Компьютерная навигация при артроскопической пластике

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Компьютерная навигация при артроскопической пластике передней
крестообразной связки коленного сустава. Философия и техника
М.П. ЛИСИЦЫН1, Е.М. ЛИСИЦЫНА
Computer navigation during arthroscopic anterior crucial ligament of knee reconstruction.
Philosophy and technique
M.P. LISYTSIN, E.M. LISYTSINA
Кафедра эндоскопической хирургии ФПДО Московского государственного медико-стоматологического университета
Статья посвящена актуальной проблеме травматологии-ортопедии и особенно спортивной травматологии — хирургическому лечению повреждения передней крестообразной связки коленного сустава. Авторами освещены новые направления и технические возможности в реконструкции передней крестообразной связки с использованием навигационной
компьютерной системы OrthoPilot, B. Braun-Aesculap (ФРГ, V. 1.2 ACL) на опыте лечения 211 пациентов. Впервые в отечественной литературе подробно освещена техника выполнения компьютерной навигации при реконструкции передней
крестообразной связки коленного сустава. Система рассчитывает точки расположения центральных осей большеберцового и бедренного каналов по 15 критериям. Кроме этого компьютерная программа вычисляет изометрическую карту и
карту «синдрома соударения» трансплантата передней крестообразной связки. Показаны возможности и неоспоримые
преимущества компьютерной навигации при восстановительной операции на коленном суставе.
Ключевые слова: навигационная компьютерная система, артроскопия, пластика передней крестообразной связки.
The article is devoted to the topical issue of traumatology and orthopedics, especially of sports traumatology, – surgical management of anterior crucial ligament of knee injury. Authors highlighted new trends and technical possibilities in anterior crucial
ligament reconstruction with the use of computing system OrthoPilot, B. Braun-Aesculap (FRG, V. 1.2 ACL) on the ground of
treatment of 211 patients. For the first time, technique of computer navigation during anterior crucial ligament of knee reconstruction is thoroughly described in national literature. The system analyses points of location of central axis of tibial and
femoral channels on the basis of 15 criteria. In addition computer program estimates isometric map and map of «impingement
syndrome» of anterior crucial ligament graft. Possibilities and inarguable advantages of computer navigation during reconstructive surgery on knee are shown.
Key words: computer navigation system, arthroscopy, anterior crucial ligament plastic reconstruction.
Артроскопическая реконструкция передней
крестообразной связки (ПКС) коленного сустава
(КС) — широко распространенная операция в мировой практике общей травматологии-ортопедии
и спортивной травматологии. Однако хорошие результаты хирургического восстановления ПКС достигают лишь 75—90% [1—3]. По нашему мнению,
одной из причин этого являются хирургические
ошибки в определении топики большеберцового и
бедренного каналов и общей изометрии трансплантата ПКС.
Последнее десятилетие XX века и начало текущего столетия ознаменовалось развитием нового
технического обеспечения открытых и эндоскопических операций. Это так называемая ассистированная компьютерная навигация при выполнении операций в нейрохирургии и травматологии-ортопедии.
Хирург, выполняя эндоскопическую или артро© М.П. Лисицын, Е.М. Лисицына, 2010
Endosk Hir 2010; 4: 34
34
скопическую операцию, видит объект операции и
окружающие его анатомические образования через
эндокамеру на мониторе. Это приводит к тому, что
хирург вынужден оперировать в 2-мерной системе
ориентации, а 3-мерное объемное изображение создается им лишь мысленно. Возможно, это служит
одной из причин многочисленных хирургических
ошибок при определении тех или иных топических
ориентиров или центральных точек.
Навигационные системы позволяют создавать
3-мерное изображение как небольших фрагментов
или частей скелета человека, так и всего тела конкретного человека. Хирург во время операции использует
изображение как через эндокамеру, так и через компьютерное изображение конкретной зоны операции
в 3-мерном изображении с одновременным топированием хирургических инструментов и измерением
тех или иных данных в трех плоскостях.
Основные области применения навигационных
компьютерных систем в медицине — нейрохирур1
e-mail: lissitsyn@ramler.ru
гия, отоларингология и травматология-ортопедия. В
травматологии-ортопедии навигационные системы
используются при тотальном эндопротезировании
коленного и тазобедренного суставов; корригирующих остеотомиях; артроскопической реконструкции ПКС КС.
Большинство публикаций посвящено первому
опыту и использованию навигационных систем при
эндопротезировании коленного и тазобедренного
суставов [4—10], значительно меньше — использованию компьютерной навигации при пластике
ПКС КС [11—16]. В отечественной литературе мы
не нашли описания ни навигационных систем, ни
техники использования компьютерной навигации
при операции восстановления ПКС КС. По нашему
мнению, данная статья будет интересна и полезна
для травматологов-ортопедов, активно занимающихся в этом направлении.
Материал и методы
Мы использовали навигационную компьютерную систему OrthoPilot, B. Braun-Aesculap, ФРГ при
операции реконструкции ПКС КС у 211 пациентов
с середины 2002 г. по 2006 г. на базе Государственного медицинского центра №1 МЗ и СР РФ, в последствии Национального медико-хирургического
центра им. Н.И. Пирогова.
Навигационная компьютерная система OrthoPilot состоит из рабочей станции, педального переключателя, монитора, системы камер OrthoPilot Polaris,
активных инфракрасных передатчиков, пассивных
ригидных датчиков с цветовой маркировкой, компьютером с программным обеспечением OrthoPilot
V.1.2 ACL для восстановления ПКС и навигационными хирургическими инструментами (рис. 1).
