CC BY
45
УДК 531/534: [57+61]
Российский
Журнал
Биомеханики
www.biomech.ru
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ НЕДОПОКРЫТИЯ ВЕРТЛУЖНОГО КОМПОНЕНТА НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ЭНДОПРОТЕЗА
Ю.Г. Коноплев1, А.В. Мазуренко2, В.И. Митряйкин3, О.А. Саченков1, Р.М. Тихилов4
1 Кафедра теоретической механики института математики и механики им Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета, Россия, 420008, Казань, ул. Кремлевская, 18, e-mail: [email protected]
2 Травматологическо-ортопедическое отделение «Федеральный центр травматологии, ортопедии и эндопротезирования» Минздрава России, Россия, 428020, Чебоксары, ул. Федора Гладкова, 33, e-mail: [email protected]
3 Кафедра основ конструирования Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева, Россия, 420111, Казань, ул. Карла Маркса, 10, e-mail: [email protected]
4 Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена Минздрава России, Россия, 195427, Санкт-Петербург, ул. Академика Байкова, 8
Аннотация. Целью работы является определение критической величины недопокрытия ацетабулярного компонента, при которой возможна его имплантация без использования дополнительной опоры. Актуальность данного исследования продиктована клинической практикой и отсутствием четких рекомендаций для тактики эндопротезирования с недопокрытием вертлужного компонента. На основе оригинального способа интраоперационного измерения площади недопокрытия вертлужного компонента были проведены предварительные расчеты для плоской параметрической модели с целью предварительной оценки диапазона критического процента недопокрытия. Совместно с практикующими врачами травматолагами-ортопедами был спланирован и проведен эксперимент, позволивший определить допустимые величины степени недопокрытия вертлужного компонента, при которых под действием статической нагрузки возможно функционирование протезируемого сустава. В процессе проведения экспериментов был изучен механизм потери несущей способности вертлужного компонента. Также было оценено влияние винтовой фиксации на несущую способность имплантата. На основании экспериментальных исследований сформулированы рекомендации для проведения операции эндопротезирования при дисплазии вертлужной впадины: при степени недопокрытия до 20% имплантат сохраняет несущую способность, до 35% -рекомендуется винтовая фиксация вертлужного компонента, свыше 35% - не гарантируется надежная стабилизация вертлужного компонента в суставе.
Ключевые слова: эндопротезирование тазобедренного сустава, дисплазия, эксперимент, контактное взаимодействие, измерение недопокрытия ацетабулярного компонента.
© Коноплев Ю.Г., Мазуренко А.В., Митряйкин В.И., Саченков О.А., Тихилов Р.М., 2014 Коноплев Юрий Геннадьевич, д.ф.-м.н., профессор, академик Академии наук республики Татарстан, заведующий кафедрой теоретической механики, Казань
Мазуренко Андрей Васильевич, врач травматолог-ортопед, заведующий травматолого-ортопедическим отделением, Чебоксары
Митряйкин Виктор Иванович, д.т.н., профессор кафедры основ конструирования Казанского национального исследовательского технического университета, Казань Саченков Оскар Александрович, к.ф.-м.н., научный сотрудник, Казань
Тихилов Рашид Муртузалиевич, д.м.н., профессор, директор Федерального государственного бюджетного учреждения «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России, Санкт-Петербург
Введение
Дегенеративно-дистрофические поражения крупных суставов относятся к числу самых распространенных заболеваний. По данным официальной статистики, среди обратившихся за помощью по поводу болезней костно-мышечной системы в РФ в 2006 году больные деформирующим остеоартрозом составили 21%. При этом в структуре указанной патологии дегенеративно-дистрофические заболевания тазобедренного сустава занимают около 50%. Дисплазия тазобедренного сустава, врожденная деформация, которая характеризуется порочной ориентацией и уменьшением площади соприкасающихся поверхностей компонентов сустава, является первопричиной примерно 76% всех случаев коксартроза. Многие пациенты с диспластическим коксартрозом вынуждены подвергаться тотальному эндопротезированию тазобедренного сустава до пятидесятилетнего возраста. У этих больных примерно в 19% клинических случаев выявляют выраженную дисплазию тазобедренного сустава.
