CC BY
43
ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ
Ujash Sheth - MD MSc,
Department of Surgery
University of Toronto Sports Medicine
Program at Women's College Hospital,
Toronto, Ontario, Canada
Address: 27 King's College Circle, M5S 1A1,
Toronto, ON, Canada
Telephone: 416 978 6457
E-mail: ac.demq@htehsu
У. Шет1, Дж. Теодоропулос1, 2, Дж. Абуали1, 3
Использование трехмерной печати для предоперационного планирования при лечении рецидивирующей передней нестабильности плечевого сустава
U. Sheth1, J. Theodoropoulos1, 2, J. Abouali1, 3 Use of 3-dimensional printing for preoperative planning in the treatment of recurrent anterior shoulder instability
1 University of Toronto Sports Medicine Program at Women's College Hospital, Toronto, Ontario, Canada
2 Division of Orthopaedic Surgery, Mount Sinai Hospital and the University Health Network, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada
3 Division of Orthopaedic Surgery, Toronto East General Hospital, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada
Recurrent anterior shoulder instability often results from large bony Bankart or HillSachs lesions. Preoperative imaging is essential in guiding our surgical management of patients with these conditions. However, we are often limited to making an attempt to interpret a 3-dimensional (3D) structure using conventional 2-dimensional imaging. In cases in which complex anatomy or bony defects are encountered, this type of imaging is often inadequate. We used 3D printing to produce a solid 3D model of a glenohumeral joint from a young patient with recurrent anterior shoulder instability and complex Bankart and Hill-Sachs lesions. The 3D model from our patient was used in the preoperative planning stages of an arthroscopic Bankart repair and remplissage to determine the depth of the HillSachs lesion and the degree of abduction and external rotation at which the HillSachs lesion engaged.
1 Программа изучения спортивной медицины
при Университетской женской клинике Университета Торонто, Торонто, Онтарио, Канада
2 Отделение ортопедической хирургии, Клиника горы Синай и Университетская сеть медицинских учреждений, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада
3 Отделение ортопедической хирургии, Восточная многопрофильная клиника Торонто, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада
Рецидивирующая передняя нестабильность плечевого сустава часто возникает в результате обширных костных повреждений Банкарта или Хилла-Сакса. Для определения тактики хирургического лечения пациентов с этими состояниями важна предоперационная визуализация. Однако часто мы сталкиваемся с проблемой интерпретации трехмерной (3D) структуры на основании результатов традиционной двумерной визуализации. В ситуациях, когда врачи сталкиваются со сложной анатомией или костными дефектами, данного типа визуализаций часто недостаточно. Мы использовали 3D-печать для изготовления монолитной 3D-модели лопаточно-плечевого сустава молодого пациента с рецидивирующей передней нестабильностью плечевого сустава и сложным повреждением Банкарта и Хилла-Сакса. 3D-модель сустава нашего пациента использовали на этапе предоперационного планирования артроскопической пластики и ремплиссажа повреждения Банкарта с целью определения глубины дефекта при повреждении Хилла-Сакса, а также степени абдукции и наружной ротации, при которой возникает соприкосновение с данным повреждением.
Предоперационная визуализация играет ключевую роль при выявлении сопутствующих патологий и хирургическом планировании у пациентов с рецидивирующей передней нестабильностью плечевого сустава. Для оптимальной визуализации дефектов используется рентгенография в специальных проекциях: при повреждении Хилла-Сакса — это проекция Stryker notch и переднезадняя проекция с наружной ротацией, для костных дефектов Банкарта — проекция West Point [1, 2]. Помимо стандартной рентгенографии для выявления патологических изменений суставной губы и разрывов сухожилий мышц вращательной манжеты может использоваться магнитно-резонансная томография (МРТ) [1]. Стандартом для изменения костного дефекта гленоидальной впадины в настоящее время является компьютерная томография (КТ), при этом для оценки потерь костной ткани применяют результаты ЗБ-реконструкции с удалением головки плечевой кости цифровым методом [3, 4]. Тем не менее «золотым стандартом» для определения объема костного дефекта гленоидальной впадины остается непосредственная визуальная оценка в ходе артроскопии.
