Фиксация перелома лонной кости имплантатом, изготовленным с помощью 3D печати

Современная КТ и МРТ 3D-визуализация позволяют детализировано реконструировать анатомию пациента. В 1984 г. Ch. Hall разработал метод лазерной стереолитографии, позволя- ющий переводить цифровые изображения в физические объекты. [1]

Последнее десятилетие технологии 3D-печати находят все более широкое применение в травматологии и ортопе- дии [2]. Возможно, как изготовление пластиковых моделей костей, облегчающие предоперационное планирование, так и индивидуальных металлических имплантатов из титанового или хром-молибденового порошка [3]. Отработаны технологии производства индивидуальных имплантатов и различных инструментов с помощью 3D-печати [4].

Аддитивные технологии широко применяются в области протезирования суставов [5]. Индивидуально изготовленные ножки для эндопротезов тазобедренных суставов обеспечивают лучшую первичную стабильность и снижают микроподвижность за счет более плотного прилегания в костномозговом канале и возможности формирования поверхности с разной пористостью для усиления остеоинтеграции [6]. При наличии костных дефектов, прочность фиксации и биоинтеграция окружающих тканей при использовании высокопористых титановых имплантатов, изготовленных с помощью аддитивных технологий, выше, чем при эндопротезировании имплантатами с стандартной пористостью. [7]. Аддитивные технологии позволяют также облегчить протезирование голеностопного и коленного суставов [8, 9].

Отечественные публикации, связанные с аддитивными технологиями в травматологии и ортопедии, в основном посвящены проблемам эндопротезирования суставов и лечению деформаций позвоночника [10, 11, 12]. Для остеосинтеза переломов лонных костей предложены фиксация канюлированными винтом, подкожной транспедикулярной системой INFIX, фото- динамическая стабилизация [13,14,15]. Отечественными авторами разработан способ остеосинтеза переломов лонной кости штифтом с блокированием Pu-Lock.[16]. Сложная анатомия переднего отдела тазового кольца и механика распределения нагрузки предъявляет специфические требования для имплантатов. Технологии 3D печати позволяют в короткие сроки изготавливать имплантаты с заданными параметрами.

Нами представлен клинический случай малоинвазивной фиксации перелома лонной кости имплантатом, изготовленным с помощью 3D печати.

Материал и методы

Мужчина 42 лет, кататравма в результате падения с третьего этажа. Госпитализирован бригадой СМП. Инициировано лечение по протоколу ATLS. [17] При поступлении АД – 110/80 мм рт. ст.; PS – 107 уд/мин., ЧДД – 21 в мин. Психоэмоциональное возбуждение. Осмотрен мультидисциплинарной бригадой, начата инфузионная терапия и седация пациента. Учитывая стабильное состояние по шкале Pape-Krettek [18] сразу выполнено пан-КТ (компьютерная томография всего тела). Установлен диагноз: «Перелом боковой массы крестца справа Denis I, перелом верхней ветви лонной кости слева Nakatani II. Оскольчатый перелом крыла подвздошной кости слева. АО/ ОТА 61-В2.1с, 61-А2.1. Алкогольное опьянение. Хронический вирусный гепатит С. Артроз правого тазобедренного сустава 3 стд.» [19][20][21] (Рис.1).

Рис. 1. КТ таза 3D-реконструкция: a – проекция «вход в таз» b – обзорная проекция.

1b

Пациент госпитализирован в отделение интенсивной терапии, где развилось абстинентное состояние с делирием, в связи с чем окончательную стабилизацию тазового кольца пришлось отложить. Во время предоперационного планирования принято решение о выполнении малоинвазивной фиксации как заднего, так и переднего отделов тазового кольца. За счет стабилизации переднего отдела тазового кольца происходит равномерное распределение нагрузки, что позволяет проводить раннюю активизацию без болевого синдрома и минимизировать риски миграции фиксаторов [22, 23]. Совместно с инженерами ФГУП “ЦИТО” нами разработан стержень для фиксации переломов лонных костей. Спроектирована STL-модель стержня (Рис. 2).

Рис.2. STL-модель стержня а – вид сверху b вид спереди

А

Б

Рис. 3. Изготовленный стержень: a - вид спереди; b - вид сверху

На восьмые сутки после травмы выполнены остеосинтез лонной кости штифтом слева.

Хирургическая техника установки штифта: Вертикальным доступом 3 см в проекции лонного симфиза остро и тупо обнажены мягкие ткани в направлении лонного бугорка. Выполнено ретроградное введение направляющей спицы 3.2 мм в проксимальный отломок, с последующим рассверливанием точки входа канюлированным сверлом диаметром 5 мм. (Рис.4)

Рис. 4. Интраоперационная флюороскопия, рассверливание точки входа по направляющей спице.

Затем с использованием динамического ЭОП контроля в рентгенологических проекциях «вход» и «выход из таза» вне- дрили фиксирующий стержень в проксимальный отломок в направлении крыши вертлужной впадины до момента достижения наконечником фиксирующего стержня сурсила - рентгенологического отображения самой нагружаемой зоны крыши вертлужной впадины. (Рис.5)

Рис. 5. Интраоперационная флюороскопия, контроль экстраартикулярного расположения штифта в комбинированной «выход-запирательной» проекции.