Основным методом лечения пациентов с диспластическим коксартрозом остается эндопротезирование тазобедренного сустава. Реконструктивные операционные вмешательства эффективны лишь при ранних стадиях заболевания и дают положительный результат только в течение 5-10 лет [5, 10, 11, 13, 14, 16]. Вплоть до наших дней проблема эндопротезирования тазобедренного сустава при диспластическом коксартрозе не решена окончательно. Риск неудач при диспластическом артрозе выше в 1,5 раза, а при диспластическом артрозе с вывихом -в 2 раза, чем при стандартном эндопротезировании. Ведется дискуссия по поводу тактики эндопротезирования тазобедренного сустава при его тяжелых дисплазиях [2, 16-18, 20, 21]. Остаются открытыми вопросы об уровне установки вертлужного компонента (рис. 1), необходимости резекции или остеотомии проксимального конца бедренной кости, возможности двухэтапного эндопротезирования тазобедренного сустава.
а
б
Рис. 1. Эндопротез: а - изображение установки эндопротеза: 1 - вертлужный компонент, 2 - бедренный компонент; б - схема установки: дуга АО - вертлужный компонент, дуга АВ - область недопокрытия, О - центр головки бедренного
компонента, N - усилие
N I II III VI
Рис. 2. Классификация дисплазии тазобедренного сустава по Crowe: N - нормальное состояние, I - первая степень, II - вторая степень, III - третья
степень, VI - четвертая степень
Существуют различные варианты установки вертлужного имплантата: частичное недопокрытие вертлужного компонента; вертикальное положение чашки эндопротеза; смещение вертлужного компонента; применение опорных и антипротрузионных конструкций (типа Muller, Burch-Schneider); костная пластика массивным спонгиозным трансплантатом. Каждый из перечисленных вариантов имеет свои преимущества и недостатки, возможна комбинация различных способов.
Все вышеперечисленное свидетельствует о большом многообразии методов и их комбинаций и отсутствии на сегодняшний день оптимальной тактики при эндопротезировании тазобедренного сустава у пациентов с диспластическим коксартрозом III-IV стадий (рис. 2) и указывает на настоятельную необходимость поиска современных решений. Во многих литературных источниках указывается, что минимально необходимое покрытие чашки должно составлять не менее 70% площади ее поверхности [8, 9], однако отсутствует однозначное представление о том, при каких величинах недопокрытия необходимо использовать дополнительные фиксирующие элементы (винты) и в какой степени опорные трансплантаты увеличивают надежность фиксации [3-7]. Кроме того, в большинстве случаев достаточно сложно определить, какую площадь составляет дефицит покрытия, поскольку предоперационная оценка с использованием рентгеновских шаблонов не обеспечивает необходимой точности -окончательное решение всегда приходится принимать непосредственно во время операции.
Задачей настоящего исследования является улучшение результатов эндопротезирования тазобедренного сустава у пациентов с тяжелой степенью дисплазии, с этой целью были проведены экспериментальные исследования влияния степени недопокрытия вертлужного компонента на его несущую способность.
Материалы и методы
Основной задачей является определение критического значения сегмента АВ (рис. 1), при котором в процессе эксплуатации будет проявляться нестабильность вертлужного компонента, т. е. потеря им несущей способности. Силы, действующие на вертлужный компонент, передаются через бедренный компонент имплантата, а значит при движении изменяются как количественно, так и по направлению действия (при ходьбе расчетное значение реакции, возникающей в суставе, превышает вес человека в 2-3 раза). Для вычисления критического значения недопокрытия (сегмент АВ) также необходимо определить закон распределения контактных напряжений между вертлужным компонентом и костной тканью, учитывая при этом натяг при посадке имплантата.
Рис. 3. Плоская модель: АО - вертлужный компонент, АВ - область недопокрытия, О - центр головки бедренного компонента, к которому прикладывается усилие N, С - точка отрыва вертлужного компонента, 0 - ацетабулярный угол
Первоначально было решено сформулировать плоскую задачу, в этом случае рассматривается некое плоское сечение, форма вертлужной впадины считается полуокружностью радиуса АО = 2г, плоскость сечения проходит через центр головки бедра. Сила N - внешняя нагрузка, которая зависит от ацетабулярного угла. Угол 0 характеризует наклон вертлужной впадины относительно горизонтали (рис. 3).