Несмотря на вышеперечисленные технические достижения в области визуализации, при помощи этих методов возможно получение только двухмерного изображения трехмерного объекта (на мониторе). Это ограничивает возможности хирурга в понимании анатомии. Решением данной проблемы стало быстрое создание модели или ЗБ-печать. Для изготовления монолитных физических ЗБ-моделей разных объектов применяется система автоматизированного проектирования (САПР) [5]. Ранее уже описывалось ее использование в ортопедической хирургии в качестве средства для планирования операций на позво-
ночнике и при травмах [6, 7]. Тем не менее до настоящего времени не описано применение быстрого создания модели для предоперационного планирования в лечении нестабильности плечевого сустава. Таким образом, мы представляем информацию о своем опыте создания модели плечевого сустава при помощи ЗБ-печати у пациента с сложным анамнезом, включающим рецидивирующую переднюю нестабильность плечевого сустава и обширный костный дефект в результате повреждения Банкарта.
Клинический случай
29-летний мужчина поступил с рецидивирующим передним вывихом плечевого сустава доминантной руки. Первоначальный вывих произошел в 18 лет во время бросания снежка. В приемном отделении ему была выполнена репозиция в условиях седации с сохранением сознания. В дальнейшем отмечалось более 20 связанных и не связанных с травмами эпизодов переднего вывиха или подвывиха. При помощи 6-месячного курса физиотерапии добиться облегчения симптоматики не удалось. В ходе осмотра плечевого сустава был получен положительный результат пробы на предчувствие вывиха, теста на вправление вывиха и surprise-теста, а также отрицательные результаты для симптома суба-кромиальной борозды, пробы О'Брайена и маховой пробы. Оценка гипермобильности по Байтону (Beighton) была равна 4 баллам из 9 возможных [8].
В предоперационный период была выполнена рентгенография, КТ и МРТ (рис. 1—3). Также было выполнено преобразование результатов КТ в ЗБ-изображение (рис. 4). По данным визуализации был обнаружен передненижний разрыв суставной
А Б В
Рис. 1. Рентгенограммы правого плечевого сустава в (А) переднезадней, (Б) чрезлопаточной и (В) аксиллярной проекции. В аксиллярной проекции видны крупный дефект Хилла-Сакса (красная стрелка) и мелкий дефект Банкарта (черная стрелка)
А Б
Рис. 2. Компьютерная томография правого плечевого сустава в (А) корональной и (Б) аксиллярной проекции. В корональной проекции виден мелкий костный дефект Банкарта (синяя стрелка), в аксиллярной проекции - крупный дефект Хилла-Сакса (красная стрелка)
Рис. 3. Магнитно-резонансная томография правого плечевого сустава в (А) аксиллярной и (Б) сагиттальной проекции. В аксиллярной проекции виден крупный дефект Хилла-Сакса (красная стрелка), в сагиттальной проекции - мелкий костный дефект Банкарта (синяя стрелка)
А Б В
Рис. 4. Трехмерная реконструкция правого плечевого сустава на основании результатов компьютерной томографии: верхняя, (Б) косая и (В) переднезадняя проекция. В верхней проекции виден крупный дефект Хилла-Сакса (стрелка)
Рис. 5. Монолитная полученная на 3D-принтере модель правого плечевого сустава: передняя проекция, (Б) сагиттальная проекция со снятой головкой плечевой кости и видимым костным дефектом Банкарта (синяя стрелка), (В) верхняя проекция и (Г) верхняя проекция головки плечевой кости с крупным дефектом Хилла-Сакса (красные стрелки)
Рис. 6. Интраоперационная подготовка к выполнению процедуры
А
Б
губы в положении 2—5 на часах, частично фиксированный костный фрагмент Бан-карта и обширный дефект Хилла-Сакса на головке плечевой кости. Несмотря на детальную 3D-реконструкцию, подготовленную на основании КТ, сохранялись проблемы с адекватным определением глубины дефекта. В результате данные, полученные в ходе КТ, были использованы для быстрого создания 3D-модели плечевого сустава пациента с помощью программного обеспечения САПР (InVeevo Health, Торонто, Онтарио, Канада) (рис. 5). При помощи этой модели в дальнейшем вычисляли объем потерь костной ткани головки плечевой кости и гленоидальной впадины, а также градусы абдукции и наружной ротации при которых возникает соприкосновение с повреждением типа Хилла-Сакса (engagement/engaged defect). Соприкосновение возникало при наружной ротации на 60° и абдукции на 90°, а также при наружной ротации на 90° и 0° абдукции.
