Определение конгруэнтности стандартного полусферического вертлужного компонента и посттравматически деформированной вертлужной впадины при первичном эндопротезировании тазобедренного сустава (экспериментальное исследование)

Переломы вертлужной впадины — тяжелые внутрисуставные повреждения, обычно возникают у молодых пациентов после высокоэнергетических травм и у пожилых людей с низкоэнергетической травмой при наличии остеопороза [1]. Оперативное лечение с открытой репозицией и внутренней фиксацией рекомендовано при переломах вертлужной впадины со смещением, так как позволяет увеличить конгруэнтность суставных поверхностей, что обеспечивает возможность восстановления функции сустава и снижает вероятность осложнений в долгосрочной перспективе [2]. Однако со временем в большинстве случаев развивается посттравматический коксартроз III ст. и асептический некроз головки бедренной кости [3]. Относительно низкая выживаемость и более частые осложнения отмечены многими авторами после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава при посттравматических деформациях вертлужной впадины. Z. Morison и др. [4] сообщили, что 10-летняя выживаемость эндопротезов у пациентов, перенесших тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава в условиях посттравматических деформаций вертлужной впадины, была ниже по сравнению с пациентами, оперированными по поводу других причин. P. von Rot и др. [5] также отмечают более низкую выживаемость эндопротезов у больных с последствиями переломов вертлужной впадины. Аналогичные публикации как в отечественной, так и в зарубежной литературе однозначно указывают на сохраняющуюся тенденцию — выживаемость эндопротезов у пациентов с посттравматическими деформациями ниже в сравнении с другими патологическими состояниями, обусловливающими необходимость выполнения артропластики. Помимо этого, информация о факторах, влияющих на результаты эндопротезирования у пациентов с посттравматическими коксартрозами и наличием деформаций стенок вертлужной впадины, практически отсутствует [6]. Одним из основных факторов может служить отсутствие общепризнанной системы оценки посттравматических деформаций стенок вертлужной впадины и основанного на ней алгоритма выбора хирургической тактики при первичном эндопротезировании. В настоящее время в мировой литературе используются различные классификации для описания костных дефектов таза, каждая из которых имеет свои особенности и специфическое назначение [7].

Цель использования классификации состоит в том, чтобы она позволяла точно описать локализацию и степень смещения опорных структур до вмешательства для обеспечения адекватного выбора лечения и планирования операции. Еще одна важная роль этих классификаций заключается в единообразном универсальном описании каждого конкретного случая с целью создания масштабной базы данных для изучения структуры деформации, анализа результатов операций и разработки клинических рекомендаций [8].

В настоящее время в мировой литературе для описания повреждений вертлужной впадины наиболее часто используются следующие классификации: AO/ASIF [9] и J.W. Young & A.R. Burgess [10] для острой травмы таза, W.G. Paprosky [11], DGOT [12] и AAOS [13] при ревизи- онном эндопротезировании. По мнению специалистов, системы классификации костных дефектов вертлужной впадины, используемые в настоящее время, не позволяют достаточно точно описать имеющиеся деформации, поэтому их использование в таких случаях является некорректным [14]. Все классификации в преимущественном большинстве случаев основаны на анализе предоперационных рентгенограмм, дополненных интраоперационными данными. В дополнение также выполняется компьютерная томография, на основе которой возможно создание 3D-визуализации, которая генерируется в программном обеспечении КТ-сканера. Текущее использование вышеупомянутых методов визуализации может быть проблематичным. Рентгенограммы представляют двухмерное изображение, и по ним нельзя установить точную локализацию и объем дефекта; в то время как вышеупомянутая 3D-КТ-визуализация при наличии металлоконструкций в исследуемой области имеет большое количество наводок и не дает четкого представления о состоянии костной основы. Следует отметить, что выбор хирургической тактики, имплантатов и дополнительных интраоперационных опций, по своей сути, ограничен стандартными конструкциями и наборами инструментов, поскольку изготовление индивидуальных вертлужных компонентов требует специального оборудования, программного обеспечения и может быть выполнено только в крупных федеральных центрах. Таким образом, точная предоперационная классификация посттравматических деформаций стенок вертлужной впадины позволит хирургу сделать оптимальный выбор из имеющегося списка имплантатов, а при их отсутствии – перевести пациента в учреждение более высокого уровня.

В настоящее время в НМИЦ ТО им. Р.Р. Вредена разработана оригинальная классификация ASPID [15] для использования при первичном эндопротезировании тазобедренного сустава при наличии посттравматических деформаций вертлужной впадины. Она позволяет описывать локализацию и степень смещения стенок вертлужной впадины, а цифро-буквенный код позволяет собирать и систематизировать полученные данные для дальнейшего анализа.

