Our experience in hip arthroplasty using a robotic system

Эндопротезирование тазобедренного сустава в течение многих лет является эффективной операцией при лечении пациентов с терминальной стадией коксар-троза [1]. Однако такие факторы, как особенности анатомии, хирургическая техника и дизайн имплантата, могут повлиять на результаты оперативного лечения в раннем и позднем послеоперационном периодах [2–4]. Одним из наиболее важных условием, влияющим на успех операции, является правильное позиционирование компонентов эндопротеза [5].

Неправильное позиционирование и выбор размеров имплантатов во время операции ведут к повышению риска послеоперационных осложнений, таких как: вывих эндопротеза, преждевременный износ вкладыша и асептическое расшатывание компонентов эндопротеза, а также к ограничению объёма движений в суставе и разной длине конечностей [6; 7].

Левиннек с соавт. в своей работе определили «безопасную зону» расположения вертлужного компонента, которая соответствует инклинации 40° ± 10° и ан-теверсии 15° ± 10° [8].

Однако в клинической практике часто встречаются отклонения от «безопасной зоны» примерно в 59–78% случаев при мануальном ТЭТБС [9; 10].

Такая частота отклонения стала причиной поиска различных методик позиционирования компонентов эндопротезов, разработки навигационных и роботизированных систем.

Навигационные системы предоставляют только анатомические данные конкретного пациента с рекомендациями по резекции кости и оптимальному расположению имплантата [11].

Роботизированная система использует компьютерное программное обеспечение для преобразования анатомической информации в виртуальную трехмерную (3D) модель таза конкретного пациента, которую оперирующий хирург использует для расчета и планирования оптимального расположения компонентов эндопротеза.

Интраоперационно роботизированная система помогает реализовать предоперационный план. Расширение и воздействие на вертлужную впадину контролируются тактильной границей [12].

Разные авторы в своих работах приходят к схожим выводам, что применение роботизированной системы при эндопротезировании тазобедренного сустава обеспечивает более высокую точность позиционирования вертлужного компонента, контроля длины ног и офсета бедра [13] и связано с уменьшением числа осложнений и улучшением качества жизни пациентов [14].

Целью данной работы было описание особенностей предоперационного планирования, интраоперационного применения роботизированной системы на клиническом примере.

Особенности операции с использованием роботизированной системы

Устройство системы

Использованная нами роботизированная система состоит из 3 модулей (Рис. 1): стойка камеры компьютерной навигации с экраном хирурга, роботического манипулятора с силовой установкой и стойки ассистента-оператора. Роботический манипулятор укрывается стерильным укрывным материалом, чтобы хирург мог взаимодействовать с ним во время операции.

Рис. 1. Устройство роботической системы: 1 — стойка камеры компьютерной навигации с экраном хирурга, 2 — роботический манипулятор с силовой установкой, 3 — стойка ассистента-оператора.

Рис. 2. Установка антенны навигационной системы в крыло подвздошной кости.

Камера позволяет системе идентифицировать расположение установленных на пациенте и манипуляторе антенн в пространстве.

Стойка ассистента используется для переключения между роботическими этапами операции, интраоперационной коррекции положения компонентов эндопротеза, а так же оценки планируемых, ожидаемых и полученных результатов.

Предоперационная подготовка

Пациенту выполняется компьютерная томография таза для построения цифровой трехмерной модели в программном обеспечении роботизированной системы. На виртуальной модели хирург выбирает оптимальный размер компонентов эндопротеза для восстановления длины оперируемой конечности и оффсета тазобедренного сустава.

Хирургический этап

Пациент располагается на операционном столе так же, как и при мануальной методике операции, с фиксацией таза двумя упорами, сгибанием контралатеральной нижней конечности в коленном суставе до 90°, в соответствии с предпочтениями хирурга.

Роботический манипулятор всегда располагается со стороны живота пациента. Перед обработкой операционного поля, в области нижнего полюса надколенника приклеивается электрод ЭКГ, для создания легко воспроизводимой референсной точки.

После обработки операционного поля устанавливается антенна в крыло подвздошной кости, которая позволяет точно позиционировать пациента в программном обеспечении роботической системы (Рис. 2).

После выполнения доступа устанавливается два контрольных указателя (check-point) до выполнения вывиха бедренной кости. Первый контрольный указатель устанавливается на крыше вертлужной впадины в положении 12 часов условного циферблата и необходим для подтверждения точности регистрации перед риммированием вертлужной впадины и импакцией чаши эндопротеза. Второй контрольный указатель устанавливается в области большого вертела бедренной кости и используется для оценки относительной длины конечности и офсета во время примерки компонентов и после окончательной установки имплантатов.

Выполняется хирургический доступ, регистрация исходных данных оперируемой конечности. Для этого датчик располагается поочередно в контрольном указателе в области большого вертела и стационарной метки в области надколенника (в нашем случае — заранее прикрепленного ЭКГ-электрода). Таким образом, система «видит» исходное положение бедренной кости в пространстве.

