягкие ткани всех сегментов конечностей относительно кости распределены неравномерно, для центрального расположения кости требуется использование опор больших типоразмеров. Это создает дополнительный дискомфорт для пациента. При практическом применении аппарата Илизарова используют эксцентричное расположение опор, согласно распределению мягких тканей относительно кости. Поэтому после устранения ротации возникает вторичное смещение костных фрагментов по ширине, для коррекции которого требуется установка специальных унифицированных узлов.

При устранении сложной многокомпонентной многоплоскостной деформации при работе с аппаратом Илизарова необходима неоднократная замена унифицированных узлов (рис. 8а).

При работе с гексаподом деформацию любой степени сложности можно устранить одноэтапно. Это связано с тем, что программа разрабатывает такую траекторию перемещения ведомого фрагмента относительно ведущего, которая является «интегральной» для всех компонентов деформации во всех плоскостях. А универсальный репозиционный узел гексаподов (комплекс страт) позволяет воспроизвести эту универсальную траекторию коррекции в клинике (рис. 86).

Рис. 8. Устранение сложной деформации, а - при помощи унифицированных узлов РНЦ «ВТО» им. Г.А. Илизарова. б - при помощи гексапода (аппарата SUV-Frame)

Один шаг

Шаг 1 - дистракция Шаг 2 - устран. угл. деф. во фронт.

ппоскост»

Шаг 3 - устр. угл. деф. в сагит. плоек Шаг 4 - устр. смещения по ширине

Таким образом, при коррекции сложных деформаций применение гексаподов более предпочтительно, т.к. нет необходимости выполнения многократных перемонтажей аппарата. При коррекции простых деформаций целесообразно применение унифицированных узлов аппарата Илизарова со скрупулезным соблюдением требований к их установке.

Для решения задачи № 3 выполнено сравнение компьютерных программ, прилагающихся к гексаподам. Из полученных данных следует, что программа компьютерной навигации аппарата SUV-Frame отличается от программ-аналогов функциональностью и продуманным интерфейсом. В ней имеются все опции для расчетов репозиции переломов, коррекции деформации. При этом программа SUV-Frame, в отличие от программ-аналогов, имеет следующие особенности:

- возможность работы с цифровыми рентгенограммами, на которых, используя собственные инструменты программы, выполняют необходимые измерения, проводят референтные линии;

- возможность планирования коррекции деформации, построение скиаграмм, выполнение расчетов сроков коррекции деформации, как по

«структурам риска» (сосуды, нервы), так и по темпам формирования дистракционного регенерата;

- количество параметров программы аппарата SUV-Frame, измеряемых "вручную", составляет 16, в то время как в программах, прилагающихся к аппаратам TSF и IHA, этот показатель составляет 25 и 23, соответственно;

- система защиты от ошибки пользователя программы аппарата SUV-Frame сводит к минимуму возможность неправильного введения данных, в то время как у программ-аналогов результат неправильного введения данных можно оценить лишь после клинической реализации результатов расчетов;

- работа с программой SUV-Frame возможна с любого электронного носителя; сети Интернет не требуется.

Для решения задачи № 4 гексаподы были применены нами в клинике при лечении 50 пациентов: TSF - у 20 пациентов, SUV-Frame - у 24 пациента, IHA - у 6 пациентов. Распределение пациентов нозологии, степени сложности деформации приведены в табл. 6, 7.

Таблица № 6.

Распределение больных на группы по нозологическому признаку

Группы Подгрушы^ Нозология I TSF (кол-во пациентов) II SUV-Frame (кол-во пациентов) III IHA (кол-во пациентов)

А Переломы длинных костей 6 6 2

Б Деформации длинных костей 14 18 4

Итого 20 24 6

Таблица № 7. Типы деформаций, коррекция которых была произведена с использованием гексаподов

Типы деформаций TSF (кол-во пациентов) IHA (кол-во пациентов) SUV-Frame (кол-во пациентов) Всего

I простая 3 1 2 6

II ср.ст. сложности 5 2 3 10

III сложная 7 1 13 21

итого 15 4 18 37

Во всех случаях применения гексаподов при лечении переломов была достигнута репозиция костных фрагментов. При этом окончательная репозиция на операционном столе не считалась обязательной, что позволило сократить время операции и интраоперационную лучевую нагрузку на пациентов. В большинстве случаев (9 из 14) репозицию выполняли в первые сутки после операции по расчетам, выполненным в программах компьютерной навигации. В 2 (из 6) случаях применения аппарата TSF и в 3 (из 6) случаях применения аппарата SUV-Frame интраоперационная закрытая репозиция с использованием режима "быстрых страт" позволила добиться удовлетворительного стояния костных фрагментов.