С целью выбора между артроскопиче-ской или открытой стабилизацией плечевого сустава мы попытались определить индекс тяжести нестабильности (ISIS) [9]. Пациент был старше 20 лет, более не участвовал в спортивных соревнованиях и не занимался контактными видами спорта, таким образом, общий пограничный балл ISIS был равен 5. Несмотря на данную оценку ISIS, у нас сохранялись сомнения по поводу оптимального плана оперативного лечения. Вследствие этого для разработки плана операции мы прибегли к использованию напечатанной 3D-модели. Поскольку на 3D-модели дефект гленоидальной кости был <25%, а дефект Хилла-Сакса на 15% глубже радиуса головки плечевой кости, приняли решение о проведении артроскопической операции Бан-карта с процедурой ремплиссажа [10, 11].
Монолитную ЗБ-модель мы также использовали для уточнения требуемого для процедуры ремплиссажа количества шовных якорей, в том числе для размещения в области повреждения Хилла-Сакса.
Методика хирургического лечения
Позиционирование пациента и диагностическая артроскопия
После предоперационного введения антибиотиков пациент под общим наркозом был помещен в положение «в шезлонге». До начала процедуры проведено обследование под наркозом. Для введения артроскопа сформирован стандартный задний портал (рис. 6). Далее выполнена диагностическая артроскопия для оценки величины разрыва губы и костных дефектов плечевой кости и гленоидальной впадины (рис. 7), а также для выявления прочих внутрисуставных патологических изменений. В ходе артро-скопии выявлен дефект Хилла-Сакса, соприкасавшийся с дефектом гленоидальной впадиныпритехжеуглахабдукциии наружной ротации, что были установлены в ходе предоперационного планирования на ЗБ-мо-дели (рис. 8). В ротаторный интервал были введены 2 канюли Twist-In (Arthrex, Нейплс, Флорида): одна — непосредственно под сухожилием длинной головки двуглавой мышцы, вторая — над сухожилием подлопаточной мышцы.
Операция Банкарта
По данным диагностической артро-скопии, костный дефект Банкарта был расценен как минимальный; было принято решение о его включении в операцию.
Рис. 7. В ходе диагностической артро-скопии через задний портал были обнаружены повреждение GLAD (хрящевой отрыв губы от гленоида) и костный дефект Банкарта
Рис. 8. Монолитная полученная на 3й-принтере модель правого плечевого сустава в положении наружной ротации с полным контактом с повреждением типа Хилла-Сакса
Первый якорь с-
i
Рис. 9. Вид через передневерхний портал для артроскопа во время установки первого шовного якоря (вводимого через заднебоковой портал). Область дефекта Хилла-Сакса на трехмерной модели выделена красным (углубление), желтыми кругами обозначено положение 3 шовных якорей
Для этого суставную губу приподняли над медиальной частью гленоида при помощи элеватора. Далее распатором и шей-вером была подготовлена гленоидальная поверхность. Якоря были введены вдоль поверхности гленоида на 1, 3 и 5 ч. Для проведения шовного материала через губу использовался 45° SutureLasso (Arthrex), в результате капсула была смещена в нижневерхнем направлении. Далее капсулу фиксировали при помощи артроскопиче-ских узлов SMC.
Процедура ремплиссажа
Через заднебоковой портал был введен артроскоп, а в задний портал помещена канюля Twist-In. При помощи распатора и шейвера было подготовлено костное ложе в области соприкосновения с дефектом Хилла-Сакса. Далее в этот дефект был установлен 5,0 мм якорь Corkscrew (Arthrex) (рис. 9). Канюля была выведена из плечевого сустава в экстракапсулярное положение. Через канюлю и далее через сухожилие подостной мышцы был проведен инструмент BirdBeak (Arthrex) для захвата шва. Этот процесс повторили для захвата другого конца шовного материала. Далее завязали узел SMC с целью перемещения сухожилия подостной мышцы к дефекту Хилла-Сакса (т.е. выполнен те-нодез). В место повреждения Хилла-Сакса был установлен второй якорь Corkscrew, и для создания второй точки фиксации повторен второй этап. Артроскоп был обратно введен через задний портал, плечо переведено в положение абдукции и наружной ротации. Контакт дефекта Хилла-Сакса с участком после гленоидальной впадины стал невозможен.
