Способ моделирования и устройство персонифицированного эндопротеза костей скелета

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, нейрохирургии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии и может быть использовано для моделирования индивидуального эндопротеза трубчатых и плоских костей скелета, костей лицевого отдела черепа и позвоночника при лечении больных с опухолями, а так же опухолеподобными заболеваниями и травматизме костей у взрослых пациентов.

Известен способ индивидуального тотального эндопротезирования при злокачественных поражениях суставов по патенту РФ №2233639, с приоритетом от 09.01.2003 г., опубл. 10.08.2004 г., который используется следующим образом: выполняют удаление опухоли путем сегментарной резекции суставного конца кости или резекции сустава в целом, образовавшийся дефект замещают костным цементом с антибиотиками, которому методом ручной лепки придают анатомическую конфигурацию и размеры удаленного сегмента кости или сустава в целом, вторым этапом после изготовления и получения индивидуального тотального эндопротеза производят его имплантирование в костно-мышечное ложе, сохраненное костным цементом.

Известен способ изготовления компонентов тазобедренного сустава с применением цифровых технологий, описанный в источнике «Медицинская Техника» №3, 2016, с. 43-46, состоящий из компьютерной томографии, трехмерного сканирования, трехмерной печати и последующего изготовления эндопротеза из титанового порошка с помощью селективного лазерного спекания.

Но данные способы не позволяют добиться точного объема удаляемого сегмента пораженной кости и не обеспечивают возможность изготовления индивидуального эндопротеза с точками фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы.

Самым близким к заявленному изобретению по своей технической сущности является способ изготовления индивидуальных ортопедических имплантатов по заявке AU 2015226831 (А1), опубл. WO 2015131234 (А1), с приоритетом 20140304. По патенту выполняется трехмерное сканирование костей, из которого виртуально удаляется резецированный сегмент кости, получают трехмерную цифровую модель unresected удаленного сегмента кости и, сравнивая трехмерное цифровое изображение unresected и соответствующие трехмерные цифровые изображения резецированного сегмента кости, оценивается объем костной ткани, который был удален. Оценка объема удаленного сегмента используется для изготовления индивидуальных ортопедических имплантатов, что по существу соответствует конфигурации объема резецированной костной ткани, имплантат точно встраивается для существенного восстановления биомеханической функции кости.

Недостатком данного способа является двухэтапное хирургическое вмешательство: онкологический этап - удаление опухоли, и ортопедический этап - эндопротезирование. Данная тактика способствует нанесению дополнительной операционной травме и вытекающими негативными последствиями, а также данный способ не обеспечивает возможность изготовления эндопротеза с индивидуальными точками крепления мышц, сухожилий и суставной капсулы пациента.