Выполняется «классический» опил шейки бедренной кости, головка удаляется из операционной раны. Затем удаляются мягкие ткани в области вертлужной впадины.

Рис. 3. Регистрация вертлужной впадины.

При помощи остроконечного датчика выполняется регистрации вертлужной впадины для точного совмещения её позиции в пространстве с КТ-картиной. Хирург прокалывает хрящ до субхондральной кости (Рис. 3).

После успешной регистрации вертлужной впадины её можно риммировать, используя циркулярную фрезу того же размера, что и запланированный вертлужный компонент. При значительном смещении центра ротации чашки от нативного, рекомендовано использование разверток двух размеров: меньшего — для первичной подготовки кости, окончательного — для придания вертлужной впадине формы гемисферы. Учитывая анатомические особенности пациента, интраоперационная корректировка размера чашки также допустима. При обработке вертлужной впадины роботическая система взаимодействует с хирургом с использованием тактильных, звуковых и визуальных сигналов.

Рис. 4. Обработка вертлужной впадины при помощи роботической системы.

Рис. 5. Позиционирование вертлужного компоненты роботической системой.

На экране хирург контролирует объем резекции кости и углы направления развертки в плоскостях. Тактильно хирург ощущает «сопротивление» при попытке выйти за пределы области резекции, что предотвращает избыточный объем резекции кости (Рис. 4).

Вертлужный компонент фиксируется к роботическому манипулятору и заводится в рану. Роботическая система блокирует импактор в положении анте-версии и инклинации компонента, заданного при предоперационном планировании. При импакции чаши эндопротеза система позволяет хирургу контролировать глубину введения в мм (Рис. 5).

Подготовка бедренной кости производится аналогично мануальной методике.

При примерке и окончательной имплантации с использованием роботизированной системы хирург, регистрируя точки в области надколенника и большого вертела, может оценить изменение офсета и длины оперируемой конечности в сравнении с контралатеральной стороной и исходными данными до операции.

Пациент Е., 43 года. Госпитализирован в отделение травматологии и ортопедии ФГБУ НМХЦ им. Н.И. Пирогова с диагнозом: правосторонний коксартроз 4 ст, асептический некроз головки правой бедренной кости.

Пациенту выполнено КТ-исследование. При помощи программного обеспечения роботизированной системы создана трехмерная модель костных структур таза с тазобедренными суставами. Проведена антропометрическая оценка: укорочение оперируемой конечности составило 8 мм, уменьшение комбинированного офсета правой бедренной кости — 2 мм по сравнению с противоположной стороной (Рис. 6).

Хирургом осуществлено позиционирование виртуальных моделей компонентов эндопротеза на плане. Размер и ориентация вертлужного компонента были основаны на форме исходной вертлужной впадины пациента (Рис. 7). Точное расположение компонентов может быть достигнуто при использовании КТ срезов.

Размер бедренного компонента определен исходя из ширины интрамеду-лярного канала бедренной кости.

Расширенная регулировка может быть произведена путем выбора правильного размера головки и\или использования латерализованной ножки.

На рисунке №8 изображен плиниру-емый результат операции: разность длин конечностей 0 мм, увеличение офсета на стороне операции на 2 мм.

Мы использовали экспресс-режим при эндопротезировании тазобедренного сустава. Его отличием от расширенного режима является отсутствие регистрации бедренной кости и, соответственно, невозможность коррекции версии шейки бедренного компонента и контроля комбинированной версии.

Оперативное лечение проведено в соответствии с планом, в результате операции достигнут ожидаемый результат. При оценке с использованием роботизированной системы длина оперируемой конечности была на 1 мм короче в сравнении с контралатеральной конечностью, офсет на стороне операции увеличился на 3 мм (Рис. 9).

В послеоперационном периоде проводились лечебные, реабилитационные мероприятия, направленные на раннюю активацию пациента, заживление раны.

Рис. 6. Трехмерная модель костных структур таза с тазобедренными суставами. Определение разницы длины конечности и офсета.

Рис. 7. Планирование расположения вертлужного компонента. Показано смещение между центром ротации вертлужного компонента (зеленый цвет) и исходным центром ротации вертлужной впадиной (фиолетовый цвет).

Рис. 8. Планируемый результат операции.

Рис. 9. Полученный послеоперационный результат.

Рис. 10. Контрольная рентгенограмма после операции.

После операции выполнена рентгенограмма таза. При сравнении контрольной рентгенограммы с моделированной рентгенограммой предоперационного планирования из роботизированнной системы наблюдается высокое сходство. Угол ин-клинации вертлужного компонента на плане составляет 40°, на контрольной рентгенограмме 40° (Рис. 10).

Дальнейшее наблюдение за пациентами продолжается.

Заключение

Использование роботизированной системы при тотальном эндопротезировании тазобедренного сустава призвано повысить точность позиционирования компонентов эндопротеза, улучшить результаты оперативного лечения, снизить количество осложений и ревизионных вмешательств.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов (The authors declare no conflict of interest).