Компьютерная навигационная система OrthoPilot с программным модулем V.1.2 ACL — система компьютерной навигации хирургических инструментов
для оптимального определения большеберцового
и бедренного каналов при операции восстановления ПКС. Необходимые для этого данные пациента
получают непосредственно в ходе операции. Связь
между пациентом и компьютером осуществляют с
помощью 2 активных инфракрасных передатчиков
и 2 пассивных датчиков, которые устанавливают
на теле пациента. Инфракрасная камера определяет местонахождение этих активных передатчиков и
пассивных датчиков и соединена с компьютером.
Система камер Polaris Hybrid фирмы «Northern Digital», ФРГ позволяет получить пространственное изображение КС и всей нижней конечности с помощью
активных инфракрасных передатчиков и пассивных
датчиков с теоретическим отклонением ±0,35 мм.
Данные, считывающиеся активными передатчиками, по проводам поступают в блок управления и
далее в компьютер. На инфракрасных передатчиках расположено по 6 диодов, которые излучают
инфракрасный свет. Для точной пространственной
локализации инфракрасных передатчиков требуется «видимость» минимум 3 диодов.
На экране монитора в окнах отдельных шагов
операции «видимость» задействованных в данное
время инфракрасных передатчиков изображается
с помощью светофоров. Если на светофоре горит
красный свет, значит не видно ни одного диода.
Если на светофоре горит желтый свет, видимы менее 3 диодов. В случае, если светофор показывает
зеленый свет, гарантирована целесообразная локализация и операция может быть продолжена. Если
при попытке подтвердить какое-либо действие один
из инфракрасных передатчиков «невидим» камерой,
т.е. соответствующий светофор показывает красный
или желтый свет, ввод информации системой игнорируется. Это позволяет получать максимально достоверные результаты измерений (рис. 2).
Инфракрасные передатчики должны быть жестко соединены с костями пациента, только при этом
Рис. 1. Компьютерная навигационная система OrthoPilot, B. Braun-Aesculap, ФРГ.
а — общий вид; б — блок управления навигации.
35
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
а
б
Рис. 2. Начало работы навигационной компьютерной системы OrtoPilot, B. Braun-Aesculap, ФРГ.
а — наведение инфракрасной камеры на объект навигации; б — загрузка программного обеспечения 1.2 ACL.
могут прослеживаться определенные размеченные
точки на теле пациента относительно положения
этих передатчиков. Хирургические инструменты
снабжены пассивными датчиками и поэтому с помощью компьютера могут быть приведены в пространственное соотношение с пациентом. Перед
использованием пассивных датчиков они должны
быть надежно укреплены к инструментам на предусмотренных для этого адаптерных штырях и оснащены пассивными одноразовыми маркерами. На
пассивных датчиках расположены по 4 пассивных
маркера, которые отражают излучаемый камерой
инфракрасный свет. По аналогии с работой активных инфракрасных передатчиков для точной пространственной ориентации пассивных датчиков
требуется «видимость» минимум 3 пассивных маркеров. На мониторе при выполнении определенных
этапов операции «видимость» задействованных в
данное время пассивных датчиков также отображается с помощью светофоров. Если на светофоре
горит красный или желтый свет, значит, либо не
видно ни одного маркера, либо камера видит менее
3 пассивных маркера. В этих ситуациях дальнейший
ввод информации в навигационную компьютерную
систему не происходит. Только когда светофор горит зеленым светом, возможны корректное введение информации и переход к следующему этапу
операции.
36
Программный модуль V 1.2, ACL OrthoPilot позволяет производить точное планирование расположения костных каналов при восстановлении ПКС с
использованием как полностью мягкотканых трансплантатов (m.semitendinosus, m. semitendinosus-gracilis), так и сухожилий кость—связка—кость (связка
надколенника с двумя костными блоками). Кинематика коленного сустава и всей нижней конечности
создает основу для изометрического расчета и расчета синдрома соударения (impindgment syndrome),
которые производятся компьютером на основании
двигательных данных нижней конечности, зарегистрированных в ходе операции. Важные анатомические структуры-ориентиры коленного сустава
учитываются хирургом посредством пальпации их
указкой, оснащенной 2 пассивными ригидными
датчиками. Прицельные направители-кондукторы
для позиционирования спицы устанавливаются
под контролем компьютера. Таким образом, удается точно спланировать расположение центральных
осей костных каналов, в которые далее проводится
трансплантат передней крестообразной связки.
Техника операции. Описав характеристику навигационной компьютерной системы OrtoPilot
Версия 1.2 ACL, мы приступаем к описанию самого хода операции реконструкции ПКС с помощью
данной системы. Операция начинается c включения
и загрузки программы ACL V1.2. Сама программа
а
в
б
г
Рис. 3. Вид фиксирующих элементов (а, б) и зоны фиксации на бедренной и большеберцовой костях (в, г).
состоит из заложенной последовательности программных шагов, вызываемых последовательно. Все
программные шаги постоянно отображаются в виде
списка на левой стороне экрана монитора. Если
программный шаг выполнен и имеются в наличии
относящиеся к нему данные измерений, соответствующий пункт меню приобретает зеленый фон.
