Результат интеллектуальной деятельности: Способ корригирующей остеотомии бедренной кости

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии – ортопедии, и может быть использовано для выполнения корригирующих остеотомии бедра при лечении патологии тазобедренного сустава.

Известен способ корригирующей остеотомии бедренной кости, заключающийся в том, что планирование предстоящего оперативного лечения проводят по рентгенограмме, выполняют расчет положения линий корригирующей остеотомии проксимального отдела бедренной кости (А.Г. Баиндурашвили, А.И Краснов, А.Н. Дейнеко. «Хирургическое лечение детей с дисплазией тазобедренного сустава». СПб.: СпецЛит, 2011. - 103 с.: ил. С. 54-57), включающий получение рентгенограммы бедренной кости, измерения угла между осью шейки и наружным контуром диафиза - b. Вычисляют треугольный участок, соответствующий иссекаемому клину. Аналогичным путем определяют положение линий остеотомии при выполнении различных реконструктивных операциях на костях. Иссекаемым клином на рентгенограмме является треугольный участок - edf. Угол edf равен углу с; с - степень коррекции; а - требуемый шеечно-диафизарный угол. Сумма углов с и а - исходный шеечно-диафизарный угол; de - линия остеотомии. При выполнении остеотомии и иссечении клина сначала производят остеотомию бедра - ed, затем отмеряют расстояние ef и осуществляют иссечение edf. Изображено в Приложении 1.

Недостатками аналога являются:

- создание модели резецируемого костного клина производят схематично на одноплоскостной рентгенограмме. При совмещении одноплоскостной модели и трехмерной кости неизменно возникают погрешности, приводящие к искажению заданных параметров, что отрицательно сказывается на результатах лечения;

- данный способ позволяет скоррегировать только шеечно-диафизарный угол. Создать шаблон для коррекции угла антеверзии шейки бедренной кости при помощи рентгенограммы, выполненной в передне-задней проекции, физически невозможно, т.к. угол антеверзии шейки бедренной кости находится в плоскости, перпендикулярной плоскости рентгенограммы, выполненной в передне-задней проекции. Интраоперационно угол антеверзии выставляется «на глаз».

В качестве прототипа по наиболее близкой технической сущности нами выбран способ корригирующей остеотомии бедренной кости (http://ortho.materialise.com/femur-tibia), заключающийся в том, что выполняют компьютерную томографию, затем в 3D программе конвертируют аксиальные и сагиттальные срезы томограммы из формата dicom в формат stl и создают трехмерную модель бедренной кости пациента. Моделируют корригирующую остеотомию, меняющую форму диафиза бедренной кости, рассчитывают размер и угол иссекаемого костного клина нижней трети диафиза бедренной кости. Накладывают пластину с отверстиями и устанавливают винты, затем моделируют 3D шаблон, по форме бедренной кости делают слепок, на полученном 3D шаблоне совмещают отверстия пластины для остеосинтеза. Добавляют дополнительные отверстия для фиксации шаблона, переносят линию остеотомии на шаблон, моделируют направляющее отверстие для осциллирующей пилы. Модель отправляют на 3D печать, после шаблон стерилизуют. Выполняют корригирующую остеотомию бедренной кости по шаблону, затем шаблон удаляют и выполняют остеосинтез.

По мнению авторов заявляемого способа, недостатком прототипа является то, что способ не позволяет выполнить корригирующую остеотомию бедренной кости в межвертельной области, так как данный способ не предусматривает коррекцию соотношения между осью диафиза и осью шейки бедренной кости во фронтальной плоскости (шеечно-диафизарный угол) и в горизонтальной плоскости (угол антеверзии).

Задачей изобретения является разработка способа корригирующей остеотомии бедренной кости в межвертельной области, то есть коррекция шеечно-диафизарного угла и угла антеверзии, с применением 3D моделирования.

