CC BY
74
УДК 616.728.2-089.28-06-073.756.8
Возможности магнитно-резонансной томографии в диагностике осложнений тотальной артропластики тазобедренного сустава с парой трения металл-металл
А.А. Вергай1, В.В. Даниляк2, В.В. Ключевский1, С.И. Гильфанов1, Вас.В. Ключевский1, 2, М.А. Молодов2, И.Е. Шпунт3
1ГБОУ ВПО «Ярославская государственная медицинская академия», ректор - дм.н, профессор А.В. Павлов
2ГБУ ЯО «Ярославский областной клинический госпиталь ветеранов войн - международный центр по проблемам пожилых людей «Здоровое долголетие», главный врач - засл. врач РФ В.Г. Герасимов
3ООО «Лечебно-диагностический центр Международного института биологических систем - Ярославль», директор Н.В. Барышникова г. Ярославль
Цель исследования - диагностика изменений в перипротезных тканях у пациентов после замещения тазобедренного сустава эндопротезами с парой трения металл-металл и головками большого диаметра.
Материал и методы. С 2007 по 2009 г. 119 пациентам имплантировано 134 эндопротеза тазобедренного сустава ASR XL head - Corail. Результаты эндопротезирования изучены у 94 пациентов (105 суставов или 81,4 %). Средний срок наблюдения - 62±3 месяца. МРТ выполнена 12 пациентам (13 эндопротезов), результаты были сопоставлены с результатами МРТ контрольной группы, которую составил 21 больной с 24 аналогичными эндопротезами, не имеющий жалоб и клинических отклонений.
Результаты. Определён вариант нормального состояния перипротезных тканей. Выявлены изменения вокруг 10 эн-допротезов. Разработаны настройки для сканирующего оборудования, улучшающие качество изображения.
Выводы. Для дифференцирования патологического процесса пациентам после тотальной артропластики тазобедренного сустава с парой трения металл-металл показано выполнение магнитно-резонансной томографии. Для повышения информативности МРТ необходимы специальные настройки томографа.
Ключевые слова: эндопротезирование, осложнения, псевдоопухоль, магнитно-резонансная томография, пара трения металл-металл.
THE POSSIBILITIES OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING IN THE DIAGNOSTICS OF COMPLICATIONS AFTER METAL-ON-METAL HIP ARTHROPLASTY
A.A. Vergay1, V.V. Danilyak2, V.V. Klyuchevskiy1, S.I. Gil'fanov1, Vas.V. Klyuchevskiy1,2, M.A. Molodov2, I.E. Shpunt3
1 Yaroslavl State Medical Academy, rector - A.V. Pavlov, MD Professor
2 Yaroslavl Regional Hospital for War Veterans - International Centre for the elderly "Healthy Longevity", Head doctor - V.G. Gerasimov, MD
3Diagnostic Treatment Centre of International Institute of Biological Systems - Yaroslavl, director - N.V. Baryshnilova
Objective: to find adverse periprosthetic local tissue reactions after metal-on-metal hip arthroplasty with ASR XL heads. Material and methods: 119 patients with 134 ASR XL head - Corail prostheses were treated in 2007-2009. The results were studied in 94 cases (105 prostheses) - 84%. Average follow-up time consisted 62 ± 3 months. MRI was performed in 12 patients (13 hips) who had clinical nonsatisfaction. Obtained data were compared with 21 MRI (24 hips) of controlled group with good and perfect clinical results.
Results. We found variations of normal periprosthetic tissue condition. Adverse reactions were identified in 10 cases. To improve the quality of pictures we developed special MRI adjustments and regimes of work.
Conclusion: MRI diagnostics is indicated for the patients with metal-on-metal total hip arthroplasty in order to identify adverse local tissue reactions. The improvement of picture quality needs special adjustment of MRI equipment.
Key words: hip replacement, complications, pseudotumor, MRI, ASR XL heads.