Во всех случаях применения гексаподов была достигнута коррекция деформации. Лишь в одном случае при коррекции деформации при помощи аппарата IHA диапазона длин страт оказалось недостаточно для коррекции деформации. В этом случае для достижения результата страты аппарата IHA были заменены на унифицированные узлы РНЦ «ВТО» им. Г.А. Илизарова.

Мы наблюдали следующие осложнения:

- Воспаление мягких тканей: 5 случаев (2 - при использовании аппарата TSF и 3 при использовании SUV-Frame). Лишь в одном из этих случаев (пациент Т-н В.А., 48 лет, и/б № 6241/2006) комплекс консервативного лечения не дал положительного результата: воспаление мягких тканей консервативными методами купировать не удалось, АВФ был демонтирован на сроке фиксации 12 недель в связи с воспалением в области практически всех чрескостных элементов, нестабильностью АВФ. Наложена гипсовая лонгетная повязка. В дальнейшем у пациента возникла вторичная варусная деформация в области регенерата, консолидация в порочном положении. Через 5 месяцев после консолидации пациент оперирован повторно, деформация устранена, достигнута консолидация костных фрагментов в правильном положении.

- В одном из случаев при использовании аппарата TSF мы наблюдали вторичную деформацию в области регенерата ср/3 левой голени через 10

дней после демонтажа АВФ (пациентка О-ва, 39 лет, и/б № 1014/2007). От дальнейшего лечения пациентка отказалась.

- В одном случае при использовании аппарата TSF мы наблюдали формирование атрофического дистракционного регенерата ср/3 правого бедра (пациентка Кр-ая, и/б 3700/07).

Приводим клинический пример применения аппарата SUV-Frame при лечении сложной деформации костей голени.

Пациент К-в (и/б 1124/07), 28 лет, поступил в РНИИТО им. P.P. Вредена 25.01.2007г. с диагнозом: Посттравматическая сложная двухуровневая деформация костей левой голени, укорочение левой нижней конечности за счет голени 4 см, разгибательная контрактура левого коленного сустава (рис. 9а).

01.02.2007г. выполнена операция: Двухуровневая остеотомия левой большеберцовой кости, остеотомия н/3 левой малоберцовой кости, комбинированный чрескостный остеосинтез костей левой голени, левого коленного сустава. При этом коррекция деформации в/3 левой голени выполнялась при помощи унифицированных узлов аппарата Илизарова, а деформация ср/3 - аппаратом SUV-Frame (рис. 96). Коррекция деформации начата на 7 сутки после операции. Деформация в/3 левой большеберцовой кости устранена в течение 36 дней. При этом 4 раза выполнялась замена унифицированных узлов: первым этапом выполнено удлинение на 1,5 см, вторым этапом выполнена коррекция угловой деформации во фронтальной плоскости, третьим - в сагиттальной, и последним этапом выполнено устранение остаточного смещения костных фрагментов по ширине.

Деформация средней трети левой большеберцовой кости устранялась при помощи аппарата SUV-Frame. В программе компьютерной навигации выполнен расчет коррекции. На расчет потрачено 15 минут. Деформация устранена одноэтапно, за 27 дней (рис. 9в). После устранения деформации страты аппарата SUV-Frame заменены на штанги аппарата Илизарова (рис. 9г). Клиническая проба, выполненная при рентгенологических признаках полной костной перестройки регенерата через 135 дней после операции, патологической подвижности не выявила. АВФ динамизирован.

Через 145 дней после операции АВФ демонтирован. Период фиксации составил 102 дня на уровне в/3 и 93 дня на уровне ср/3 соответственно. Через 1 месяц после демонтажа АВФ функция суставов правой нижней конечности полная (рис. 9д).