Для оценки несущей способности вертлужного компонента была построена плоская контактная модель (рис. 3). Штамп (вертлужный компонент) давит на упругую
Е
область, соотношение механических характеристик штамп «100, оба материала
Еупруг
рассматривались линейными изотропными, трение между ними задавалось коэффициентом трения ./=0,45 и /=0,95; параметрами модели выступали: радиус компонента АО, величина и направления силы N, угол недопокрытия АОВ. Сформулированная задача решалась методом конечных элементов, для расчетов использовался плоский восьмиузловой элемент с квадратичной аппроксимацией по перемещениям, по дуге АСО моделировалось контактное взаимодействие с учетом сил трения. Упругая область моделировалась плоским прямоугольником с жестким защемлением узлов на торцах. Условием потери несущей способности вертлужного компонента являлось появление точки отрыва дуги вертлужного компонента от дуги упругой области. Расчеты для диаметров вертлужного компонента проводились в диапазоне 48-58 мм с приложением силы до 1000 Н, ацетабулярный угол задавался равным 45°, угол недопокрытия варьировался. Расчеты показали потерю несущей способности имплантата при величине недопокрытия более 20°. Стоит отметить, что приведенные значения отнесены к продольному сечению бедренной кости (истинные углы), и чтобы их привести к проекционным значениям, необходимо спроектировать на угол антеторсии шейки бедра [3, 5]. Полученные результаты использовались в экспериментальных исследованиях для определения начального диапазона критической степени недопокрытия вертлужного компонента.
Площадь недопокрытия оценивалась согласно методике, описанной в патенте на изобретение РФ №2412646 от 27.02.2011 «Способ определения степени покрытия вертлужного компонента бесцементной фиксации в процентном соотношении после его имплантации в обработанную вертлужную впадину при первичных и ревизионных операциях эндопротезирования тазобедренного сустава». Эти данные были занесены
Относительное покрытие (%) для вертлужного компонента (ВК) бесцементной фиксации
Глубина недопокрытия, мм Диаметр В К, мм
44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72
20 77 79 81 82 84 85 86 87 88 88 89 90 90 91 91
21 75 77 79 81 82 83 85 86 86 87 88 89 89 90 90
22 73 75 77 79 80 82 83 84 85 86 87 88 88 89 90
23 70 73 75 77 79 80 82 83 84 85 86 87 87 88 89
24 68 71 73 75 77 79 80 81 83 84 85 86 86 87 88
25 65 68 71 73 75 77 78 80 81 82 83 84 85 86 87
26 63 66 69 71 73 75 77 78 80 81 82 83 85 85 86
27 60 63 66 69 71 73 75 77 78 80 81 82 83 84 85
28 57 61 64 67 69 71 73 75 77 78 79 81 82 83 84
29 54 58 61 64 67 69 71 73 75 77 78 79 80 82 83
30 51 55 59 62 65 67 69 71 73 75 77 78 79 80 81
31 48 52 56 59 62 65 67 70 72 73 75 76 78 79 80
32 44 49 53 57 60 63 65 68 70 72 73 75 76 78 79
33 41 46 50 54 57 61 63 66 68 70 72 73 75 76 78
34 37 43 47 51 55 58 61 64 66 68 70 72 73 75 76
35 34 39 44 49 52 56 59 62 64 66 68 70 72 73 75
36 30 36 41 46 50 53 57 59 62 64 67 69 70 72 74
37 26 33 38 43 47 51 54 57 60 63 65 67 69 70 72
38 23 29 35 40 44 48 52 55 58 61 63 65 67 69 71
39 19 25 31 37 41 45 49 53 56 58 61 63 65 67 69
40 15 22 28 33 38 43 47 50 53 56 59 61 64 66 68
в таблицу, которая используется для быстрого определения величины недопокрытия на основании двух показателей: диаметра чашки и глубины непокрытой (максимальная длина хорды сегмента АВ в продольной плоскости проксимального участка бедренной кости (рис. 3)) части.