Введение
Магнитно-резонансная томография (МРТ) -это широко распространенный и высокоинформативный метод обследования пациентов орто-педо-травматологического профиля, который является стандартным для диагностики нежелательных реакций со стороны мягких тканей в зоне тотального эндопротеза тазобедренного сустава. Проведение МРТ пациентам, которым имплантированы протезы с парой трения металл-металл, особенно с головками диаметром более 36 мм, в течение первых 5 лет после операции считается обязательной процедурой в США и странах Европы [3, 9, 10, 13].
Это исследование позволяет диагностировать псевдоопухоли - доброкачественные увеличения объема тканей неопухолевой природы, но напоминающие опухоль, а также патологическую реакцию мягких тканей на продукты износа в виде асептического воспаления. Псевдоопухоль может стать причиной лизиса кости, окружающей имплантат, нестабильности эндопротеза, а в худшем случае - субстратом для присоединения инфекции [2, 4, 8, 10, 11].
В России МРТ-диагностика больных после эндопротезирования крупных суставов (как, впрочем, и с любыми внутренними фиксаторами) обычно не проводится.
Целью работы явилось обследование больных с эндопротезами ASR XL head - Corail и создание алгоритма диагностики патологической реакции перипротезных тканей на продукты износа металл-металлических пар трения посредством МРТ.
Материал и методы
С января 2007 по февраль 2009 г. 119 пациентам имплантировано 134 эндопротеза тазобедренного сустава ASR XL head - Corail (15 оперированы одномоментно последовательно с двух сторон). Все вмешательства выполнены одной хирургической бригадой из заднего доступа Кохера - Лангенбека. Эндопротезы ASR XL head (DePuy, Johnson&Johnson) были отозваны компанией в 2010 г. ввиду высокой вероятности развития осложнений.
В раннем послеоперационном периоде у одного пациента возникли рецидивирующие вывихи вследствие ошибки при ориентировании чашки; ему произведена ревизия ацетабу-лярного компонента с заменой пары трения на CoCrMo (LFIT) - поперечносвязанный полиэтилен. У другого больного через 6 месяцев при повторной травме образовалась инфицированная гематома в средней трети бедра с последующим распространением на зону эндопротеза. У
третьего пациента позднее инфицирование развилось через 37 месяцев после операции. С целью купирования инфекции обоим пациентам выполнены двухэтапные ревизионные вмешательства. Двое больных умерли от различных причин, не связанных с тотальной артропласти-кой. Все 5 перечисленных наблюдений не вошли в исследование.
Из оставшихся 114 пациентов результаты эндопротезирования изучены у 94 (105 суставов - 81,4%); 14 человек отказались от обследования, сославшись на удовлетворительное самочувствие, шестеро потеряны для исследования (смена места жительства, отсутствие контактной информации). Средние сроки наблюдения составили 62±3 месяца.
Нами оценивались клинико-функциональ-ные исходы по шкале W. Harris и цифровые рентгенограммы оперированного тазобедренного сустава.
Двенадцать пациентов (13 эндопротезов) высказали неудовлетворенность результатами операции. Все они жаловались на боли в паховой и ягодичной областях, появившиеся в сроки от 2 до 4,5 лет после эндопротезирования на фоне полного благополучия. Большинство из них нуждалось в постоянном приеме обезболивающих препаратов и НПВС. У 9 отмечалась выраженная хромота, 7 человек пользовались тростью. Средняя оценка по шкале W. Harris была низкой (65,7 баллов) в связи с ограничениями в объеме движения и самообслуживании, подъеме и спуске по лестнице, пользовании общественным транспортом.
Рентгенологическое обследование больных выявило явные признаки нестабильности аце-табулярного компонента в 6 наблюдениях. У одного пациента отмечались значимые патологические изменения проксимального отдела бедра вокруг латерализованной ножки Corail в виде рентгенонегативных линий и остеолиза большого вертела (рис. 1).