Рис. 4.25а-д. Фотографии и фоторентгенограммы пациента К-ва. до, во время и после коррекции деформации

Для решения задачи № 5 проанализированы результаты коррекции деформаций пролеченных нами пациентов и результаты коррекции деформаций у пациентов контрольной группы. Контрольную группу составили пациенты, оперированные в РНИИТО им. P.P. Вредена в период с 1997 по 2003 г. по поводу деформаций бедра и голени с использованием комбинированного («гибридного», «спице-стержневого») чрескостного остеосинтеза. Критериями оценки служили количество необходимых перемонтажей аппарата Илизарова и частота осложнений. В контрольной группе проанализированы результаты лечения 100 пациентов: 34 случая деформаций бедра и 66 - деформаций голени. Всем пациентам контрольной группы выполнялась коррекция деформаций с использованием

унифицированных репозиционных узлов, разработанных в РНЦ «ВТО» им. Г.А. Илизарова. Причиной деформаций были неправильно сросшиеся переломы голени (36), бедра (25); ложные суставы голени (23), бедра (2); врожденная патология голени (7), бедра (7). Согласно классификации деформаций (табл. 4) простых деформаций было 10 (10%), средней степени -60 (60%), сложных - 30 (30%). По данным архивных историй болезни и карт амбулаторного пациента производили подсчет количества выполненных перемонтажей аппарата (замен унифицированных узлов) за время коррекции деформации. Кроме этого сравнивались характер и частота осложнений, зарегистрированных при коррекции деформаций по Илизарову и при применении гексаподов. Результаты анализа приведены в таблице 8.

Таблица № 8.

Зависимость количества перемонтажей аппарата от сложности деформации у ___пациентов контрольной группы

Степень Простая Средней степени Тяжелая

деформации (кол-во пациентов) (кол-во пациентов) (кол-во пациентов)

Кол-во перем>\

1 перемонтаж 6 -

2 перемонтажа 4 12 -

3 перемонтажа - 39 4

4 перемонтажа - 9 8

5 перемонтажей - - 18

Как видно из представленной таблицы, при лечении простых деформаций во всех случаях перемонтаж аппарата внешней фиксации (замену унифицированных репозиционных узлов) выполняли не более двух раз. При лечении деформаций тяжелой степени перемонтаж выполняли не менее 3-х, а в большинстве случаев - 5 раз. При лечении деформаций средней степени сложности - от 2 до 4 раз, а в большинстве случаев - 3 раза.

Для сравнения: при коррекции деформаций в основной группе с использованием аппарата SUV-Frame перемонтаж не выполнялся ни в одном из случаев. Во всех случаях использования аппарата TSF при лечении деформаций в период коррекции требовалась замена страт одного типоразмера на другой. Однако данная манипуляция по трудоемкости не

идет ни в какое сравнение с заменой унифицированных узлов аппарата Илизарова, поэтому названа «перемонтажом» лишь условно. При коррекции деформаций при помощи аппарата IHA перемонтаж аппарата потребовался в одном случае, когда длин страт не хватило для выполнения окончательной коррекции деформации. В этом случае для достижения результата страты аппарата IHA были заменены на унифицированные узлы РНЦ «ВТО» им. Г.А. Илизарова.

Таким образом, из приведенных данных следует, что гексаподы имеют ряд существенных преимуществ при лечении сложных деформаций костей: не требуется многократная трудоемкая замена репозиционных узлов, многократные рентгенологические обследования. При простых деформациях, длинных костей применение унифицированных репозиционных узлов РНЦ «ВТО» им. акад. Илизарова выглядит предпочтительней, т.к. нет необходимости трудозатрат, связанных с выполнением расчетов, а количество перемонтажей АВФ не превышает двух. Исключение составляют простые деформации, в которые входит угловой компонент. Для выполнения коррекции таких деформаций требуется точность при установке осевых шарниров, выполнение тригонометрических или графических расчетов.

При лечении деформаций средней степени сложности хирург, по нашему мнению, вправе выбрать: от двух до четырех перемонтажей аппарата, расчеты при коррекции угловых компонентов деформации или выполнение однократного расчета в программе компьютерной навигации.

Из приведенного сравнительного анализа гексаподов следует, что аппарат SUV-Frame обладает рядом объективных преимуществ перед аналогами, как в применяемой металлоконструкции, так и в компьютерной программе. Однако, как позволяет определить наш опыт, на сегодняшний день существуют направления по оптимизации аппарата SUV-Frame. В частности, мы полагаем, что целесообразно внести изменения в конструкцию страты, а именно:

- ввести в ее конструкцию линейку, указывающую длину страты;

- уменьшить величину выступающих за пределы опор частей резьбовых стержней, которые доставляют пациентам неудобства.