Для проведения экспериментов был спроектирован и изготовлен испытательный стенд, его общий вид приведен на рис. 4, а на рис. 5 представлена фотография установки. На основе предварительных расчетов и анализа полученных результатов была спланирована серия экспериментов для определения критических сил, при которых вертлужный компонент теряет несущую способность [1, 3, 7].
6
4
Рис. 4. Схема испытаний: 1 - модель тазобедренного сустава; 2 - имплантат; 3, 4 - крепления; 5 - моделируемое недопокрытие,
6 - пресс
Испытания проводились на универсальной двухзонной испытательной машине (модель УТС 110М-100 напольного исполнения, сертификат об утверждении типа средств измерений № 34879). Диапазон измеряемых нагрузок, кН: 0,001-100; погрешность измерения нагрузки ± 1% (0,5)% от показания вплоть до 1/100 от величины допустимой нагрузки тензодатчика. Для проведения эксперимента была подготовлена оснастка, которая состоит из жесткого стола (4 на рис. 4), позволяющая установку эндопротеза (2 на рис. 4) с регулируемым радиальным перемещением крепления эндопротеза, и стола для крепления модели тазобедренного сустава (3 на рис. 4), в исследовании использовались модели тазобедренных суставов на базе тазовых костей Large Left Hemi Pelvis фирмы Sawbones. Патология вертлужной впадины моделировалась на модели высверливанием дефекта фрезой заданного радиуса. Диапазон дефектов устанавливали на основе предварительных расчетов, степень недопокрытия вычислялась согласно приведенной выше методике.
Перед испытанием проводилась установка вертлужного компонента на модель тазобедренного сустава и установка эндопротеза, взаимное расположение бедренного и вертлужного компонентов помечалось маркером. При испытании нижней опоре с закрепленным имплантатом придается движение, при этом измеряется перемещение траверсы, усилие, прикладываемое для перемещения, и время. При потере несущей способности вертлужного компонента (падение прилагаемого усилия и контроль маркеров взаимного расположения компонентов имплантата относительно таза) эксперимент останавливается.
Проводимые экспериментальные исследования не учитывают динамические эффекты, которые проявляются при ходьбе пациентов с установленным эндопротезом и являются оценкой сверху для величины критического процента недопокрытия. Моделируемое нагружение имеет место в начальный постоперационный период, когда пациент уже обладает некоторой ограниченной двигательной активностью, а вертлужный компонент еще не закрепился в суставе.
Проводились испытания макетов с установленным эндопротезом, размер вертлужной впадины 54 мм, с посадкой вертлужного компонента диаметром 56 мм. Использовались модели, на которых имитировалось 18, 25, 33% недопокрытия.
Рис. 5. Испытательная установка
Недопокрытие, 33%
900
850
800
Н, ,е 750
и
ч и 700
о
> 650
600
550
500
1 1 —__—~
I II III
1 ^ /
1 /
1 ^ Г
1 1 ■ 1
1 1 -1-1-
3
3,5
4
5
5,5
6
4,5
Перемещение, мм
Рис. 6. Диаграмма испытания. I - участок до локальной потери несущей способности вертлужного компонента, II - участок после локальной потери несущей способности вертлужного компонента, III - участок после полной потери несущей способности
вертлужного компонента
1200 1100 1000
,Н
ие 900 л си
Ус 800 700 600
4 5 6 7 8
Перемещение, мм
Рис. 7. Диаграммы испытаний для степени недопокрытия вертлужного компонента 33%
Результатами испытаний являются диаграммы в осях «сила-перемещение», до потери несущей способности сила и перемещение должны возрастать (это связано с деформацией испытательного образца), как только вертлужный компонент начнет перемещаться как жесткое тело (другими словами терять стабильность), величина силы резко снизится, а перемещения продолжат возрастать.
На рис. 6 проиллюстрировано поведение испытуемого образца в области потери несущей способности для случая 33%-ного недопокрытия. Таким образом, до значения нагрузки в 650 Н график возрастает, происходит деформирование образца, при достижении этой величины сила на графике падает на 3-7%, т.е. наблюдается
Недопокрытие, 33%
Недопокрытие, 25%
Рис. 8. Диаграммы испытаний для степени недопокрытия вертлужного компонента 25%
локальная потеря несущей способности; далее нагрузка продолжает расти (чашка укрепилась в вертлужной впадине, заняла прочное положение), и при достижении 820 Н наблюдается резкое падение силы (15-20%) и изменение наклона роста усилия, что говорит о полной потере несущей способности вертлужного компонента. Потеря несущей способности контролировалась маркерами чашки и головки эндопротеза относительно костей таза. Аналогичному анализу подвергались все испытания.