Дополнительно у пациентов с низкими кли-нико-функциональными результатами выявляли уровень ионов кобальта и хрома в плазме крови. Кроме того, для определения состояния перипротезных мягких тканей этим больным выполняли МРТ области таза. Учитывая отсутствие опыта проведения подобного обследования у пациентов с эндопротезами и незначительность выборки, для определения варианта нормы МРТ также была выполнена 21 пациенту с 24 аналогичными эндопротезами, не имеющему жалоб и клинических отклонений (группа контроля). Таким образом, всего обследовано 32 человека с 37 имплантатами ASR XL head -Corail (р>0,05).
методы исследований
Рис. 1. Рентгенограммы пациента Е., 60 лет: а — замещение правого тазобедренного сустава эндопротезом ASR XL head — Corail; б — 12 месяцев после операции: признаки остеоинтеграции ножки чашки эндопротеза, отсутствие патологических изменений костной ткани вокруг имплантата; в — через 48 месяцев: линии резорбции кости вокруг проксимальной части ножки Corail, остеолиз зоны большого вертела
Нами использовался магнитно-резонансный томограф «Siemens Magnetom Symphony» (Siemens AG) с индукцией магнитного поля 1,5 Т. Данный тип оборудования не имел профессиональной программы MARS (metal artifact reduction sequences), поэтому с целью уменьшения искажений и наводок, вызванных металлическими имплантатами, была разработана оптимальная по информативности и времени программа исследования.
Сначала проводилась визуализация обследуемой области в трех плоскостях и определялись зоны, подлежащие томографии. Это позволяло получить достоверную информацию о пространственной локализации патологических изменений. Учитывая вид операционного доступа (задний), томографические срезы позиционировались дорзальнее обычных, на уровне вершины большого вертела.
Наиболее информативными режимами исследования являлись аксиальные T1- и Т2-взвешенные изображения, а также фронтальное Т2-взвешенное изображение. Они позволяли объективно выявить патологические новообразования, дефекты мышц и костей, а также скопления жидкости и отеки мягких тканей. Высокая разрешающая способность и контрастность изображения обеспечивалась посредством TSE (Turbo Spin Echo) протокола, существенно снижающего искажения от металлических артефактов. Диаметральная противоположность гипер- и гипоинтенсивности одних и тех же сигналов в разных режимах облегчала определение природы патологических процессов. Для диф-ференцировки жировой дистрофии мышц от их воспаления и отёка использовалось фронталь-
ное Т2-взвешенное изображение в режиме FS (fat saturation - жироподавление).
Общее время МРТ составило в среднем 13 минут. Для оценки вертикальных размеров интересующих нас образований исследования дополнялись Т2-взвешенными изображениями в сагиттальной проекции. С целью изменения конфигурации артефактов и выведения их из зоны сустава меняли направление фазового кодирования коронарных срезов (рис. 2).
Используемые нами параметры настроек представлены в таблице.
Рис. 2. Устранение артефактов в проекции тазобедренного сустава: а — стандартные настройки; б — изменённые настройки
98
2013 - 3 (69)
травматология и ортопедия России
Таблица
настройки томографа «Siemens Magnetom Symphony»
Seq TR TE Tl Turbo factor FA BW Dist. Factor, % FOV Matrix Phaseres, % Phasedir Avg
Loc 10 5 N/A N/A 40 180 10/100 400 256 50 N/A 1
Ax T1 515 15 N/A 3 145 130 1/17 300 512 75 A>P 2
Ax T2 3000 67 N/A 7 150 70 8/20 400 384 75 AP 2
CorT2FS 3770 13 130 15 150 130 1/20 400 256 75 RL 1
Cor T2 3000 108 N/A 7 150 70 8/20 400 512 75 RL 2
Результаты и обсуждение
У всех пациентов в области коротких ротаторов бедра имелись рубцы, характерные для заднего операционного доступа к тазобедренному суставу. Скопление жидкости (выпот) в перипротезных тканях диагностировано у 7 человек: вокруг четырех имплантатов в исследуемой группе и вокруг трех в контрольной (рис. 3). Кроме того, у двух больных контрольной группы выявлены изменения костной ткани - многокамерная киста с жидкостным сигналом в большом вертеле и участки остеосклероза в зоне 7 по Gruen (рис. 4). У одного пациента исследуемой группы в проекции рубца визуализирован седалищный нерв с признаками перифокального отёка (рис. 5). Псевдоопухоли не выявлены ни у одного обследуемого.