После операции пациенту на 6 нед был наложен ортез с фиксацией в положении внутренней ротации, сразу после вмешательства были начаты упражнения на увеличение амплитуды пассивных движений. Через 6 нед были начаты активные упражнения на увеличение амплитуды активных движений и на сопротивление. Через 6 мес наблюдения у пациента восстановилась полная амплитуда движений за исключением дефицита наружной ротации на 15%, кроме того, была восстановлена сила мышц вращательной манжеты в полном объеме; дальнейших эпизодов нестабильности не отмечено.
Обсуждение
Использование 3Б-печати благодаря созданию реального трехмерного объекта позволяет избежать множества ограничений, свойственных двумерной визуализации [5]. Процесс создания 3Б-модели включает 3 основных этапа: получение изображения, его постобработка и быстрое создание модели [5]. Вначале при помощи КТ или МРТ получают изображения, далее их переносят на специальную рабочую станцию для постобработки изображений, на которой выполняются 3Б-сегментация и визуализация с целью получения модели САПР для данной структуры. Последний этап — это изготовление на основании полученной модели монолитного трехмерного объекта при помощи послойной печати на 3 Б-принтере [5]. В настоящее время существует 5 общепринятых методик быстрого создания моделей: стереоли-тография, селективное лазерное спекание, моделирование методом наплавления, изготовление объектов с использованием ламинирования и трехмерная струйная печать. Каждому из них присущи свои достоинства и недостатки, включая различную степень точности и стоимость [5].
В нашем клиническом случае быстрое создание модели позволило определить степень потерь костной ткани вследствие повреждений Хилла-Сакса и Банкарта. Возможность установить глубину костного дефекта на основании модели помогла выбрать правильную тактику хирургического лечения нашего пациента. Эта модель также была полезна с точки зрения предоперационной имитации и определения мест установки и количества шовных якорей, которые должны потребоваться в ходе операции. Хотя мы не отметили подобного эффекта, согласно недавним сообщениям о клинических случаях в ортопедии и травматологии, предоперационное использование моделей, полученных при помощи 3Б-печати, уменьшало время операции, продолжительность наркоза, интраопе-рационную кровопотерю, а также обеспечивало лучшую репозицию сложных переломов [12]. Кроме того, изготовленная модель использовалась в качестве средства обучения для студентов и ординаторов в операционной.
Несмотря на безусловные достоинства технологии 3 Б-печати существует и ряд ограничений. Одним из недостатков являются временные затраты на создание
3Б-модели. Часто для ее подготовки требуется несколько часов, т.е. 3Б-печать в неотложных ситуациях невозможна [12]. Кроме того, препятствием к широкому использованию подобного подхода являются проблемы с доступностью и стоимостью 3Б-печати. Затраты варьируются в зависимости от методики моделирования, а также от объема и размеров 3Б-модели [5]. Например, стоимость модели плечевого сустава в нашем исследовании составила примерно $150, а стоимость модели таза взрослого человека может достигать $1100,6. В то же время эти расходы могут компенсироваться экономией, связанной с уменьшением времени операции [12]. В заключение следует отметить, что ценность 3Б-печати в предоперационном планировании для процедур артроскопической стабилизации ограничена из-за отсутствия окружающих мягких тканей; в результате этого модель не может точно воспроизводить интрао-перационную картину. 3Б-моделирование помогло нам в предоперационном планировании, поскольку оно позволило лучше оценить глубину и размер костных дефектов у нашего пациента с рецидивирующей нестабильностью плечевого сустава (см. таблицу).