На рис. 7 приведены диаграммы усилий, приходящих от имплантата на вертлужный компонент, в зависимости от перемещений для случая недопокрытия 33%. Полосой на рис. 7 выделены области критических значений усилия, при котором наблюдается потеря несущей способности вертлужного компонента, этот разброс объясняется ручной установкой имплантата, внутренними дефектами испытуемой модели. Ширина этой полосы порядка 300 Н, что дает нам оценочный разброс значений критического усилия в зависимости от установки вертлужного компонента и состояния костной ткани. При проведении испытаний вертлужный компонент терял несущую способность в области нагружения 600-850 Н.
На рис. 8 приведены аналогичные диаграммы для 25%-ного недопокрытия. В этом случае критичные нагрузки возрастают до 1100-1300 Н, порядок разброса значений сохраняется (полосой на рис. 8 выделены области критических значений усилия).
При испытании для 18%-ного недопокрытия вертлужный компонент не терял несущей способности на заданных нагрузках, так как начиналось разрушение испытуемой модели.
Проводились также испытания для вертлужного компонента с недопокрытием 33%, подкрепленного винтами. В этом случае критические нагрузки увеличивались до 1000-1200 Н. На рис. 9 приведены диаграммы (усилие-перемещение) для случаев 25% и 33%-ного недопокрытия, а также для случая винтовой фиксации вертлужного компонента при 33%-м недопокрытии. Можно видеть, что подкрепление значительно влияет на несущую способность вертлужного компонента, поворот, осуществляемый вертлужным компонентом, ограничивается подкрепляющим винтом, что увеличивает несущую способность имплантата.
е и
«
и
о
1200 1100 1000 90 0 80 0 70 0 60 0 50 0 40 0 30 0 20 0
4
7 8 9
Перемещение, мм
10
11
12
Рис. 9. Диаграммы испытаний для различных степеней недопокрытия: 1 - 33%; 2 - с подкреплением 33%-Ш; 3 - 25%
Проведенные испытания наглядно продемонстрировали качественное влияние процента недопокрытия и подкрепления на несущую способность вертлужного компонента.
5
6
Результаты и обсуждение
Предварительные расчеты позволили оценить область критических значений недопокрытия сверху и корректно спроектировать оснастку для экспериментальных исследований. На рис. 10 приведены значения критических усилий при проведенных испытаниях для различных степеней недопокрытия с подкреплением и без него, а также результаты расчетов плоской модели при тех же параметрах с различными значениями коэффициента трения материалов (рис. 10). Испытания для недопокрытия 18% выявили явную стабильность вертлужного компонента (разрушаются тестируемые образцы). При испытаниях для значения недопокрытия 25% критическим диапазоном значения силы является 1100-1300 Н. Если отнести эти значения к имеющимся диаграммам усилия при ходьбе, то в зоне риска оказываются пациенты весом 55-65 кг. При испытаниях для недопокрытия 33% критический диапазон значения силы -600-950 Н. Если отнести эти значения к имеющимся диаграммам усилия при ходьбе, то в зоне риска оказываются пациенты весом 30-55 кг. При испытаниях для недопокрытия 33% с подкреплением критическим значением силы является 1050 Н, если отнести эти значения к имеющимся диаграммам усилия при ходьбе, то в зоне риска оказываются пациенты весом 52 кг.
Полученные данные наглядно демонстрируют рост влияния процента недопокрытия на критические значения силы и являются оценкой снизу, ввиду упрощения испытательного стенда. Для получения более точных результатов на данный момент ведется решение задачи в пространственной постановке с учетом контактных взаимодействий и переменных нагрузок.