Управление программными шагами происходит с
помощью компьютерной мыши или, что важнее,
с помощью ножной педали. Оперирующий хирург
с помощью этой педали сам выполняет последовательные программные шаги вперед или может
вернуться к предыдущим этапам операции. Это достигается нажатием правой (движение вперед) или
левой педалей (движение назад).
Сначала вводятся данные хирурга, данные пациента, текущая дата, определяется левая или правая
нижняя конечность. После стандартного укладывания пациента на спину и фиксации оперированной конечности в держателе ноги модуль OrtoPilot
Версия 1.2 ACL устанавливают на противоположной стороне от оперируемого сустава на расстоянии
1,6—2,4 м. Точная ориентация камеры проводится
с помощью лазерной указки и позиция камеры мо-
жет быть изменена по ходу операции. После этапа
диагностической артроскопии и выполнения необходимого хирургического пособия берут аутотрансплантат из связки надколенника или сухожилия
полусухожильной мышцы, или комбинации сухожилий полусухожильной и нежной мышц. Ассистент обрабатывает трансплантаты и подготавливает их к имплантации.
Операция восстановления ПКС с навигационной
компьютерной системой начинается с установления
активных инфракрасных передатчиков на бедренной
и большеберцовой костях. Эта процедура имеет наиважнейшее значение, так как неправильное расположение или непрочность фиксации передатчиков может оказать негативное влияние на правильные значения всех измерений, которые выполняет хирург.
Две спицы диаметром 2,5 мм вводят в медиальный
мыщелок бедра на 4 см проксимальнее суставной
щели. На спицы надевают фиксирующий элемент,
прочно закрепляющийся винтами и располагающийся прямо над кожей пациента. На посадочное место
фиксирующего элемента надевают активный инфракрасный передатчик, обращенный своими крыловидными окончаниями к голове пациента (рис. 3).
37
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
а
б
Рис. 4. Калибровка инструментов.
а — реальная калибровка указки; б — виртуальная калибровка указки.
Фиксация активного передатчика на большеберцовой кости имеет 2 варианта. Первый вариант —
установка специального фиксирующего элемента
с помощью накостного винта, второй вариант —
установка его с помощью спиц. В первом варианте
фиксирующий элемент должен располагаться на
медиальной стороне бугристости большеберцовой
кости, и это его расположение часто мешает хирургу
правильно устанавливать большеберцовый направитель и другие инструменты. Близкое расположение большеберцового инфракрасного передатчика и
инструментов, снабженных пассивными датчиками,
приводит к их конфликту.
Поэтому мы использовали второй вариант
установки большеберцового активного передатчика. Он заключается в установке 2 спиц на передневнутренней поверхности большеберцовой кости на
расстоянии не более 20 см от суставной щели. На
спицы надевают специальный фиксирующий элемент, последний располагают непосредственно над
кожей пациента и укрепляют двумя боковыми винтами, к которому прикрепляют активный инфракрасный передатчик, обращенный крыловидным
расширением к стопе пациента. После установки
активных инфракрасных передатчиков провода,
идущие от них и имеющие цветовую маркировку
(красный, зеленый, желтый), присоединяют к блоку управления камеры в гнезда соответствующего
цвета. При этом активный инфракрасный передатчик с красной маркировкой должен располагаться
на бедренной кости, передатчик с синей маркировкой на большеберцовой кости, а пассивный датчик
с желтой маркировкой — на хирургических инструментах. После этих действий камера Polaris должна
«увидеть» 2 активных инфракрасных передатчика
и один пассивный датчик, и они отображаются в
верхней части монитора. В нижнем левом углу монитора появляется маленький круг, который на-
38
глядно показывает относительное положение инфракрасных передатчиков в зоне видимости камеры. Если передатчики в активном окне активны и
находятся в зоне видимости камеры, они индицируются как красное (бедренная кость), желтое (инструмент) или синее (большеберцовая кость) пятна
с латинскими буквами P, H, T или F. Зеленый круг
вокруг черного поля указывает на оптимальное
расстояние между камерой и передатчиками. Этот
круг индицируется на каждом шаге программы,
чтобы сделать возможным проведение коррекции
регулировки камеры.
Следующим важным этапом операции являются
проверка и калибровка инструмента. Этот этап обязательно выполняется при каждой новой операции
пластики ПКС КС. Хирург длительным нажатием
левой педали активизирует окно для проверки и калибровки инструмента, после чего берет реальные
инструменты, изображение которых он видит на
экране монитора, присоединяет к ним передатчики с соответствующей цветовой маркировкой. Оба
инструмента приводят в определенный контакт, и
реальную точку контакта сравнивают с виртуальной
точкой контакта, которая складывается из данных
калибровки (рис. 4).
Если между двумя этими точками нет различия,
то инструменты, передатчики и данные калибровки в порядке, они индицируются в зеленом цвете.
Результат проверки, индицируемый красным цветом, указывает на искривление инструмента или
использование неправильных данных калибровки.
Последовательно проводят перекрестную проверку большеберцового и бедренного направителей,
прямой и клювовидной указок. Использование искривленных, сломанных инструментов категорически запрещается производителем OrtoPilot, так как
это ведет к получению неверных результатов при
осуществлении навигации. Переход к следующему
Рис. 5. Выбор вида трансплантата и его размеров.
шагу проверки инструментов производится коротким нажатием правой педали.
После этого выбирают вид и диаметр трансплантата. Это может быть полностью мягкотканый или
трансплантат кость—связка—кость (рис. 5).