Преимущества и недостатки изготовленных при помощи 3D-печати моделей с точки зрения их использования в лечении пациентов с рецидивирующей передней нестабильностью плечевого сустава
Преимущества Ограничения
Формируется реальное трехмерное изображение объекта, более простое для понимания Недостаточно широкое распространение 3D-принтеров
Можно наглядно измерить величину дефекта костной ткани Для изготовления модели требуется несколько часов
Обеспечивается более точная оценка глубины повреждения Хилла-Сакса Затраты могут варьироваться в зависимости от методики изготовления модели, ее объема и размеров
Данная модель служит в качестве средства предоперационного планирования, а также для определения мест установки шовных якорей Отсутствуют окружающие мягкие ткани; таким образом, модель не позволяет оценить среду выполнения операции
Данная модель служит в качестве средства для обучения специалистов
Примечание: 3Б — трехмерный. Медицинское образование и профессиональное развитие №3 (25) 2016
Конфликт интересов
Авторы сообщили об отсутствии каких-либо конфликтов интересов в связи с авторством и публикацией этой статьи.
Сведения об авторах
Уйас Шет — доктор медицины, магистр наук, Программа изучения спортивной медицины при Университетской женской клинике Университета Торонто, Торонто, Онтарио, Канада
E-mail: ac.demq@htehsu
Джон Теодоропулос — доктор медицины, помощник по административной работе, программа изучения спортивной медицины при Университетской женской клинике и Отделение ортопедической хирургии, Клиника горы Синай и Университетская сеть медицинских учреждений Университета Торонто, Торонто, Онтарио, Канада Email: [email protected]
Джихад Абуали — хирург-ортопед отделения ортопедической хирургии, Восточная многопрофильная клиника Торонто, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада E-mail: [email protected]
^HTepaTypa/Reierenees
1. Gill T.J., Zarins B. Open repairs for the treatment of anterior shoulder instability. Am J Sports Med. 2003; Vol. 31: 142-53.
2. Pavlov H., Warren R.F., Weiss C.B. Jr., Dines D.M. The roentgenographs evaluation of anterior shoulder instability. Clin Orthop Relat Res. 1985; Vol. 194: 153-8.
3. Sugaya H., Moriishi J., Dohi M., Kon Y., et al. Glenoid rim morphology in recurrent anterior glenohumeral instability. J Bone Joint Surg Am. 2003; Vol. 85: 878-84.
4. Saito H., Itoi E., Sugaya H., Minagawa H., et al. Location of the glenoid defect in shoulders with recurrent anterior dislocation. Am J Sports Med. 2005; Vol. 33: 889-93.
5. McGurk M., Amis A.A., Potamianos P., Goodger N.M. Rapid prototyping techniques for anatomical modelling in medicine. Ann R Coll Surg Engl. 1997; Vol. 79: 169-74.
6. Hurson C., Tansey A., O'Donnchadha B., Nicholson P., et al. Rapid prototyping in the assessment, classification and preoperative planning of acetabular fractures. Injury. 2007; Vol. 38: 1158-62.
7. Lu S., Xu Y.Q., Lu W.W. A novel patient-specific navigational template for cervical pedicle screw placement. Spine. 2009; Vol. 34: E959-66.
8. Beighton P.H., Solomon L., Soskolne C.L. Articular mobility in an African population. Ann Rheum Dis.1973; Vol. 32: 413.
9. Balg F., Boileau P. The instability severity index score. A simple pre-operative score to select patients for arthroscopic or open shoulder stabilisation. J Bone Joint Surg Br. 2007; Vol. 89: 1470-7.
10. Boileau P., O'Shea K., Vargas P., Pinedo M., et al. Anatomical and functional results after arthroscopic HillSachs remplissage. J Bone Joint Surg Am. 2012; Vol. 94: 618-26.
11. Lo I.K.Y., Parten P.M., Burkhart S.S. The inverted pear glenoid: An indicator of significant glenoid bone loss. Arthroscopy. 2004; Vol. 20: 169-74.
12. Bagaria V., Deshpande S., Rasalkar D.D., Kuthe A., et al. Use of rapid prototyping and three-dimensional reconstruction modeling in the management of complex fractures. Eur J Radiol. 2011; Vol. 80: 814-20.