Н
1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200
+ * * *
18
25
33
%
Значения из эксперимента: А - без подкрепления вертлужного компонента;
♦ - с подкреплением вертлужного компонента. Значения из расчетов:
• - коэффициент трения 0,45; ■ - коэффициент трения 0,95
Рис. 10. Критические нагрузки, полученные в экспериментальных и численных исследованиях для различных степеней недопокрытия
Выводы
В настоящей работе приведены результаты экспериментального исследования несущей способности вертлужного компонента имплантата при дисплазии вертлужной впадины. Были рассмотрены модели с искусственными дефектами различной степени недопокрытия, которая оценивалась согласно методике, описанной в патенте на изобретение РФ №2412646 от 27.02.2011. В результате исследования были определены области недопокрытия, при которых имплантат ведет себя стабильно (до 20%), области, где имплантат рекомендуется подкреплять (до 35%), и области, где необходимо изменение тактики эндопротезирования (свыше 35%). Полученная информация не противоречит клиническим данным и сведениям, имеющимся в доступной литературе [12, 16, 19]. Результаты проведенного исследования позволяют быть более свободным в выборе хирургической тактики при имплантации вертлужного компонента и более точно судить о степени его недопокрытия как об одном из факторов, влияющих на механическую стабильность имплантата.
Благодарности
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов №13-01-97059, №13-01-97058, № 12-01-00955, № 12-01-97026, № 12-01-31212, № 14-01-31291.
Список литературы
1. Акулич Ю.В., Подгаец Р.М., Скрябин В.Л., Сотин А.В. Исследование напряженно-деформированного состояния эндопротезированного тазобедренного сустава // Российский журнал биомеханики. - 2007. - Т. 11, № 4. - С. 9-35.
2. Волокитина Е.А., Колотыгин Д.А. Особенности первичной и ревизионной имплантации бесцементного тазового компонента при диспластическом коксартрозе // Травматология и ортопедия России. - 2009. - № 3. - С. 119-121.
3. Закиров Р.Х., Зарипов Р.А., Коноплев Ю.Г., Митряйкин В.И., Саченков О.А. Диагностика асептического некроза головки бедренной кости с использованием спиральной компьютерной и магнитно-резонансной томографии и применение математического моделирования при планировании операции по эндопротезированию тазобедренного сустава // Практическая медицина. Казань, 2012. - С. 63-68.
4. Мазуренко А.В., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Плиев Д.Г., Денисов А.О. Безопасное эндопротезирование при диспластическом коксартрозе // Риски в современной травматологии и ортопедии: материалы межрегион. науч.-практ. конф. с междунар. участием, посвященной памяти профессора А.Н. Горячева. - Омск, 2013. - С. 38.
5. Неверов В.А., Закари С.М. Ревизионное эндопротезирование тазобедренного сустава. - СПб.: Образование, 1997. - 112 с.
6. Тихилов Р.М. Руководство по эндопротезированию / под ред. Р.М. Тихилова, В.М. Шаповалова. -СПб.: РНИИТО им. Р.Р. Вредена, 2008. - 324 с.
7. Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Николаев Н.С., Цыбин А.В., Мазуренко А.В. Эндопротезирование тазобедренного сустава при высоком вывихе бедра // IX съезд травматологов-ортопедов: сб. тезисов: в 3 т. - Саратов: Научная книга, ФГУ «Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии», 2010. - Т. II. - С. 538-539.
8. Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Мазуренко А.В., Митряйкин В.И., Саченков О.А., Кузин А.К., Денисов А.О., Плиев Д.Г., Бояров А.А., Коваленко А.Н. Экспериментальное обоснование установки ацетабулярного компонента с недопокрытием при эндопротезировании пациентов с тяжелой степенью дисплазии // Травматология и ортопедия России. - 2013. - № 4(70). - С. 42-51.
9. Anderson M.J., Harris W.H. Total hip arthroplasty with insertion of the acetabular component without cement in hips with total congenital dislocation or marked congenital dysplasia // J. Bone Joint Surg. -1999. - Vol. 81. - P. 347-354.
10. Atilla B. Position of the acetabular component determines the fate of femoral head autografts in total hip replacement for acetabular dysplasia // J. Bone Joint Surg. - 2007. - Vol. 7. - P. 874-878.
11. Bekta§er B. Total hip arthroplasty in patients with osteoarthritis secondary to developmental dysplasia of the hip: results after a mean of eight-year follow-up // Acta Orthop. Traumatol. Turc. - 2007. - Vol. 2. -P. 108-112.