Диаметр трансплантата устанавливается с 8 мм
и может быть уменьшен или увеличен коротким нажатием левой или правой педалью соответственно
истинному диаметру полученного трансплантата.
Затем хирург определяет правильную индикацию
зеленого сектора расстояния бедренной точки внедрения для позиции «over top position». Это расстояние начинается с 5 мм и может быть увеличено или
уменьшено оперирующим хирургом исходя из реального диаметра трансплантата.
В дальнейшем последовательно выполняют с
помощью прямой указки активизацию внесуставных анатомических меток: вершину бугристости
большеберцовой кости, передний край большеберцовой кости (нижняя треть), внутреннюю точку
плато большеберцовой кости, наружную точку плато большеберцовой кости. Во время этих измерений
хирург обязан точно и четко находить эти точки, так
как они будут определять вертикальную ось большеберцовой кости и расположение большеберцового
костного канала. Каждый шаг подтверждается коротким нажатием правой педали (рис. 6).
После этого этапа хирург активизирует положение КС при сгибании на 90˚ и при полном его разгибании для правильного расчета системой синдрома
столкновения и изометрии трансплантата относительно выбранной точки выхода большеберцового
канала и точки бедренного канала. Для определения
длины внутрисуставной части трансплантата, т.е.
расстояния между точкой выхода большеберцового
канала и точкой входа бедренного канала, хирург
производит движение нижней конечности в коленном суставе (рис. 7).
Сустав медленно переводят из положения полного разгибания до сгибания в 90˚. Данный диапа-
зон движения определяет границы движения КС, в
пределах которых рассчитывается изометрия трансплантата. Компьютер регистрирует позиции большеберцовой кости при всех углах сгибания коленного сустава (от 0 до 90˚) и маркирует это зеленым
цветом в случае записи позиций и черным цветом,
если позиции сустава не записались.
Следующие шаги программы хирург выполняет, активизируя прямой указкой с надетым на нее
пассивным датчиком внутрисуставные анатомические точки-ориентиры (рис. 8): передний край задней крестообразной связки, передний рог наружного мениска, ость медиального межмыщелкового
бугорка, медиальную стенку межмыщелковой вырезки бедра, переднюю границу межмыщелковой
вырезки бедра, латеральную стенку межмыщелковой вырезки бедра, площадку предполагаемого места внедрения трансплантата передней крестообразной связки на наружном мыщелке бедра.
Все эти измерения необходимы компьютеру для
правильного вычисления точки выхода большеберцовой костного канала и возможного «синдрома соударения» трансплантата передней крестообразной связки. При этом компьютер производит
вычисления: вступит ли трансплантат передней
крестообразной связки в конфликт с медиальной
стенкой межмыщелковой вырезки бедра, передней
границей межмыщелковой вырезки бедра, латеральной стенкой межмыщелковой вырезки бедра в
диапазоне сгибания коленного сустава от 0 до 90˚
или нет. Кроме того, компьютер производит расчет
изометрической карты для всех точек внедрения
трансплантата передней крестообразной связки в
наружный мыщелок бедра относительно к выбранной точке выхода костного канала на плато большеберцовой кости.
Последним этапом активизации анатомических
точек-ориентиров является определение позиции
12 ч и латеральной позиции на задней поверхности
межмыщелковой вырезки бедра. Для этого используется клювовидная указка с подключенным к ней
пассивным датчиком с желтой маркировкой. Чтобы точно идентифицировать самую заднюю часть
межмыщелковой вырезки бедра, хирург располагает кончик клювовидной указки, прочно зацепляясь
за задний край вырезки бедра сзади в позиции 12 ч.
Затем хирург фиксирует латеральную позицию межмыщелковой вырезки бедра, располагая клювовидную указку за самую латеральную часть заднего края
вырезки в позиции 13 ч 30 мин для левого коленного сустава и 22 ч 30 мин для правого. Эти последние
измерения позволяют определить центральную ось
бедренного канала. Во время этих измерений сустав
находится в положении сгибания 90˚.
Мы в своей практической работе после овладения навыками затрачивали не более 20 мин на этот
важный, определяющий, этап операции.
39
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
а
г
б
д
в
е
Рис. 6. Последовательное определение внесуставных анатомических ориентиров.
а, в, д — общий вид; б, г, е — изображение на мониторе.
После завершения предыдущих этапов операции
мы приступали непосредственно к самой навигации.
Причем во время навигации большеберцового и бедренных каналов крайне важно, чтобы инфракрасная камера «видела» одновременно активные передатчики и пассивный датчик на большеберцовом и
бедренном направителях-кондукторах. Для этого
мы использовали навигационный большеберцовый
направитель. На экране монитора появляется изо-
40
бражение плато большеберцовой кости, и за исключением латеральной и медиальной точек плато
большеберцовой кости, она не совпадает с действительными анатомическими метками (рис. 9).
Для дальнейшей навигации важны были только
точки, круги, стрелки и шкалы на экране, а не анатомия изображения плато большеберцовой кости.
На экране монитора с изображением плато большеберцовой кости имелись 11 критериев правильности
а
в
б
г
Рис. 7. Считывание компьютерной программой положений коленного сустава от полного разгибания
(а, б) до сгибания на 90º (в, г).
определения центральной оси большеберцового канала (рис. 10).
Навигационная мишень 1 в виде центра зеленого или желтого круга соответствует точке пересечения между виртуальной осью спицы в большеберцовом направителе-кондукторе и поверхностью плато
большеберцовой кости, указывая на точку выхода
центральной оси большеберцового канала. Желтая
точка 2 соответствует медиальной точке плато большеберцовой кости. Желтая точка 3 соответствует
латеральной точке плато большеберцовой кости.