Известно, что одним из важнейших факторов стабильной фиксации вертлужного компонента является площадь его недопокрытия. Ю.Г. Коноплев с соавт. [16] в своем исследовании отмечает, что критическая величина недопокрытия вертлужного компонента составляет около 30 % площади поверхности, что соответствует данным других авторов [17], и что минимально необходимое покрытие чашки должно составлять не менее 70 % площади ее поверхности [18]. В данной статье мы попытались проанализировать, насколько влияет степень смещения и локализация деформаций вертлужной впадины, согласно оригинальной классификации ASPID, на площадь покрытия вертлужного компонента.

Цель исследования : определение конгруэнтности стандартного полусферического вертлужного компонента и посттравматически деформированной вертлужной впадины в эксперименте.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для экспериментального исследования явились данные компьютерной томографии 92 пациентов, которые поступали для проведения планового оперативного лечения в объёме первичного эндопротезирования в клинику НМИЦ ТО им. Р.Р. Вредена в период с 06.11.2013 по 06.06.2017 по поводу посттравматического коксартроза III стадии. В группе 31 женщина (34 %) и 61 мужчина (66 %). Средний возраст пациентов на момент проведения первичного эндопротезирования составил 48 лет и 7 месяцев (± 3 года и 6 месяцев). В анамнезе у всех пациентов отмечен перелом вертлужной впадины, в 15 случаях (16,3 %) после травмы выполняли операции – открытые репозиции и металлоостеосинтез переломов пластинами и винтами.

Для проведения исследования пациенты были отобраны по двум критериям включения, а именно, наличие перелома вертлужной впадины в анамнезе и КТ до проведения операции первичного эндопротезирования тазобедренного сустава.

В каждом случае проводили изучение компьютерных томограмм с целью определения формулы деформации вертлужной впадины по оригинальной классификации посттравматических деформаций вертлужной впадины «ASPID» [15].

Для определения формулы деформации при измерении степени смещения в процессе постобработки аксиальных срезов, полученных после выполнения КТ, выполняли мультипланарные реконструкции изображений в трех взаимоперпендикулярных плоскостях с дополнительным контролем исходного положения таза в пространстве с применением 3D-реконструкций. Измерение смещения отломков (стенок) проводили между двумя параллельными плоскостями (линиями), проходящими по касательной к наиболее удаленным точкам дефектов, образующихся в результате смещения отломков.

Используя возможности компьютерного моделирования, были сформированы 3D-модели 92 посттравматически изменённых вертлужных впадин с последующим моделированием имплантации стандартной полусферы соответствующего размера, с соблюдением допустимых значений пространственной ориентации вертлужного компонента эндопротеза тазобедренного сустава [19]. После моделирования имплантации стандартной полусферы при помощи специальных программных инструментов определяли конгруэнтность деформированной вертлужной впадины и стандартной полусферы соответствующего размера, тем самым изучали площадь контакта изменённой ацетабулярной костной основы и стандартного вертлужного компонента «press-fit» фиксации в процентах. Полученные данные заносили в сформированную таблицу, включающую Ф.И.О. пациентов, возраст, формулу деформации вертлужной впадины, степень смещения каждой стенки (от 0 до 2, при отсутствии деформации стенки ячейка не заполнялась), наличие и локализацию металлоконструкций, величину конгруэнтности в процентах и ряд других параметров для последующего анализа отдалённых результатов эндопротезирования.

Для формирования моделей вертлужной впадины и моделирования имплантации вертлужного компонента эндопротеза использовали программы Materialise Mimics Research v21.0 и Materialise 3-matic Research v. 13.0. Пример выполнения работы на основе компьютерной томограммы одного пациента представлен на рисунках 1 и 2.

Рис. 1. 3D-модель таза с имплантированным вертлужным компонентом

Рис. 2. Определение площади контакта стандартного вертлужного компонента и вертлужной впадины (отмечено зеленым цветом)

После определения формулы деформации по каждому случаю и величины конгруэнтности проводили сопоставление полученных табличных данных для выявления взаимосвязей между конгруэнтностью, смещением костных структур и степенью смещения последних.

В рамках эксперимента проведена статистическая обработка полученных данных [20, 21]. Представленные данные были перекодированы таким образом, чтобы можно было применить аддитивные статисти- ческие модели. В столбцах A, S, P, I, D значения степеней 0, 1, 2 были увеличены на единицу, пробелы заменены нулями. Таким образом, степени смещения были закодированы: 1 – менее 5 мм, 2 – 6-15 мм, 3 – более 15 мм. Учитывали высокую значимость стабильности таза в столбце D: 0 — отсутствие нарушения целостности таза, 2 – присутствие нарушения целостности таза. С процентом конгруэнтности сравнивали сумму показателей A+S+P+I+D. Для анализа был применён ранговый критерий Манна-Уитни (U-критерий, критерий Вилкоксона-Манна-Уитни), который позволяет проверить гипотезу о различии двух выборок.