Технический результат изобретения достигается тем, что способ корригирующей остеотомии бедренной кости заключается в том, что выполняют компьютерную томографию (КТ) бедренной кости пациента, затем в 3D программе конвертируют аксиальные и сагиттальные срезы КТ из формата dicom в формат stl и создают трехмерную модель бедренной кости пациента, после чего в 3D программе рассчитывают угол антеверзии, определяемый пересечением проведенных линий оси шейки бедренной кости и тангенциальной мыщелков бедренной кости в горизонтальной плоскости. Рассчитывают также шеечно-диафизарный угол, определяемый пересечением проведенных линий оси диафиза и оси шейки бедренной кости во фронтальной плоскости. Затем для выполнения корригирующей остеотомии бедренной кости в межвертельной области в 3D программе проводят линию остеотомии между проксимальным и дистальным отделами бедренной кости. После чего во фронтальной плоскости перемещают проксимальный отдел бедренной кости до нормализации шеечно-диафизарного угла. Образовавшуюся зону пересечения дистального и проксимального отделов бедренной кости, соответствующую форме резецируемого костного клина, в режиме poligons, используя компьютерную команду split, выделяют и удаляют. Затем сопоставляют дистальный и проксимальный отделы бедренной кости, после этого в горизонтальной плоскости выполняют поворот дистального отдела бедренной кости до нормализации угла антеверзии, образованного пересечением линии оси шейки и тангенциальной линией мыщелков бедренной кости. После этого на дистальный и проксимальный отделы бедренной кости наносят детерсионные линейные метки. Затем фрагменты бедренной кости с привязанными детерсионными метками, включая резицированный клин, возвращают в исходное положение. После 3D моделирования корригирующей остеотомии бедренной кости моделируют 3D шаблон, для этого на дистальном и проксимальном отделах бедренной кости, используя компьютерную команду split в режиме poligons, выделяют и копируют границы костного клина с передней и латеральной сторон бедренной кости, затем сглаживают края шаблона и придают стенкам толщину. Методом вычитания переносят детерсионные метки на 3D шаблон. Затем при помощи 3D печати изготавливают шаблон. В ходе хирургического вмешательства после поднадкостничного выделения бедренной кости на межвертельную область надевают шаблон, по которому на бедренную кость наносят линии остеотомии и детерсионные метки. Затем выполняют корригирующую остеотомию бедренной кости, фрагменты бедра сопоставляют, при этом для коррекции угла антеверзии дистальный отдел бедренной кости ротируют относительно оси диафиза до сопоставления детерсионных меток.

Способ осуществляется следующим образом.

Выполняют КТ бедренной кости пациента, затем в 3D программе (Materialise Mimics) конвертируют аксиальные и сагиттальные срезы КТ из формата dicom в формат stl и создают трехмерную модель (Фиг. 1)

На Фиг. 1-15 изображены этапы проведения корригирующей остеотомии бедренной кости по заявляемому способу, где:

1 - ось шейки бедренной кости;

2 - тангенциальная линия мыщелков бедренной кости;

3 - ось диафиза бедренной кости;

4 - линия остеотомии;

5 - проксимальный отдел бедренной кости;

6 - дистальный отдел бедренной кости;

7 - шеечно-диафизарный угол;

8 - резецируемый костный клин;

9 - проксимальная детерсионная метка в 3D;

10 - дистальная детерсионная метка в 3D;

11 - 3D шаблон;

12 - шаблон, напечатанный на 3D принтере;

13 - линия остеотомии, выделение костного клина;

14 - проксимальная детерсионная метка;

15 - дистальная детерсионная метка.

В 3D программе (Cinema 4D), используя одновременно различные проекции, perspective, right, left, top, front и варьируя прозрачность изображения от 0 до 100%, рассчитывают угол антеверзии, определяемый пересечением проведенных линий оси шейки бедренной кости (1) и тангенциальной мыщелков бедренной кости (2) в горизонтальной плоскости (Фиг. 2). В 3D программе в режиме points под контролем различных проекций perspective, right, left, top, front рассчитывают щеечно-диафизарный угол, определяемый пересечением проведенных линий оси диафиза бедренной кости (3) и оси шейки бедренной кости (1) во фронтальной плоскости (Фиг. 3). Для выполнения корригирующей остеотомии бедренной кости в межвертельной области в 3D программе проводят линию остеотомии (4) между проксимальным (5) и дистальным (6) отделами бедренной кости (Фиг. 4). Во фронтальной плоскости перемещают проксимальный отдел бедренной кости (4) до нормализации шеечно-диафизарного угла (7) (Фиг. 5). В режиме poligons выявляют зону пересечения дистального (6) и проксимального (5) отделов бедренной кости, соответствующую форме резецируемого костного клина (8), которую, используя компьютерную команду split, выделяют и удаляют (Фиг. 6). Сопоставляют дистальный (6) и проксимальный (5) отделы бедренной кости (Фиг. 7). В горизонтальной плоскости выполняют поворот дистального отдела бедренной кости до нормализации угла антеверзии, образованного пересечением линии оси шейки(1) и тангенциальной линией мыщелков бедренной кости (2) (Фиг. 8). После этого на дистальный (6) и проксимальный (5) отделы бедренной кости наносят детерсионные линейные метки (9 и 10) (Фиг. 9). Затем фрагменты бедренной кости с привязанными детерсионными метками (9 и 10), включая резицируемый костный клин (8), возвращают в исходное положение (Фиг. 10). После 3D моделирования корригирующей остеотомии бедренной кости моделируют 3D шаблон (11). Для этого на дистальном и проксимальном отделах бедренной кости, используя компьютерную команду split в режиме poligons, выделяют и копируют границы резицируемого костного клина (8) с передней и латеральной сторон бедренной кости (Фиг. 11). Сглаживают края 3D шаблона (11) и придают его стенкам толщину. Методом вычитания переносят детерсионные метки (9 и 10) на 3D шаблон (11) (Фиг. 12). При помощи 3D печати изготавливают шаблон (12) из фотополимерного материала (Фиг. 13).