Система поверхностного протезирования ASR и тотальной артропластики ASR XL head имеют ряд недостатков, которые обусловили
высокий уровень ревизионных вмешательств в среднесрочный период наблюдения. По данным Австралийского регистра за 2012 год, этот показатель составил 14,7% (12,7-17,0%) для поверхностного протезирования и 21,7% (20,3-23,2%) - для ASR XL head [4]. D. Cohen сообщил о 13% процентах ревизий данных систем [8].
Пациенты, которым имплантированы эндо-протезы ASR, нуждаются в тщательном наблюдении с использованием специфических дополнительных методов обследования, таких как МРТ-диагностика и определение ионов кобальта и хрома в плазме крови [15]. В США и Европейском Союзе изданы подробные рекомендации, содержащие алгоритм обследования этих пациентов. Кроме того, существует множество национальных протоколов ведения больных данной категории [5, 12, 20].
Рис. 3. Рентгенограммы и томограммы пациента С., 32 лет: а — эндопротезирование левого тазобедренного сустава системой ASR XL head — Corail (2007); б — срок наблюдения 57 месяцев (2012): нестабильность чашки ASR, стрелки указывают на зоны остеолиза большого вертела и бедренной шпоры; в — результаты МРТ массивный выпот в области тазобедренного сустава, распространяющийся за большой вертел под широкую фасцию бедра (указан стрелкой)
S4 LDC MIBS Yaroslavl
Izotov V.P. 1946 Sep 25 M 9351 Acc:
2012 Mar 02 itq Tm: 15:21:06.882488
512x384
LDC MIBS Yaroslavl Morgun D V 1975 Jul 30 M 18076
ДСС-
¿012 Nov 23 ' Acq Tm: 15:17:21.675018
512x384
i r
It
I ^ w
7
3000 0 108.0
EI: 7
TR 3000 0 7E: 108.0
ы
DFOV: 40.0x40 Ocm
4.Qthkffl.8sp
/Lin:DCM/ld:ID L:258
h
DFOV: 40.0 x 40.0cm
Рис. 4. Примеры изменения костной ткани: а — томограмма пациента И., 66 лет, через 56 месяцев
после операции, стрелкой показана многокамерная киста большого вертела; б — томограмма пациента М., 38 лет, через 54 месяца после операции — стрелками показаны участки остеосклероза
Рис. 5. Седалищный нерв (показан стрелками) в рубцовой ткани, частичная компрессия которого является причиной болевой симптоматики
В России радиологи мотивируют свой отказ от выполнения МРТ тем, что металлический имплан-тат, находясь в магнитном поле высокого напряжения, может нагреться, разрушиться и нанести ущерб здоровью обследуемого. Кроме того, специалисты обращают внимание на низкую информативность изображения ввиду наличия артефактов.
Относительно безопасности МРТ в каждой стране, в том числе и в России, приняты законодательные акты, регламентирующие допуск на рынок продукции медицинского назначения, предназначенной для имплантации в организм человека. В них указано, что все ортопедические эндопротезы и внутренние фиксаторы должны быть изготовлены из немагнитных металлов и сплавов, обладать инертностью в магнитном поле и пройти соответствующую сертификацию [1, 2, 18, 21, 22].
Во многих странах проводились работы, направленные на повышение информативной ценности МРТ-диагностики состояния мягких тканей и кости в зоне эндопротеза тазобедренного сустава. Их результатом явилось создание программы MARS (metal artifact reduction sequences), направленной на устранение искажений изображений и артефактов, возникающих из-за присутствия в магнитном поле металлических имплантатов [9, 14, 16, 19].