Пациенты были упорядочены по возрастанию показателя «процент конгруэнтности», и каждому был присвоен порядковый номер («ранг»). Затем пациенты были разделены на две группы — с конгруэнтностью меньше 70 % (62 случая) и конгруэнтностью, равной или больше 70 % (30 случаев). Были подсчитаны суммы рангов в каждой группе R₁ , R₂ и U -статистики U₁ и U₂ по формулам:

IJ _ „ . „ I nl(nl + l)n

,,               , и2(п2 + 1)„

U2 = пг ■ n2 + где n1 и n2 — количество пациентов в группах.

Таблица 1

Расчет статистики Манна-Уитни для групп с конгруэнтностью больше и меньше 70 %

Условие разделения пациентов на группы по конгруэнтности	Количество пациентов n 1 , n 2	Сумма рангов R 1 , R 2	Статистики U 1 , U 2
< 70	62	3164	649
> 70	30	1114	1211

В качестве U -статистики Манна-Уитни выбиралось наименьшее из двух полученных чисел U_e = min( U₁ , U₂ ). При получении значения статистики Манна-Уитни Ue меньше табличного нулевая гипотеза об отсутствии различий между двумя выборками отвергалась, и принималась альтернативная гипотеза, то есть различие между двумя выборками считалось статистически значимым.

В таблицах пороговых (критериальных) значений Манна-Уитни не приводятся значения для n, больших 60. Рекомендуется рассчитывать эти значения с учетом того, что при n1, n2 > 20 критерий подчиняется нормальному распределению с математическим ожиданием M(U) и дисперсией D(U):

Алгоритм вычисления порогового значения критерия Манна-Уитни следующий.

Выбираем уровень достоверности 0,05 или 0,01. По таблицам нормального распределения вычисляем значение функции нормального распределения для выбранного уровня достоверности, среднего, равного нулю, и стандартного отклонения, равного единице.

Поскольку для стандартизированного нормального распределения

пороговые значения U вычисляем по формуле:

Знак минуса и модуль ставятся в формуле потому, что в некоторых таблицах значения приведены как положительные, а в некоторых, в том числе в EXCEL, – как отрицательные.

Таблица 2

Расчет пороговых значений для критерия Манна-Уитни при объемах выборки > 60

Уровень достоверности	Функция нормального распределения	Пороговые значения для n 1 = 62, n 2 = 30
0,05	1,6448	732
0,01	2,3263	650

Таким образом, полученное значение статистики Манна-Уитни U_e , = 649 меньше табличного значения не только для уровня достоверности 0,05, но даже для уровня достоверности 0,01. Следовательно, различие в суммах показателей A, S, P, I, D для групп пациентов с конгруэнтностью меньше 70 % и больше 70 % является статистически значимым с высоким уровнем достоверности.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Конгруэнтность или площадь контакта костной основы травматически деформированной вертлужной впадины и стандартной полусферы, позиционированной в соответствии с допустимыми безопасными углами инклинации и горизонтального отклонения, измерены во всех 92 случаях. Среднее значение конгруэнтности в группе составило 59,5 ± 16,9 % (от 18 до 90,4 %).

Все 92 случая по конгруэнтности были разделены на три группы: I группа 18–30,1 %, II группа 30,3– 60,0 % и III группа 62–90,4 %. Данное разделение проведено на основе результатов исследований, в которых отмечена принципиально значимая площадь недопо-крытия вертлужного компонента 30 % [16].

В I группе выявлено всего три случая, в двух из которых определялось нарушение целостности тазового кольца (табл. 3). В представленной таблице, в соответ- ствии с классификацией ASPID, указаны три степени смещения костного фрагмента: 0 степень – 0–5 мм, 1 степень – 6–15 мм, 2 степень – более 15 мм (смещение или отсутствие костного фрагмента).

Таблица 3

Структура смещения стенок вертлужной впадины в

1 группе, где в эксперименте конгруэнтность составила 18–30,1 %

Степени смещения	Стенки вертлужной впадины
	A	S	P	I
0				1
1	1	1	1
2		2	1	1

В I группе выявлено 3 случая: AS2PI0D1, AS2P1I2D1 и A1S1P2ID. Из представленных формул очевидно, что превалировали 2 степени смещения верхней стенки, и в двух случаях диагностировано нарушение целостности тазового кольца. Средняя площадь контакта в I группе составила 24,4 ± 16,0 %.

Во II группе выявлено 45 случаев, в двух из которых определялось нарушение целостности тазового кольца. В семи случаях эндопротезированию предшествовали открытые репозиции и металлоостеосинтез переломов пластинами и винтами. Как представлено в таблице 4, в данной группе превалировала 1 степень (6–15 мм) смещения передней, верхней и задней стенок.