Желтая точка 4 соответствует ости медиального
межмыщелкового бугорка на плато большеберцовой
кости. Желтая точка 5 соответствует переднему рогу
наружного мениска. Желтая точка 6 соответствует
переднему краю задней крестообразной связки на
плато большеберцовой кости. Круг 7 показывает
центр отрезка между передним рогом наружного
мениска и остью медиального межмыщелкового бугорка на плато большеберцовой кости и теоретически должен совпадать с тибиальной точкой выхода
костного канала на плато большеберцовой кости.
Если центр навигационной мишени 1 расположен
ближе, чем на 2 мм, к центру красного круга, то цвет
последнего меняется на зеленый.
Шкала 8 соответствует ширине плато большеберцовой кости во фронтальной проекции, начиная от 0 на медиальной точке 2 и заканчивая 100%
на латеральной точке плато большеберцовой кости.
Точка выхода для правильного расположения большеберцового костного канала в данной проекции
теоретически должна располагаться примерно на
44% от всей ширины плато. Навигация выполнена
правильно, если стрелка, начинающаяся в навигационной мишени 1, находится внутри зеленого
участка шкалы между 41% и 47%.
Шкала 9 соответствует расстоянию от переднего
края задней крестообразной связки на плато большеберцовой кости в направлении вперед. Точка
правильной центральной оси выхода большеберцового канала в данном направлении теоретически
должна составлять 7 мм от задней крестообразной
связки. Она определяется стрелкой, начинающейся
в навигационной мишени 1, и должна располагаться внутри зеленого участка шкалы 9 между 6 мм и
8 мм.
41
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
а
г
б
д
в
е
Рис. 8. Активизация внутрисуставных анатомических ориентиров (а—е).
Кривая 10 и линии 11 соответствуют кривой передней границы межмыщелковой вырезки и точкам
медиальной и латеральной стенки межмыщелковой
вырезки бедренной кости, которые проецируются
на плато большеберцовой кости в вытянутом положении. Пересечение кривой 10 и линий 11 с навигационной мишенью 1 указывает на тенденцию
impindgment-syndrome трансплантата с верхней частью межмыщелковой вырезки, а также с ее медиальной и латеральной стенками. В отсутствие «синдрома соударения» кривая 10 и линии 11 остаются
зеленого цвета, в противном случае они приобрета-
42
ют красный цвет. Навигационная мишень 1 индицируется зеленым цветом в отсутствие «синдрома
соударения» трансплантата, в противном случае
цвет меняется на желтый.
Принимая во внимание все эти 11 критериев,
хирург в процессе навигации перемещает кончик
навигационного большеберцового направителякондуктора до тех пор, пока на экране монитора не
будут выполнены все критерии или пока не будет
найден наилучший компромисс. После этого большеберцовый направитель фиксируют к кости и через его канал сверлят спицу диаметром 2,5 мм так,
а
б
Рис. 9. Навигация центральной оси большеберцового канала
а — виртуальное определение оси большеберцового канала (описание в тексте); б — общий вид этапа навигации.
а
Рис. 10. Навигация центральной оси большеберцового канала.
Объяснения в тексте.
чтобы ее кончик выходил в полость сустава, слегка
выступая над поверхностью плато большеберцовой
кости. Точка выхода спицы регистрируется компьютером для дальнейшего расчета изометрии и
«синдрома соударения» трансплантата. После этого
по спице выполняют расширение костного канала
диаметром, соответствующим диаметру трансплантата.
Затем мы приступали к навигации бедренного канала с помощью навигационного бедренного направителя-кондуктора. Последний вводили в
полость коленного сустава через большеберцовый
канал или стандартный артроскопический доступ
при сгибании коленного сустава от 90˚ до 120˚. На
экране монитора (рис. 11) возникали 4 изображения мыщелков бедренной кости во фронтальной
и сагиттальной проекциях, обозначенные латинскими буквами A, B, C и D. В процессе навигации
центральной оси бедренного канала хирург обраща-
б
Рис. 11. Навигация центральной оси бедренного канала.
а, б — описание в тексте.
ет внимание на стрелки, шкалы, карты и появляющийся текст.
Изображение наружного мыщелка бедра под
буквой А показывает позицию центральной оси
бедренного канала по отношению к позиции «over
top». Шкала соответствует расстоянию до позиции
«over top» на поверхности межмыщелковой вырез-
43
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ки в направлении вперед. Выбор позиции кончика
бедренного направителя-кондуктора считается правильным, если стрелка, виртуально представляющая собой этот кончик бедренного направителякондуктора, располагается внутри зеленого участка
шкалы 2. Изображение мыщелков бедра, обозначенное буквой В, показывает позицию центральной
оси бедренного канала по отношению к угловой позиции на участке межмыщелковой вырезки бедра.
Точка расположения центральной оси бедренного
канала располагается правильно, если стрелка, виртуально представляющая собой кончик бедренного
направителя — кондуктора, располагается внутри
зеленого участка циферблата 3 и соответствует 22 ч
30 мин — 23 ч 30 мин для правого коленного сустава
и 12 ч 30 мин — 13 ч 30 мин для левого. Изображение
под буквой С показывает изометрию площади предполагаемого канала трансплантата на бедренной
кости и дополнительную карту «синдрома соударения» трансплантата относительно уже зарегистрированной точки выхода большеберцового канала.