Основной целью выполнения МРТ-диагностики является выявление патологической реакции со стороны перипротезных мягких тканей, особенно таких специфических новообразований, как псевдоопухоль. После тотальной артропластики тазобедренного сустава с применением головок большого диаметра (36 мм и выше) и парой трения металл-металл
псевдоопухоли формируются в 6% наблюдений в сроки от 5 до 10 лет [10].
В исследуемой группе псевдоопухоли выявлены не были, очевидно, из-за малого количества наблюдений. Также не установлено прямой зависимости между клинической картиной и находками на томограммах в виде свободной жидкости или изменений в костной ткани. Однозначную диагностическую ценность имело лишь рубцевание мягких тканей вокруг седалищного нерва, объясняющее причину болей.
МРТ - высокочувствительный метод обследования, хотя полученные данные не всегда коррелируют с имеющейся клинической картиной. Поэтому его использование имеет смысл при наличии клинических проявлений неблагополучия со стороны эндопротеза с парой трения металл-металл.
Выводы
1. Все пациенты, перенёсшие эндопротези-рование тазобедренного сустава имплантатами с парой трения металл-металл и диаметром 36 мм и выше, нуждаются в тщательном ежегодном мониторинге в течение первых пяти лет.
2. МРТ-обследование пациентов с сертифицированными ортопедическими эндопро-тезами и внутренними фиксаторами является безопасным как для организма больного, так и для имплантата.
3. МРТ позволяет диагностировать патологические изменения перипротезных мягких тканей и костей, а также служит основным инструментом для выявления псевдоопухолей. Полученные в ходе МРТ данные не всегда коррелируют с имеющейся клинической картиной, но могут стать предвестником развития осложнений, таких как остеолиз, нестабильность и инфекция.
4. Для эффективности визуализации патологических изменений при МРТ-диагностике необходимо использование специальных настроек оборудования.
Литература
1. Имплантаты хирургические неактивные. Общие требования: ГОСТ Р ИСО 14630-2011. М.: Стандартинформ; 2011. 20 с.
Implantaty khirurgicheskiye neaktivnyye. Obshchiye trebovaniya [Non-active surgical implants. General requirements]: GOST R ISO 14630-2011. M.: Standartinform; 2011. 20 s.
2. American Society for Testing and Materials (ASTM) Designation: F 2052. Standard test method for measurement of magnetically induced displacement force on passive implants in the magnetic resonance environment. www.astm.org/Standards/F2052.htm.
3. Anderson H., Toms A.P., Cahir J.G., Goodwin R.W., Wimhurst J., Nolan J.F. Grading the severity of soft tissue changes associated with metal-on-metal hip replacements: reliability of an MR grading system. Skeletal. Radiol. 2011; 40(3):303-307.
4. Australian Orthopaedic Association, National Joint Replacement Registry, annual report 2012. AOA 2012. https://aoanjrr.dmac.adelaide.edu.au/ru/ presentations-2012f
5. Australian Orthopaedic Association. Update on metal on metal (MoM) hipreplacements.2011.http://www. aoa.org.au/Libraries/Patient_Information/Patients_ MoMUpdate_110711.sflb.ashx (accessed 21 March 2012).
6. Cahira J.G., Toms A.P., Marshall T.J., Wimhurst J., Nolan J. CT and MRI of hip arthroplasty. Clin. Radiol. 2007;62:1163-1171.
7. Chen Zh., Pandit H., Taylor A., Gill H., Murray D., Ostlere S. Metal-on-metal hip resurfacings — a radiological perspective. Eur. Radiol. 2011; 21(3):485-491.
8. Cohen D. Out of joint: The story of the ASR. BMJ. 2011; 342:d2905.
9. Cooper H.J., Ranawat A.S., Potter H.G., Li F.Foo, Jawetz Sh.T., Ranawat Chitranjan S. Magnetic resonance imaging in the diagnosis and management of hip pain after total hip arthroplasty. J. Arthroplasty. 2009;
(5):661-667.