Предлагаемое изобретение направлено на получение следующего технического результата: сокращение сроков восстановления анатомии удаленного сегмента пораженной кости, а также сокращения сроков функциональной и социальной адаптации пациентов за счет определения точного объема удаляемого сегмента пораженной кости и обеспечения возможности изготовления эндопротеза с индивидуальными точками фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы пациента.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство персонифицированного эндопротеза костей скелета состоит из тела протеза, повторяющего индивидуальную архитектонику протезируемой кости пациента и по крайней мере одного крепежного элемента, отличающегося тем, что снабжен индивидуальными точками фиксации сухожилий мышц, представляющими собой ложе для хода хирургической иглы и перемычки для фиксации сухожилия хирургической нитью. Способ установки персонифицированного эндопротеза костей скелета осуществляется следующим образом: перед оперативным вмешательством на основе компьютерной томографии, выполненной с контрастным усилением, создают виртуальную трехмерную модель лекала, точно повторяющего контуры резецируемой кости и позволяющего проведение сегментарной резекции ее пораженной части, и также персонифицированный эндопротез с намеченными индивидуальными точками фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы пациента, затем воспроизводят в материале данное лекало и персонифицированный эндопротез с заданными характеристиками, и далее в один этап оперативного вмешательства, после хирургического доступа к зоне резекции, накладывают лекало на резецируемый сегмент и выполняют опиливание, причем сегментарную резекцию кости выполняют строго по лекалу, а контур эндопротеза полностью соответствует контуру резецируемой кости, после чего выполняют установку эндопротеза и фиксацию сухожилий мышц к индивидуальным точкам. Предлагаемый способ установки персонифицированного эндопротеза костей скелета выполняется в один этап оперативного вмешательства: удаление пораженного сегмента кости путем резекции по индивидуальному лекалу, а затем выполняют персонифицированное эндопротезирование, что позволяет уменьшить последствия операционной травмы пациента. Имеющиеся индивидуальные точки фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы позволяют мышцам занять свое физиологическое положение, которое было изначально. Индивидуальные точки фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы представляют собой ложе для хода хирургической иглы и перемычки для фиксации сухожилия хирургической нитью. После подшивания сухожилий к точке фиксации монофиламентная хирургическая нить рассасывается через 30 суток, при этом ткань сухожилия успевает интегрироваться в биоактивное покрытие эндопротеза и приобретает физиологическое положение. Предложенный способ персонифицированного эндопротезирования может применяться на этапе реконструкции утраченных анатомических сегментов кости при обширных операциях у больных при опухолях и опухолеподобных заболеваниях, а также травматизме, как для протезирования трубчатых костей, так и для протезирования плоских костей скелета, и позволяет точнее рассчитать объем удаляемых тканей интраоперационнно, максимально реконструировать удаленный сегмент кости с помощью установки персонифицированного эндопротеза с индивидуальными точками фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы, и, как следствие, полнее восстановить анатомию кости. Персонифицированный эндопротез с индивидуальными точками фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы может изготавливаться, например, путем селективного лазерного спекания материала - титановый мелкодисперсный порошок марки ВТ1-00 по ТУ 1791-001-11805089-2014, химический состав порошка соответствует ГОСТ 19807-91. Персонифицированный эндопротез, выполненный вышеуказанным способом, имеет индивидуально подобранный анатомический контур и кривизну суставных поверхностей. Проводимая сегментарная резекция кости выполняется строго по лекалу для более точного соблюдения параметров резекции. Контур эндопротеза полностью соответствует контуру резецируемой кости. На поверхность эндопротеза в точках соприкосновения с мягкими тканями наносится биоактивное покрытие, улучшающее интеграцию. Персонифицированный эндопротез костей скелета состоит из тела протеза и по крайней мере одного крепежного элемента. Количество и вид крепежных элементов зависят от вида протезируемых костей, т.е. трубчатых или плоских костей скелета. Тело протеза полностью повторяет индивидуальную архитектонику протезируемой кости пациента и снабжено индивидуальными точками фиксации мышц, сухожилий и суставной капсулы пациента, что позволяет полностью восстановить анатомию кости. Индивидуальные точки фиксации мышц представляют собой ложе для хода хирургической иглы и перемычки для фиксации сухожилия хирургической нитью. Устройство персонифицированного эндопротеза костей скелета представлено на примере эндопротеза костей переднего полукольца таза человека. Эндопротез костей переднего полукольца таза, как и лонная кость, состоит из верхней ветви, нижней ветви, тела эндопротеза. Крепление эндопротеза к тазу осуществляется с помощью крепежных лапок, каждая из которой соответствует форме кости пациента. С целью уменьшения времени операции, травматизации мягких тканей и индивидуального подбора восстановления целостности тазового кольца эндопротез с крепежными лапками полностью повторяет сложную индивидуальную архитектонику тазового кольца. В области лонного симфиза крепежная лапка замыкает переднее полукольцо, переходя на контрлатеральную лонную кость. На эндопротезе предусмотрены индивидуальные точки фиксации мышц и сухожилий, намеченные с помощью специальных программ 3D-моделирования. Поверхность эндопротеза в точках соприкосновения с мягкими тканями имеет биоактивное покрытие, улучшающее интеграцию. Персонифицированный эндопротез имеет индивидуально подобранный анатомический контур и кривизну суставных поверхностей. При этом проводимая сегментарная резекция кости выполняется строго по индивидуальному лекалу, для более точного соблюдения параметров резекции. Контур эндопротеза полностью соответствует контуру резецируемой кости. Крепление эндопротеза к остову таза пациента при помощи крепежных лапок, повторяющих индивидуальный анатомический контур тазового кольца пациента, позволяет сократить время операции и уменьшить объем кровопотери, при этом отсутствует необходимость в интраоперационном моделировании эндопротеза.