Желтый круг 6 соответствует диаметру трансплантата, цилиндр 5 виртуально представляет кончик
бедренного направителя-кондуктора относительно
площади расположения трансплантата на мыщелке
бедра. Перекрестие 4 показывает, в каком направлении необходимо перемещать кончик инструмента, чтобы попасть им на определенную площадь
расположения трансплантата на мыщелке бедра.
Хирург стремится расположить кончик бедренного
направителя-кондуктора в точку наименьшего изометрического отклонения на определенной площади расположения трансплантата. Как только во
время индикации перекрестия актуальная позиция
кончика направителя-кондуктора оказывается ближе 2 мм к цели с наименьшим изометрическим отклонением, происходит выход из представления перекрестия и производится переход в представление
изометрической карты. Таким образом, программа
рассчитывает изометрическую карту и карту «синдрома соударения» трансплантата. Эти карты составляются из расчета интерполированной площади
ранее зарегистрированной площадки расположения
трансплантата на мыщелке бедра, расчета изометрических значений для всех точек площади на бедре относительно к зарегистрированной точке выхода большеберцового канала, для всех положений
сгибания и разгибания коленного сустава и с учетом
диаметра трансплантата.
Изображение под буквой D показывает возникающее столкновение трансплантата («синдрома
соударения») относительно зарегистрированной
точке выхода большеберцового канала. В случае
возникновения «синдрома соударения» трансплантата кривая, отображающая вершину и стенки
межмыщелковой вырезки, высвечивается красным
цветом и значение пишется в миллиметрах. В от-
44
а
б
Рис. 12. Навигация бедренного канала и компьютерные данные по навигации костных каналов, изометрия трансплантата и наличие «синдрома соударения» трансплантата.
а — виртуальная навигация бедренного канала; б — данные о расстоянии от оси большеберцового канала до ЗКС, тенденции о
синдроме соударения трансплантата.
сутствие синдрома кривая светится зеленым цветом
(рис. 12).
Если компьютерная программа указывает на
«синдром соударения» трансплантата и требуется
пластика межмыщелковой вырезки бедра, то хирург
обязан после ее выполнения произвести новые измерения, относящиеся к этой зоне, старые значения
стереть посредством длительного нажатия на левую
педаль. Затем хирург заново проводит процедуру
навигации центральной оси бедренного канала, используя новые данные измерений. В процессе навигации кончик бедренного направителя-кондуктора
так долго перемещается на площади предполагаемого внедрения трансплантата в мыщелке бедра, пока
на экране не будут выполнены все критерии или
пока не будет найден наилучший компромисс. После того как эта ситуация достигнута, хирург сверлит
бедренный канал спицей 2,5 мм и сохраняет ее по-
зицию в программе навигационной компьютерной
системы.
После этого хирург вызывает с помощью ножной педали данные навигации большеберцового и
бедренного каналов, данные изометрии и наличия
или отсутствия тенденции к «синдрому соударения»
трансплантата. Эти данные высвечиваются на экране монитора. На этом компьютерная навигация при
аутопластике передней крестообразной связки с помощью навигационной компьютерной системы OrtoPilot Версия 1.2 ACL завершена. Данные, полученные в ходе выполнения программы, записываются и
сохраняются на отдельном файле.
Последующие этапы операции по реконструкции передней крестообразной связки хирург выполняет исходя из конкретной методики. Бедренный канал может быть «слепым» или разновеликим
и должен соответствовать диаметру трансплантата.
Когда костные каналы оказывались полностью подготовленными, трансплантат проводили в сустав с
помощью спицы с ушком и длинными технологическими нитями. Трансплантат ВТВ (bone-tendonbone) (связка надколенника с двумя костными блоками) вводили в сустав через большеберцовый костный канал, затем проксимальный костный блок
вводили в канал в наружном мыщелке бедра губчатой поверхностью, обращенный кпереди и кнаружи.
После этого тонкую нитилоновую спицу диаметром
1,1 мм вводили в щель между губчатой поверхностью
костного блока трансплантата и краем бедренного
костного канала при сгибании коленного сустава от
70 до 100°. При общем натяжении трансплантата по
спице вводили титановый интерферентный винт,
плотно фиксировавший костный блок трансплантата в бедренном канале, отдавливая его кзади. В
случае использования биорассасывающегося интерферентного винта до его введения сначала по спице
нарезали резьбу метчиком соответствующего диаметра. Обычно использовали винт диаметром 7—8
мм и длиною 25 мм, при этом винт вводили максимально в параллельном направлении относительно
оси костного блока трансплантата и оси бедренного
канала. По нашему мнению, недопустимым между
осями костного блока и винта является угол более
15°. Винт вводили в щель между стенкой костного
канала и костным блоком до полного погружения
головки винта. Таким образом, создавалось плотное
прижатие костного блока ВТВ (bone-tendon-bone)
(связка надколенника с двумя костными блоками)
трансплантата к стенке бедренного канала, а сам
костный блок отдавливался кзади и проксимально.
Следующий этап операции заключался в фиксировании дистального костного блока ВТВ (bonetendon-bone) (связка надколенника с двумя костными блоками) в большеберцовом костном канале.