В ходе хирургического вмешательства, после поднадкостничного выделения бедренной кости, на межвертельную область надевают шаблон (12), по которому на бедренную кость электрокоагулятором наносят линии остеотомии (13) и детерсионные метки (14, 15). (Фиг. 14). Выполняют корригирующую остеотомию бедренной кости (Фиг. 15). Фрагменты бедра сопоставляют, при этом для коррекции угла антеверзии дистальный отдел бедренной кости ротируют относительно оси диафиза до сопоставления детерсионных меток.

Существенные отличительные признаки заявляемого способа и причинно-следственная связь между ними и достигаемым результатом:

- В 3D программе рассчитывают угол антеверзии, определяемый пересечением проведенных линий оси шейки бедренной кости и тангенциальной мыщелков бедренной кости в горизонтальной плоскости и щеечно-диафизарный угол, определяемый пересечением проведенных линий оси диафиза и оси шейки бедренной кости во фронтальной плоскости.

Проведенные в 3D программе линии под контролем различных проекций обеспечивают точность расчета углов. Угловые параметры служат ориентиром при 3D моделировании корригирующей остеотомии бедренной кости в межвертельной области.

- В 3D программе выполняют корригирующую остеотомию бедренной кости в межвертельной области. После этого во фронтальной плоскости перемещают проксимальный отдел бедренной кости до нормализации шеечно-диафизарного угла. В режиме poligons, используя компьютерную команду split, выделяют и удаляют образовавшуюся зону пересечения дистального и проксимального отделов бедренной кости, соответствующую форме резецируемого костного клина.

Данная методика исключает возможность возникновения погрешности при определении истинной формы и размеров резецируемого костного клина.

- Затем сопоставляют дистальный и проксимальный отделы бедренной кости. После этого в горизонтальной плоскости выполняют поворот дистального отдела бедренной кости до нормализации угла антеверзии, образованного пересечением линии оси шейкии тангенциальной линией мыщелков бедренной кости; после этого на дистальный и проксимальный отделы бедренной кости наносят детерсионные линейные метки. Затем фрагменты бедренной кости с привязанными детерсионными метками, включая резицированный клин, возвращают в исходное положение;

Данная методика исключает возможность возникновения погрешности при коррекции угла антеверзии.

- При моделировании 3D шаблона после 3D моделирования межвертельной корригирующей остеотомии бедренной кости на дистальном и проксимальном отделах бедренной кости, используя компьютерную команду split в режиме poligons, выделяют и копируют границы костного клина с передней и латеральной сторон бедренной кости; затем сглаживают края шаблона и придают стенкам толщину; методом вычитания переносят детерсионные метки на 3D шаблон.

- В ходе хирургического вмешательства, после поднадкостничного выделения бедренной кости на межвертельную область надевают шаблон, по которому на бедренную кость наносят линии остеотомии и детерсионные метки.

Выполняют корригирующую остеотомию бедренной кости, фрагменты бедра сопоставляют, при этом для коррекции угла антеверзии дистальный отдел бедренной кости ротируют относительно оси диафиза до сопоставления детерсионных меток.

Шаблон предназначен для нанесения линий остеотомии. Шаблон учитывает не только форму резецируемого костного клина, и нормализацию щеечно-диафизарного угла, а также, благодаря детерсионным меткам, учитывает угол антеверзии. Форма бедренной кости меняется за счет изменения соотношения между диафизом и шейкой бедренной кости.