Таблица 4

Структура смещения стенок вертлужной впадины во II группе, где в эксперименте конгруэнтность составила 30,3–60,0 %

Степени смещения	Стенки вертлужной впадины
	A	S	P	I
0	6	6	5	6
1	11	25	14	5
2	1	8	7	3

В 22 случаях (49 %) площадь контакта вертлужной впадины с полусферой (конгруэнтность) составила от 50 до 60 % (в среднем 55 %). Средняя площадь контакта во II группе составила 47,5 ± 16,5 %.

В III группе выявлено 44 случая, в трёх случаях определялось нарушение целостности тазового кольца. В восьми случаях эндопротезированию предшествовали открытые репозиции и металлоостеосинтез переломов пластинами и винтами. Как представлено в таблице 5, в III группе превалировали смещения верхней стенки 0 и 2 степени, задней стенки – 1 степени. Средняя площадь контакта в группе составила 73,96 ± 16,84 %.

Таблица 5

Структура смещения стенок вертлужной впадины в III группе, где в эксперименте конгруэнтность составила 60,1–90,4 %

Степени смещения	Стенки вертлужной впадины
	A	S	P	I
0	5	15	6	7
1	6	16	12	8
2	3	1	5	4

После проведенной статистической обработки данных с высокой достоверностью выявлено, что при сумме показателей больше четырёх конгруэнтность полусферического вертлужного компонента и посттравматически деформированной вертлужной впадины составляет менее 70 %.

ОБСУЖДЕНИЕ

Установка вертлужного компонента при первичном и ревизионном эндопротезировании тазобедренного сустава в условиях различного рода дефицита костной массы и при посттравматических деформациях вертлужной впадины является достаточно сложным этапом операции. Мировой опыт, основанный на многочисленных долгосрочных исследованиях, определил алгоритмы выбора хирургической тактики на основе классификаций ретроацетабулярного остеолиза при ревизионных вмешательствах, а современные методы визуализации обеспечивают достаточно точную оценку состояния костной основы для установки компонентов эндопротеза. В настоящее время существующие классификации ретроацетабулярного остеолиза помимо помощи хирургу в выборе хирургической тактики обеспечивают систематизированный сбор первичных данных, что в дальнейшем позволяет анализировать структуру патологии и результаты хирургических вмешательств, что, в свою очередь, ведёт к совершенствованию методик эндопротезирования и повышает выживаемость искусственных суставов. Однако, несмотря на современные разработки, в настоящее время нет единой системы оценки состояния вертлужной впадины при последствиях переломов, вследствие чего данные по результатам эндопротезирования у пациентов с посттравматическими коксартро-зами разрознены и не поддаются какому-либо обобщению. Публикации по результатам эндопротезирования у профильных больных разрознены с малоинформативными характеристиками клинического материала.

Разработанная в НМИЦ ТО им. Р.Р. Вредена оригинальная классификация посттравматических деформаций вертлужной впадины основана на трёх критериях (локализация деформации, степень смещения и состояние тазового кольца), обеспечивает достаточно точное описание каждого случая посредством формирования цифро-буквенной формулы (цифро-буквенный код), которая при заполнении больших рядов данных может обеспечить проведение анализа данных и определение структуры данной патологии. Проведённый эксперимент и анализ полученных данных с высокой достоверностью, несмотря на относительно малый ряд данных, позволили выявить несколько закономерностей в отношении конгруэнтности стандартного полусферического вертлужного компонента и посттравматически изменённой вертлужной впадины. Продолжение исследования и сбор большего количества данных посредством статистической обработки позволят провести более глобальный анализ и выявить большее количество закономерностей, что, в целом, приблизит хирургов к пониманию структуры посттравматических деформаций вертлужной впадины и, соответственно, позволит усовершенствовать хирургические подходы при первичном эндопротезировании тазобедренного сустава у профильных пациентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учитывая полученное значение средней площади контакта стандартного полусферического компонента «press-fit» фиксации и посттравматически деформированной вертлужной впадины 59,5 %, что менее 70 %, при установке тазового компонента пациентам целе- вой группы для надёжной первичной механической фиксации рекомендовано применение винтов, а при наличии кавитарных дефектов костной основы – замещение их аутокостной крошкой, что потенциально повышает конгруэнтность на границе кость-имплантат.

При сумме показателей A, S, P, I и D более четырёх на основе классификации посттравматических деформаций вертлужной впадины ASPID конгруэнтность стандартного полусферического вертлужного компонента «press-fit» фиксации и травмати- чески изменённой вертлужной впадины составляет менее 70 %, при этом, если присутствует нарушение целостности тазового кольца, то прибавляется не одна, а две единицы (D без индекса — ноль, D1 — два балла).