10. Deprez P., Van den Berghe L., Demuynck M. High early revision rate due to pseudo-tumour formation in metal-on-metal large head diameter THR. AAOS 2010; Podium presentation 011.
11. Fang C.S., Harvie P., Gibbons Christopher L. M. H., Whitwell D., Athanasou N.A., Ostlere S. The imaging spectrum of peri-articular inflammatory masses following metal-on-metal hip resurfacing. Skeletal. Radiol. 2008; 37:715-722
12. Günther K.P., Schmitt J., Campbell P., Delaunay C.P., Drexler H., Ettema H.B. et al. Consensus statement "Current evidence on the management of metal-on-metal bearings" — April 16, 2012. Hip Int. 2013; 23(1):2-5.
13. Hart A.J., Sabah S., Henckel J., Lewis A., Cobb J., Sampson B., Mitchell A., Skinner J. The painful metal-on-metal hip resurfacing. J. Bone Joint Surg. 2009; 91-B
(6):738-744.
14. Hartley K.G., Damon B.M., Patterson G.T., Long J.H., Holt G.E. MRI techniques: a review and update for the orthopaedic surgeon. JAAOS. 2012; 20: 775-787.
15. Kwon Y.-M., Ostlere S.J., McLardy-Smith P., Athanasou N.A., Gill H.S., Murray D.W. "Asymptomatic" pseudotumors after metal-on-metal hip resurfacing arthroplasty prevalence and metal ion study. J. Arthroplasty. 2011; 26(40): 511-519.
16. Olsen R.V., Munk P.L., Lee M.J., Janzen D.L., MacKay A.L., Xiang Q.-S., Masri B. Metal artifact reduction sequence: early clinical applications. Radiographics 2000; 20:699-712.
17. Sabah S.A., Mitchell A.W.M., Henckel J., Sandison A., Skinner J.A., Hart A.J. Magnetic resonance imaging findings in painful metal-on-metal hips: a prospective study. J. Arthroplasty. 2011; 26(1): 71-76.e2.
18. Shellock F.G., Woods T.O., Crues J.V. MRI labeling information for implants and devices: explanation of terminology. Radiology. 2009; 253:26-30.
19. Toms A.P., Smith-Bateman C., Malcolm P.N., Cahir J., Graves M.; Optimization of metal artifact reduction (MAR) sequences for MRI of total hip prostheses. Clin. Radiology. 2010; 65:447-452.
20. U.S. Food and Drug Administration. FDA Safety Communication: Metal-on-metalHipImplants.2013. http:// www.fda.gov/MedicalDevices/Safety/AlertsandNotices/ ucm335775.htm (accessed 20 March 2013).
21. Woods T.O. Guidance for industry and FDA staff - establishing safety and compatibility of passive implants in the magnetic resonance (MR) Environment. Document issued on: August 21, 2008; http://www. fda.gov/cdrh/osel/guidance/1685.html.
22. Woods T.O. Standards for medical devices in MRI: present and future. J. Magn. Reson. Imaging. 2007; 26:1186-1189.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:
Вергай Александр Алексеевич - аспирант кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ ЯГМА e-mail: [email protected];
Даниляк Владимир Викторович - к.м.н. заведующий отделением ортопедии ЯО ОКГВВ e-mail: [email protected];
Ключевский Вячеслав Васильевич - з.д.н. РФ, д.м.н., профессор заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и ВПХ ЯГМА e-mail: [email protected];
Гильфанов Сергей Ильсуверович - д.м.н. доцент кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ ЯГМА e-mail: [email protected];
Ключевский Василий Вячеславович - к.м.н. старший ординатор отделения ортопедии ЯО ОКГВВ, доцент кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ ЯГМА e-mail: [email protected];
Молодов Михаил Александрович - ординатор отделения ортопедии ЯО ОКГВВ e-mail: [email protected];
Шпунт Илья Ефимович - врач радиолог ЛДЦ МИБС - Ярославль e-mail: [email protected].
Рукопись поступила 21.05.2013