Совокупность существенных отличительных признаков является новой и позволила разработать способ корригирующей остеотомии бедренной кости в межвертельной области, то есть коррекцию шеечно-диафизарного угла и угла антеверзии, с применением 3D моделирования.

Приводим пример конкретного выполнения способа.

Пример 1. Больной М., 7 лет. Диагноз: Врожденный подвывих бедра слева.

На этапе подготовки больного к операции проведено КТ исследование левой бедренной кости, на котором была определена варусная деформация проксимального отдела левой бедренной кости.

В 3D программе (Materialise Mimics) выполнена конвертация аксиальных и сагиттальных срезов КТ из формата dicom в формат stl и создана трехмерная модель (Фиг. 1).

В 3D программе (Cinema 4D), используя одновременно различные проекции, perspective, right, left, top, front и варьируя прозрачность изображения от 0 до 100%, рассчитан угол антеверзии, определяемый пересечением проведенных линий оси шейки бедренной кости (1) и тангенциальной мыщелков бедренной кости (2) в горизонтальной плоскости, равный 48 градусам (Фиг. 2). В 3D программе (Cinema 4D) в режиме points под контролем различных проекций perspective, right, left, top, front рассчитан щеечно-диафизарный угол, определяемый пересечением проведенных линий оси диафиза бедренной кости (3) и оси шейки бедренной кости (1) во фронтальной плоскости, и равный 139 градусам (Фиг. 3). Для выполнения корригирующей остеотомии бедренной кости в межвертельной области в 3D программе провели линию остеотомии (4) между проксимальным (5) и дистальным (6) отделами бедренной кости (Фиг. 4). Во фронтальной плоскости переместили проксимальный отдел бедренной кости (4) до нормализации шеечно-диафизарного угла (7), равного 120 градусам (Фиг. 5). В режиме poligons выявили зону пересечения дистального (6) и проксимального (5) отделов бедренной кости, соответствующую форме резецируемого костного клина (8), которую, используя компьютерную команду split, выделили и удалили (Фиг. 6). Сопоставили дистальный (6) и проксимальный (5) отделы бедренной кости (Фиг. 7). В горизонтальной плоскости выполнили поворот дистального отдела бедренной кости до нормализации угла антеверзии, образованного пересечением линии оси шейки (1) и тангенциальной линией мыщелков бедренной кости (2) (Фиг. 8). После этого на дистальный (6) и проксимальный (5) отделы бедренной кости были нанесены детерсионные линейные метки (9 и 10) (Фиг. 9). Затем фрагменты бедренной кости с привязанными детерсионными метками (9 и 10), включая резицируемый костный клин (8), возвратили в исходное положение (Фиг. 10). После 3D моделирования корригирующей остеотомии бедренной кости смоделирован 3D шаблон (11). Для этого на дистальном и проксимальном отделах бедренной кости, используя компьютерную команду split в режиме poligons, выделены и копированы границы резицируемого костного клина (8) с передней и латеральной сторон бедренной кости (Фиг. 11). После сглаживания краев шаблона (11) стенкам придали толщину. Детерсионные метки (9 и 10) перенесены на 3D шаблон (11) (Фиг. 12). При помощи 3D печати изготовлен шаблон (12) из фотополимерного материала (Фиг. 13). Выполнено хирургическое вмешательство, в ходе которого после поднадкостничного выделения бедренной кости на межвертельную область был надет шаблон (12), по которому на бедренную кость электрокоагулятором нанесены линии остеотомии (13) и детерсионные метки (14, 15) (Фиг. 14). Выполнена корригирующая остеотомия бедренной кости (Фиг. 15). От дистального фрагмента бедра резецирован костный клин с основанием 8 мм, обращенным медиально. Фрагменты бедра сопоставлены, при этом для коррекции угла антеверзии дистальный отдел бедренной кости ротирован относительно оси диафиза до сопоставления детерсионных меток.

Вышеприведенный пример из клинической практики подтверждает эффективность применения заявляемого способа корригирующей остеотомии бедренной кости.

С помощью заявляемого способа прооперировано 9 пациентов в возрасте от 3 до 14 лет, с диспластической патологией тазобедренного сустава, которым для нормализации шеечно-диафизарного угла и угла антеверзии было необходимо выполнить межвертельную корригирующую остеотомию бедренной кости. В 100% случаев получен хороший результат.

Таким образом, впервые разработан способ корригирующей остеотомии бедренной кости на межвертельной области, то есть коррекция шеечно-диафизарного угла и угла антеверзии, с применением 3D моделирования.