Кроме этого, на основании проведенной работы можно заключить, что в ближайшем будущем необходимо определить зависимость репозиционных возможностей SUV-Frame от:

- «неравнобедренного» крепления страт к опорам;

- расстояния между опорами;

- использования опор разной геометрии (кольцо + 2/3 кольца, 2/3 кольца + 2/3 кольца, кольцо + полукольцо, 2/3 кольца + полукольцо);

- использования в одном SUV-Fame опор разного диаметра.

Все это, мы убеждены, позволит разработать оптимальные компоновки аппаратов для коррекции деформаций (репозиции переломов) разных уровней разных сегментов и, в конечном итоге, завершить разработку технологии по использованию аппарата SUV-Frame при лечении пациентов с переломами и деформациями длинных костей. Выводы

1. Оригинальный чрескостный аппарат, работающий на основе пассивной компьютерной навигации SUV-Frame (патент РФ № 2336842) превосходит аналоги по возможностям перемещения костных фрагментов по длине, ширине, коррекции углового и ротационного компонентов деформации.

2. Жесткость остеосинтеза гексаподами после устранения люфта и жесткость остеосинтеза, обеспечиваемая аппаратом Илизарова, различаются незначительно: 6-15% для различных смещающих усилий.

3. Аппарат SUV-Frame превосходит аналоги в следующих аспектах: особенности конструкции аппарата, особенности компоновки аппарата, особенности практического использования аппарата.

4. Компьютерная программа аппарата SUV-Frame превосходит аналоги в следующих аспектах: функциональность, интерфейс, автоматизация работы.

5. По сравнению с аппаратом Илизарова гексаподы имеют существенные преимущества при коррекции сложных и, отчасти, деформаций средней

степени тяжести. При лечении простых деформаций длинных трубчатых костей применение аппарата Илизарова более предпочтительно. При лечении переломов применение гексаподов, как и аппарата Илизарова, является методом выбора.

Практические рекомендации

1. Коррекция деформаций костей при помощи гексаподов является высокотехнологичным методом лечения, поэтому ортопеду, планирующему использование данных аппаратов в клинической практике, следует пройти обучение. В частности, курсы по обучению использования аппарата SUV-Frame действуют в РНИИТО им. P.P. Вредена (http://www.rniito.org/download/ortho-suv-course-9-rus.pdf).

2. При использовании гексаподов следует выбирать такие компоновки, каждый чрескостный модуль которых обеспечит адекватную жесткость фиксации костных фрагментов. Соответствующая информация приведена в новой медицинской технологии ФС №2009/120 «Метод компоновок аппаратов для чрескостного остеосинтеза».

3. Проведение чрескостных элементов в проекции рекомендуемых позиций позволит уменьшить опасность возникновения инфекционных осложнений и трансфиксационных контрактур, исключить повреждение магистральных сосудов и нервов. Электронная версия атласа по проведению чрескостных элементов размещена на сайте http://rniito.org/solomin/download/mudef.zip.

4. Т.к. во всех гексаподах имеется люфт, на период фиксации следует устанавливать между базовыми опорами дополнительный резьбовой стержень или шарнир из комплекта аппарата Илизарова, или после устранения деформации менять страты на резьбовые стержни или шарниры аппарата Илизарова.

5. При работе с компьютерной программой и выполнении измерений на аппарате ортопед должен скрупулезно соблюдать правила пользования аппаратом и программой, особенно при измерении длин страт и длин сторон треугольников, образованных центрами болтов, фиксирующих карданы;

строго соблюдать правило по установке первой и второй страт относительно опор и друг друга.

6. При лечении переломов с использованием аппарата SUV-Frame следует тщательно выбирать «совмещаемые точки» на костных фрагментах. Кроме этого, при работе с программой следует моделировать дополнительное создание диастаза 2-3 мм, чтобы предупредить контакт костных фрагментов, который мог бы препятствовать репозиции.

7. Ортопед, использующий в клинической практике аппараты со свойствами компьютерной навигации должен владеть методом Илизарова.