Дистальный костный блок фиксировали аналогично проксимальному костному блоку, но до этого
трансплантат ротировали на 180° по часовой стрелке
для правого коленного сустава и против для левого
коленного сустава. Сустав сгибали до угла в 15—25°,
трансплантат натягивали до напряжения 6—8 кг и
фиксировали интерферентным винтом диаметром
8—9 мм и длиною 25—30 мм по направляющей
1,1-миллиметровой спице с максимальным погружением его в большеберцовый канал. При этом винт
также располагался между губчатой поверхностью
костного блока и губчатой стенкой костного большеберцового канала. Винт плотно прижимал костный блок трансплантата к стенке костного канала и
смещал его кзади, головка винта располагалась чуть
проксимальнее кончика костного блока. В случае
использования биорассасывающихся винтов предварительно нарезали резьбу метчиком или использовали диляторы для расширения щели между костным блоком и стенкой костного канала.
На последнем этапе артроскопически осматривали созданный аутотрансплантат ПКС, оценивали его напряжение и взаимоотношение с наружной
стенкой мыщелка бедра и «крышей» бедренной вырезки. Сустав промывали, оценивали полноту объема движений, тест Lachman, симптом «переднего
выдвижного ящика», тест Pivot shift.
В случае использования в качестве трансплантата передней крестообразной связки сухожилий полусухожильной и нежной мышц по той же технологии, как и при использовании трансплантата ВТВ,
большеберцовый канал создавали диаметром, соответствующим диаметру трансплантатов. Обычно он
составлял 7—9 мм. Длину большеберцового канала
измеряли и записывали в протокол операции. Через
бедренный направитель вводили длинную спицу с
ушком диаметром 2,5 мм, сверлили бедренный канал фрезой диаметром 4,5 мм с выходом на передненаружную поверхность бедра, далее глубиною 35 мм
создавали разновеликий костный канал диаметром,
соответствующим диаметру трансплантата. Длину
бедренного канала измеряли и записывали в протокол операции. Затем производили арифметический
расчет длины эндопуговицы с создаваемой петлей из
полипропиленовой ленты или с готовой комбинацией эндопуговицы с полипропиленовой петлей разной длины. На препаровочном столике трансплантат соединяли с петлей и эндопуговицей, вновь измеряли длину всей этой комбинации, которая должна была быть равна длине бедренного канала минус
5 мм. Под артроскопическим контролем трансплантат вводили в полость сустава и бедренный канал с
помощью спицы с ушком и длинными технологическими нитями размером 2—5, проведенными через
2 отверстия в эндопуговице. Трансплантат вводили
в костный бедренный канал до маркировочной отметки 30 мм, затем с помощью попеременного натяжения технологических нитей эндопуговицу выводили на передненаружную поверхность бедра и
45
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
а
а
Рис. 13. Артроскопическое изображение титановых и биорассасывающихся интерферентных винтов при
фиксировании трансплантата передней крестообразной связки.
а — процесс фиксирования трансплантата кость-связка-кость в каналах мыщелках бедра и большеберцовой кости с помощью титановых винтов; б — вид фиксированного трансплантата кость-связка-кость в каналах мыщелков бедра и большеберцовой кости с
помощью биорассасывающихся винтов.
укладывали на проксимальный конец бедренного
канала. Это проверялось по ощущению свободного движения эндопуговицы или при рентгеновском
контроле. Маркировка на проксимальном конце
трансплантата позволяла контролировать глубину и
правильность погружения трансплантата в бедренный канал.
После закрепления трансплантата в бедренном
костном канале трансплантат ротировали, подобно
технике с трансплантатом из связки надколенника, натягивали с напряжением 8 кг и фиксировали
интерферентным винтом для мягкотканных трансплантатов (винт с округлой резьбой, меньшей шириной лопасти винта и круглой головкой). Диаметр
винта соответствовал диаметру костного большеберцового канала, длину винта выбирали максимально
наибольшей 30—35 мм; винт плотно прижимал пучки сухожилий к одной из стенок костного канала.
При этом иногда трансплантат вращался вокруг интерферентного винта, и трансплантат приходилось
дополнительно фиксировать накостно либо с помощью круглой пуговицы, либо винтом с шайбой.
Поэтому в последующем мы использовали при фиксации трансплантата в большеберцовом канале комбинацию гильза+винт (BioIntraFix) фирмы «Mytek»
(США). Такая фиксация мягкотканного трансплантата в большеберцовом канале, по нашему мнению,
является наиболее прочной и благоприятной, так
как происходит фиксация каждого мягкотканного
пучка к костной стенке.
В качестве инструментов фиксации трансплантатов мы использовали титановые, рассасывающиеся и накостные винты, эндопуговицы (производство
«Arthrex», «Smith & Nephew» USA), поперечные биоштифты (Rigidfix) и биовинт с гильзой (BioIntrafix)
(фирмы «Mytek») (рис. 13).
46
Дискуссия
Следует отметить, что описанное в статье использованное программное обеспечение было пока
далеко от совершенства. С каждым годом программное обеспечение совершенствуется, видоизменяются хирургические инструменты, появляется возможность вводить все больше и больше исходных
данных, которые повышают точность навигации и
улучшают результат операции. Использование компьютерной системы навигации при операциях на
опорно-двигательном аппарате человека — путь в
будущее. Развитие компьютерных технологий в медицине заменят, по нашему мнению, многие существующие традиционные механические методики
операций в травматологии-ортопедии на компьютерное навигационное ассистирование оперирующему хирургу.
Заключение
Касаясь современных хирургических компьютерных технологий при реконструкции ПКС КС,
можно утверждать, что они уже имеют неоспоримые определяющие преимущества даже перед традиционными артроскопическими методиками этой
операции.
