Разработка компьютерно-навигационной системы для лечения привычного вывиха плеча

В XXI веке компьютерные системы различных модификаций прочно заняли одно из ведущих мест в жизни каждого человека. И это касается уже не только промышленных, научных и исследовательских аспектов. Сегодня уже невозможно представить себе современную медицину без использования компьютерных технологий, так как они являются неотъемлемым рабочим инструментом в различных сферах медицинской деятельности. Внедрение компьютерных технологий в медицину обеспечило высокую точность и скорость проведения различных исследований и медицинских осмотров. Усовершенствование старых, испробованных и действенных методик лечения с помощью компьютерных технологий для достижения большей эффективности, точности и надежности – это своего рода переходный этап перед открытием и апробацией принципиально новых техник в травматологии и ортопедии, основанных уже непосредственно на инновационных технологиях будущего.

АКТУАЛЬНОСТЬ

Частота привычного вывиха плеча после первичного травматического вывиха варьирует от 16,3 до 60 %, составляя в среднем 22,4 % [2]. Такой высокий процент осложнений после первичного травматического вывиха плеча обусловлен анатомическими особенностями плечевого суста-

ва, высокими функциональными требованиями, предъявляемыми к данному суставу в процессе физической активности человека, и неправильным оказанием медицинской помощи при первичном травматическом вывихе.

Первичный травматический вывих плеча, в связи с анатомо-физиологическими особенностями плечевого сустава, отличается значительной тяжестью и полиморфностью повреждений структур, стабилизирующих сустав, таких как вращательная манжета плеча и хрящевая губа лопатки, что приводит к возникновению привычного вывиха плеча. В связи с этим, по данным литературы, у 15,6–35,4 % больных результаты лечения неудовлетворительны, а в 4,2–5,9 % случаев неудовлетворительные результаты приводят к инвалидности [12], [13].

В настоящее время единственным методом лечения привычного вывиха плеча признан хирургический, поскольку консервативное лечение этой патологии в 31,2 % случаев заканчивается рецидивом вывиха, а у молодых, физически активных пациентов этот процент повышается до 70–100 % [8]. Однако огромное количество хирургических методик и постоянное появление новых хирургических способов лечения свидетельствуют о неудовлетворенности результатами. По данным отечественных и зарубежных авторов, процент рецидивов после реконструктивно-восстановительных операций в связи с привычным вывихом плеча составляет от 2,8 до 30 % [1], [3], [4], [9], [11], [14], [15]. Наимень- шее количество рецидивов наблюдается после операций Банкарта – 6–13 % [10], [16], [17] и после операции открытого подвешивания плеча в оптимальных точках – 0–2 % [5]. Методика открытого подвешивания плеча в оптимальных точках предложена и разработана в Донецком государственном медицинском университете им. М. Горького. Она заключается в открытом подвешивании плечевой кости к акромиальному отростку лопатки в оптимальных точках. Точки располагаются на расстоянии 25 мм от переднего, 5 мм от наружного края акромиона и на 20 мм кзади от межбугорковой борозды по ходу анатомической шейки плечевой кости. Эти точки были определены в эксперименте из-за того, что при максимальных движениях в плечевом суставе они наименее отдаляются друг от друга. Поэтому при создании искусственной связки между ними длины этой связки будет недостаточно для повторных вывихов плеча; при прохождении одной точки строго под другой, что является минимальным расстоянием между ними, гофре связки также будет недостаточным для вывиха плеча (рис. 1).

Рис. 1. Проведение лавсановой ленты в каналах проксимального отдела плеча и акромиального отростка лопатки

Кроме того, искусственная связка не ограничивает движений в плечевом суставе и надежно фиксирует плечо относительно суставной впадины лопатки. Отдаленные результаты лечения показали полное отсутствие рецидивов привычного вывиха плеча. Однако данное оперативное вмешательство имело ряд существенных недостатков, таких как высокая травматичность, значительная продолжительность по времени и сложность в исполнении, что напрямую сказывается на сроках реабилитации и невозможности проведения этой операции у больных с соматическими патологиями, определяющими степень операционного риска. В связи с этим стоит отметить, что при выборе метода хирургического лечения необходимо учитывать не только число рецидивов вывиха, но и малоинвазивность самого метода и соматическое состояние больного, что, в свою очередь, влияет на сроки реабилитации после оперативного вмешательства. Для решения этих проблем и повышения качества и надежности хирургического лечения привычного вывиха плеча мы разработали методику закрытого под- вешивания плеча с применением компьютернонавигационной системы [6].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Нами разработан малоинвазивный метод подвешивания плечевой кости к акромиальному отростку лопатки в оптимальных точках. Отличительной чертой предложенной методики является закрытое проведение анкерного фиксатора через оптимальные точки при помощи компьютерно-навигационного оборудования. Анкер ввинчивается через акромиальный отросток лопатки в анатомическую шейку плечевой кости в оптимальных точках, а нити завязываются на специальной пуговице на акромиальном отростке лопатки [7]. Для проведения этого малоинвазивного оперативного вмешательства была создана компьютерно-навигационная система на базе принципов дополненной реальности (рис. 2).

Рис. 2. Компьютерно-навигационная система:

1 – механизированная шина, 2 – контроллер, 3 – двигатели, 4 – источник питания, 5 – камера, 6 – металлизированные маркеры, 7 – компьютер

Разработанный компьютерно-аппаратный комплекс состоит из механизированной шины, контроллера с программным обеспечением для связи с персональным компьютером, трех шнековых двигателей для позиционирования руки, камеры и маркеров для определения нужного положения плечевой кости относительно акромиального отростка лопатки, источника питания и компьютера для обработки изображения и генерирования сигнала отклонения от необходимого положения.

Навигационная система реализуется следующим образом. На этапе подготовки на руке пациента фиксируют металлизированные маркеры и делают компьютерную томографию поврежденного сустава. Полученные файлы

Разработка компьютерно-навигационной системы для лечения привычного вывиха плеча

срезов области плечевого сустава загружаются в компьютер, где по ним делается трехмерная реконструкция сустава и смежных костей. На трехмерной модели врачом отмечаются две оптимальные точки: на 25 мм от переднего, 5 мм от наружного края акромиона и на 20 мм кзади от межбугорковой борозды по ходу анатомической шейки плечевой кости, которые должны расположиться одна под другой. Рука пациента размещается в механизированной шине. Изображение с камеры обрабатывается программным обеспечением компьютера. Математический алгоритм по взаимному расположению маркеров генерирует координаты, в которых должны располагаться модели костей пациента, полученные на томографии. Программа также рассчитывает углы в трех плоскостях, на которые нужно отклонить руку пациента для того, чтобы необходимые врачу точки расположились одна под другой. Рассчитанные углы передаются с компьютера к контроллеру, который с помощью двигателей разме- щает руку пациента в положении, необходимом для проведения операции, точку и направление введения анкерного винта указывает лазерный луч. Под местной анестезией проводится анкерный винт, концы нитей завязываются на акромиальном отростке лопатки.

BЫBОДЫ

Благодаря разработанному компьютернонавигационному комплексу была получена возможность впервые провести подвешивание плечевой кости к акромиальному отростку лопатки в оптимальных точках закрыто. Данный способ лечения привычного вывиха плеча позволяет в значительной степени уменьшить продолжительность операции до нескольких минут, минимизировать объем операционной травмы, снизить операционные риски и сократить сроки реабилитации, а также надежно фиксировать плечо относительно суставной впадины лопатки.