12. Bicanic G., Delimar D., Delimar M., Pecina M. Influence of the acetabular cup position on hip load during arthroplasty in hip dysplasia // Int. Orthop. - 2009. - Vol. 33, № 2. - P. 397-402.
13. Delbarre J.C. Total hip arthroplasty after proximal femoral osteotomy: 75 cases with 9-year follow-up // Rev. Chir. Orthop. - 2002. - Vol. 88, № 3. - P. 245-256.
14. Engesaeter L.B., Furnes О., Havelin L.I. Developmental dysplasia of the hip - good results of later total hip arthroplasty: 7135 primary total hip arthroplasties after developmental dysplasia of the hip compared with 59774 total hip arthroplasties in idiopathic coxarthrosis followed for 0 to 15 years in the Norwegian Arthroplasty Register // J. Arthroplasty. - 2008. - Vol. 23, № 2. - P. 235-240.
15. Garvin K.L., Bowen M.K., Salvati E.A., Ranawat C.S. Long-term results of total hip arthroplasty in congenital dislocation and dysplasia of the hip: a follow-up note // J. Bone Joint Surg. (Am). - 1991. -Vol. 73. - P. 1348-1354.
16. Gross A.E., Allan D.G., Catre M., Garbuz D.S., Stockley I. Bone grafts in hip replacement surgery: the pelvic side // Orthop. Clin. North America. - 1993. - Vol. 24. - P. 679-695.
17. Jasty M., Anderson M.J., Harris W.H. Total hip replacement for developmental dysplasia of the hip // Clin. Orthop. Relat. Res. - 1995. - Vol. 311. - P. 40-45.
18. Li J. Total hip arthroplasty for patients with osteoarthritis secondary to hip developmental dysplasia // Zhonghua Wai Ke Za Zhi. - 2005.- Vol. 43, № 4. - P. 255-258.
19. Rogers B.A., Garbedian S., Kuchinad R.A. Total hip arthroplasty for adult hip dysplasia // J. Bone Joint Surg. (Am). - 2012. - Vol. 94. - P. 1809-1821.
20. Shi Z.C., Li Z.R., Sun W. Acetabular component centralization in total hip arthroplasty for acetabular dysplasia // Zhonghua Wai Ke Za Zhi. - 2004. - Vol. 42, № 23. - P. 1412-1415.
21. Zhang X., Zhou Y., Ren X. Total hip arthroplasty for treatment of developmental dysplasia of the hip // Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. - 2006. - Vol. 20, № 6. - P. 647-650.
EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE INFLUENCE OF THE DEGREE OF UNDERCOVERAGE OF THE ACETABULAR COMPONENT ON THE LOAD- BEARING CAPACITY OF THE IMPLANT
Yu.G. Konoplev (Kazan, Russia), A.V. Mazurenko (Cheboksary, Russia), V.I. Mitryaikin,
O.A. Sachenkov (Kazan, Russia), R.M. Tikhilov (Saint-Petersburg, Russia)
The aim of the work was to estimate the critical value of undercoverage of the acetabular component, which allows for its implantation without using additional support. The relevance of this study is determined by the clinical practice and the absence of clear recommendations about the tactics of hip replacement with an undercoverage of the acetabular component. Based on an original method for intraoperative measurement of the undercoverage area of the acetabular component, we carried out preliminary calculations for a plane parametric model to pre-estimate the critical range of undercoverage. Together with practicing traumatolagists and orthopaedists, we planned and conducted an experiment that allowed us to obtain the permissible values of undercoverage of the acetabular component, which allow for the functioning of the replaced joint under static load. During the experiments, we studied how the acetabular component loses its bearing capacity. We also assessed the influence of screw fixation on the load-bearing capacity of the implant. The experimental studies made it possible to formulate recommendations for replacement surgery for acetabular dysplasia: when the degree of undercoverage is less than 20% the implant retains its load-bearing capacity; when it reaches 35% screw fixation of the acetabular component is reccommended; the undercoverage of more than 35% does not guarantee stabilization of the acetabular component in the joint.
Key words: hip replacement, dysplasia, experiment, contact ineraction, measurement of undercoverage of the acetabular component.
Получено 26 января 2014