После выполнения ЭОП контроля расположения стержня в «запирательной» и «комбинированной выход-запи-рательной» и «выход-подвздошной» рентгенологических проекциях и убедившись в расположении блокирующей накладки на теле лонной кости, в резьбовые отверстия вкручены направляющие втулки под сверло диаметром 2.8 мм. Используя втулки как направляющие рычаги, выполнено моделирование блокирующей пластинки в коронарной плоскости для ее более анатомичного прилегания к кости. По направляющим втулкам, под ЭОП контролем в проекции «вход в таз» сверлом 2.8 мм сформировали 2 канала для блокирующих винтов. С помощью измерителя определена необходимая длинна винтов. Защитные втулки удалены. Под контролем глаза выполнено блокирование штифта двумя блокируемыми винтами 3.5 мм длинной 14 и 12 мм с помощью отвертки с динамическим ограничением 1.5 Нм. ЭОП контроль. (Рис. 6)

Затем выполнена малоинвазивная фиксация боковой массы крестца канюлированным винтом справа. Послойное ушивание ран. Кровопотеря 50 мл. Назначен послеоперационный КТ контроль с целью определения положения имплантатов. (Рис.7)

Пациент активизирован на следующие сутки после оперативного лечения. (Рис.8)

Рис. 6. Интраоперационная флюороскопия, окончательный вид в проекции «выход из таза»

Рис. 7. Послеоперационная КТ. А - аксиальный срез, визуализирующий внутрикостное, экстраканальное расположение винта. Б – Коронарный срез, визуализирующий экстраартику-лярное расположение штифта.

Рис. 8. Активизация с помощью костылей в первые сутки после операции.

Ранний послеоперационный период без осложнений. Выписан на 12-е сутки после травмы, даны рекомендации.

Обсуждение

Несмотря на существование 3D-печати с 1980-х гг., широкое применение в медицине происходит только в последнее десятилетие. Использование аддитивных технологий признано надежным и точным методом диагностики и лечения сложных ортопедических случаев [24]. Технологии 3D-печати обеспечивают возможность для ортопедов и инженеров проводить независимую разработку инновационных медицинских изделий [25].

Представленный нами клинический случай демонстрирует возможность использования аддитивных технологий у паци- ентов с переломами лонных костей. Соответствие индивидуальным анатомическим особенностям значительно облегчает оперативное вмешательство при остеосинтезе переднего отдела тазового кольца. В настоящее время повсеместное использование аддитивных технологий затруднено ввиду сложности технологического процесса. Публикации, посвященные переломам костей таза, в основном касаются опыта применения полимерных моделей таза с целью предоперационного планирования и премоделирования пластин. Так, L. Cai с соавторами сообщают, что использование 3D-моделей с целью предоперационного планирования позволяет уменьшить лучевую нагрузку и длительность операции при малоинвазивном остеосинтезе нестабильных переломов костей таза. В то же время клинические результаты и качество репозиции в группе без использования 3D-моделей значительно не отличались [26]. Также отмечаются преимущества использования 3D-моделей с целью предоперационного планирования при погружном остеосинтезе через мини-доступы и при остеосинтезе застарелых переломов костей таза [27, 28]. Интересен опыт использования индивидуально изготовленных полимерных направителей, для единовременной фиксации как заднего, так и переднего тазового полуколец, позволяющий безопасно, быстро и с минимальной лучевой нагрузкой выполнять фиксацию нестабильных переломов костей таза.[29] Использование кастомизированных имплантатов из титановых сплавов, изготовленных по технологии DMLS или EBM (Electron Beam Melting), электронно-лучевой плавки, становится всё более популярным [30]. Изготавливаемые имплантаты должны быть биосовместимыми и подвергаться стерилизации [31]. Регулируемое текстурирование поверхности и зональное распределение жесткости у кастомизированных имплантатов позволяют достичь лучшей остеоинтеграции, избежать зон концентрации нагрузки и развития стресс-шилдинг синдрома [30].

Проанализировав публикации, связанные с 3D-печатью, C. Krettek и N. Bruns пришли к выводу, что степень доказательности публикаций низкая и присутствует множество методологических упущений. В то же время авторы отмечают важность данных работ, т.к. аддитивные технологии обладают огромным потенциалом [32]. В нашем исследовании представлен один клинический случай, и экстраполировать полученные результаты не представляется возможным. Однако мы убеждены в том, что аддитивные технологии дают беспрецедентные возможности для развития травматологии и ортопедии, что требует их активного внедрения.

Выводы: Аддитивные технологии облегчают процессы разработки новых имплантатов и их внедрение в клиническую практику. Предложенный стержень позволяет успешно стабилизировать костные отломки лонных костей. Использование аддитивных технологий при переломах костей таза имеет прикладное значение, что требует дальнейшего изучения.

Вклад авторов:

Солод Э.И. – разработка дизайна исследования, проведение оперативного вмешательства, интерпретация полученных данных, редактирование.

Лазарев А.Ф. – коррекция и окончательная редакция.

Петровский Р.А. – обзор публикаций по теме статьи, анализ полученных данных, написание текста рукописи, интерпретация полученных данных.

Абдулхабиров М.А. – коррекция и окончательная редакция.

Момбеков А.О. – коррекция и окончательная редакция.

Овчаренко А.В. – сбор и обработка материала.

Солод Э.И., Лазарев А.Ф., Абдулхабиров М.А., Петровский Р.А., Момбеков А.О., Овчаренко А.В., ФИКСАЦИЯ ПЕРЕЛОМА ЛОННОЙ КОСТИ ИМПЛАНТАТОМ, ИЗГОТОВЛЕННЫМ С ПОМОЩЬЮ 3D ПЕЧАТИ // Кафедра травматологии и ортопедии. 2020. №3. С. 39-45. [Solod E.I., Lazarev A.F., Magomed A.A., Petrovskiy R.A., Mombekov A.O., Ovcharenko A.V., Fixation of a pubic bone fracture with an implant made by 3D printing Department of Traumatology and Orthopedics . 2020. №3. pp. 39-45]

Финансирование: исследование не имело спонсорской поддержки

Funding: the study had no sponsorship