Навигационная компьютерная система OrtoPilot Версия 1.2 ACL позволяет хирургу определить
индивидуальное и оптимальное месторасположение
создаваемого трансплантата ПКС, благодаря вводу
15 анатомических ориентиров и расчетам, производимых программой.
Навигационная компьютерная система позволяет точно расположить точку центральной оси большеберцового канала относительно механической
оси большеберцовой кости, плато большеберцовой
кости и анатомических образований.
Навигационная компьютерная система позволяет точно расположить точку центральной оси
бедренного канала относительно центральной оси
канала большеберцовой кости, создать изометрическую карту и карту синдрома столкновения «impindgment» виртуального трансплантата.
Навигационная компьютерная система позволяет рассчитать изометрию виртуального транс-
плантата ПКС в режимах от полного разгибания до
сгибания коленного сустава под 90˚, показать все
измерения и расчеты до реального выполнения реконструкции передней крестообразной связки.
Программа V. 1.2 ACL навигационной компьютерной системы OrthoPilot имеет неоспоримые
преимущества перед традиционной техникой реконструкции ПКС и позволяет предотвратить или
минимизировать фатальные ошибки оперирующего
хирурга.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Fu F.H., Bennett Ch., Ma C.B. Current trends in anterior cruciate
ligament reconstruction, Part II: Operative procedures and clinical
correlations. Am J Sports Med 2000; 28: 124—130.
2.
Freeman M.A.R., Wyke B.D. J Anat 1964; 1001: 4: 505—532.
3.
Howell S. Principles for placing the tibial tunnelland avoiding
roof impingement during reconstruction of a torn anterior
cruciate ligament. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 1998; 6:
S49—S55.
4.
Rubash H.E., Pagnano M.W. Navigation in Total Hip Arthroplasty.
J Bone Joint Surg (Br) 2008; 91-A Supplement 5: 17.
5.
Jenny J.Y., Boeri C., Giobanu E. Navigated non-image-based
registration of the position of the pelvis during THR. An accuracy
and reproducibility study. Congress of Computer Aided Surgery,
Materials of Congress, 2008; 13: 3: 173—178. ISSN 1092 9088
print/ISSN 1097 0150 online, Informa UK Ltd.
6.
Fukunishi S., Fukui T., Imamura F., Nishio S. Assessment of
Accuracy of Acetabular Cup Orientation in CT-free Navigated
Total Hip Arthroplasty. Published in: Orthopedics today. 2008;
31:987.
7.
Homepage: http://www.ORTHOSuperSite.com.
8.
Lazovic D., Dunai F., Kaib F. Experience from 1481 navigated
THA. Published in: 8TH EFORT Congress European Federation
of national associations of orthopaedics and traumatology. ItalyFlorence, 11—15 May 2007, Abstract Number: F536. Homepage:
http://www.efort.org.
9.
Seon J.K., Park S.J., Lee K.B. et al. Functional comparison of
total knee arthroplasty performed with and without a navigation
system. International Orthopaedics, June 2008, Springer Verlag,
page 987—990.
10. Stulberg S.D., Yaffe M.A., Shah R.R. et al. Columbus Primary
Total Knee Replacement: A 2- to 4-Year Follow-up of the Use
of Intraoperative Navigation-derived Data to Predict Pre- and
Postoperative Function. Orthopedics 2008; 31: 10. Expertise
in Orthopedic Navigation, September 2008, Page 51—56.
Homepage: http://www.ORTHOSuperSite.com.
11. Hakki S. A five year experience with OrthoPilot® navigated
Columbus total knee replacement. Published in: CAOS (Computer
Assisted Orthopaedic Surgery) in Hong Kong, China, June 4—7,
2008. 8th Annual Meeting of CAOS-International Proceedings,
Abstract-book, page 14—15. Homepage: http://www.CAOSInternational.org/2008>
12. Hart R. Effective of a CT free navigation system in ACL
reconstruction. The British Society for Computer Aided
Orthopaedic Surgery. England, 9—10 March 2007, CAOS UK,
Abstract Book.
13. Eichhorn H.J. Image-Free Navigation in ACL Replacement
with the OrthoPilot System. Navigation and MIS in Orthopedic
Surgery, Page 306—314, ISBN 978-3-540-36690-4, Springer
Medizin Verlag Heidelberg, 2007.
14. Ishibashi Y., Tsuda E., Fukuda A. et al. Future of Double-bundle
Anterior Cruciate Ligament (ACL) Reconstruction: Incorporation
of ACL Anatomic Data into the Navigation System. Orthopedics
2006; 29: 10 (Suppl): S108—S112.
15. Jenny J.Y., Ciobanu E., Boeri C. Navigated ACL Reconstruction.
Deutscher Kongress fur Orthopadie und Unfallchirurgie, 24—27,
October 2007; 82—83.
16. Koh J.L., Koo S., Leonard J.P., Kodali P. ACL Tunnel Placement:
A Comparison Between Navigated versus Manual ACL Reconstruction. Orthopedics 2006; 29: 10 (Suppl): S122—S124.
17. Лисицын М.П., Лядов К.В., Маневский А.П. и др. Реконструкция ПКС коленного сустава с использованием навигационной компьютерной системы Orthopilot. Травматология и
ортопедия России. Материалы VI конгресса РАО 2005; 35:
75—76.
Поступила 15.05.10
47