Суть изобретения поясняется графическими изображениями:

Фиг. 1 - общий вид тазового кольца с эндопротезом;

Фиг. 2 - эндопротез сегмента тазового кольца;

Фиг. 3 - лекало для резекции тазового кольца;

Фиг. 4 - тазовое кольцо с наложенным лекалом для резекции и плоскостями опиливания.

На фиг. 1, изображенэндопротез 1, тазовое кольцо 2. На фиг. 2 изображенотело эндопротеза 3, верхняя ветвь 4, нижняя ветвь 5, крепежная лапка (ипсилатеральная лонная кость) 6, крепежная лапка (седалищная кость) 7, крепежная лапка (контрлатеральная лонная кость) 8, крепежные винты 9, точки фиксации 10. На фиг. 3, изображено лекало 11. На фиг. 4 изображено тазовое кольцо 2, лекало 11, плоскости опиливания 12.

Предложенный способ установки персонифицированного эндопротеза костей скелета осуществляется следующим образом: перед операционным вмешательством пациенту выполняется компьютерная томография с контрастным усилением Омнипак 50 ml, на основе которой создается виртуальная трехмерная модель лекала 11, точно повторяющего контуры кости для проведения сегментарной резекции кости и модель персонифицированного эндопротеза 1 с намеченными индивидуальными точками фиксации 10 мышц, сухожилий и суставной капсулы пациента, наносимых с помощью специальной программы ЭВМ, после чего производится перевод данных в формат STL с последующей обработкой в управляющей программе 3D-принтера. Затем с заданными характеристиками воспроизводят в материале лекала 11 (фиг. 3) и эндопротез 1 (фиг. 2), например, выполняется стереолитографическая печать лекала 11 для резекции термостойким двухкомпонентным полиуретаном и эндопротеза 1, например, из титанового порошка марки ВТ 1-00 на 3D-принтере. После хирургического доступа к зоне резекции хирург накладывает лекало 11 на резецируемый сегмент тазового кольца и выполняет опиливание по плоскостям 12 (фиг. 4) в трех точках с помощью пилы. При этом учитывается толщина рабочей поверхности лезвия пилы (0,3 мм). Удаленный фрагмент кости отправляют на гистологическое исследование. Затем выполняется этап реконструкции, установка эндопротеза 1. Эндопротез 1 костей тазового кольца 2, как и лонная кость тазового кольца 2 пациента, состоит из верхней ветви 4, нижней ветви 5 и тела эндопротеза 3. Крепление эндопротеза 1 к тазовому кольцу 2 пациента осуществляется с помощью крепежных лапок 6, 7, 8, каждая из которых соответствует кости пациента (фиг. 1). Крепежная лапка 6 для ипсилатеральной лонной кости, то есть на своей стороне, крепежная лапка для сопоставления с седалищной костью 7 и крепежная лапка 8 для контрлатеральной лонной кости, то есть на противоположной стороне (фиг. 2). Крепятся лапки с помощью винтов 9 через отверстия диаметром 5,0 мм в крепежных лапках 6, 7, 8, выполненных в виде тонких пластин толщиной 2,0 мм. Крепежные лапки 6, 7, 8, повторяют полностью сложную индивидуальную архитектонику тазового кольца 2 пациента. В области лонного симфиза крепежная лапка 8 замыкает переднее полукольцо, переходя на контрлатеральную лонную кость. В эндопротезе предусмотрены точки фиксации 10 для мышц и сухожилий, прикрепляющихся к сегменту переднего полукольца таза 2 пациента. Индивидуальные точки фиксации 10 мышц, сухожилий и суставной капсулы представляют собой ложе для хода хирургической иглы и перемычки для фиксации сухожилия хирургической нитью. После подшивания сухожилий к точке фиксации 10, монофиламентная хирургическая нить рассасывается через 30 суток, при этом ткань сухожилия успевает интегрироваться в биоактивное покрытие эндопротеза 1 и приобрести физиологическое положение.

Совокупность признаков нова и позволяет в один этап оперативного вмешательства выполнять резекцию кости и установку персонифицированного эндопротеза утраченного сегмента кости, при этом сократить срок функциональной и социальной адаптации пациентов.