Список печатных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Соломин, JI.H. Многофакторный сравнительный анализ чрескостных аппаратов, работающих на основе компьютерной навигации / Соломин JI.H., Виленский В.А., Сорокин Е.П., Торопов С.С. // Травматология и ортопедия России. - Санкт-Петербург, 2008. - №3 (приложение) - С. 23.

2. Соломин, Л.Н. Практическая классификация деформаций длинных трубчатых костей / Соломин Л.Н., Виленский В.А. // Травматология и ортопедия России. - Санкт-Петербург, 2008. - №3 (приложение) - С. 44.

3. Соломин, Л.Н. Результаты коррекции по методу Илизарова деформаций бедра и голени / Л.Н.Соломин, Е.П. Сорокин, В.А. Виленский, С.В. Майков // Травматология и ортопедия России. - 2008. - №3 (приложение) - С. 44-45.

4. Соломин, Л.Н. Сравнительный анализ аппарата Илизарова и чрескостных аппаратов, работающих на основе компьютерной навигации / Л.Н. Соломин, В.А. Виленский, Е.П. Сорокин, С.В. Майков // Всеросс. юбилейная научно-практ. конференция, посвящ. 75-летию каф. травматологии РГМУ. - М., 2008 -С. 78.

5. Соломин, Л.Н. Сравнительный анализ репозиционных возможностей чрескостных аппаратов, работающих на основе компьютерной навигации, и аппарата Илизарова / Соломин Л.Н., Виленский В.А., Утехин А.И., Террел В. // Гений ортопедии. - Курган, 2009. №1. - С. 45-51.

6. Соломин, JI.H. Сравнительный анализ жесткости остеосинтеза, обеспечиваемой чрескостными аппаратами, работающими на основе компьютерной навигации и аппарата Илизарова / Соломин JI.H., Утехин А.И., Террел В // "Травматология и ортопедия России". - Санкт-Петербург, 2009. №2. - с. 20-25.

7. Соломин, JI.H. Функциональная научно-клиническая группа чрескостного остеосинтеза: первые 5 лет работы / Соломин JI.H., Долгополов В.В., Щепкина Е.А., Назаров В.А., Андрианов М.В., Кулеш П.Н., Инюшин Р.Е., Мыкало Д.А., Виленский В.А. // Травматология и ортопедия России. - Санкт-Петербург, 2006. - № 2. - С. 272-273.

8. Solomin, L. Opportunities of bone fragments reduction: Taylor Spatial Frame vs. Ilizarov Hexapod Apparatus (experimental study) / L. Solomin, V. Vilensky, W. Terrell, J. Odessky // II World Congress on External Fixation: Final program -Egypt, 2007,- P. 159.

9. Solomin, L.N. New computer-assisted devices for active and passive bone fragment reduction (preliminary report) / L.N. Solomin, A.I. Utekhin, E.V. Isajev, V.A. Vilensky // 4th Meeting of ASAMI International. - Kyoto, Japan, 2006 - P. 273.

10. Solomin, L.N. Multifactorial comparative analysis of Ilizarov apparatus and external fixation devices on the base of computer navigation (Taylor Spatial Frame, Ilizarov Hexapod Apparatus, SUV-Frame) /, W. Terrell, J. Odessky //5th Meeting of the ASAMI International. Program and Abstract Book. - St.Petersburg, 2008.-P. 52.

11. Solomin, L.N. Practical Classification of long bone deformities / L.N. Solomin, V.A. Vilensky // 5th Meeting of the ASAMI International. Program and Abstract Book. - St.Petersburg, 2008. - P. 339.

12. Solomin, L.N. Results on deformity correction of femur and leg using the Ilizarov device / L.N. Solomin, V.A. Vilensky, E.P. Sorokin, R.M. Mihajlichenko // Meeting of the ASAMI International. Program and Abstract Book. -St.Petersburg, 2008. - P. 345.

Изобретения

1. Патент РФ 2336842 от 27.10.2008 на изобретение «Аппарат для чрескостного остеосинтеза "SUV-Frame"».

2. Положительное решение по заявке на патент РФ "Способ модульного остеосинтеза аппаратом Тэйлора" № 2008104219 от 15.04.2009.

/

Отпечатано в центре оперативной полиграфии «Копи-Медиа» 28 октября 2009г. Тираж 90 экз.