RU2768603C2 - Method for treatment of infected tumors of distal tibius segment using precision individualized articulated anatomical 3d endoprosthesis spacer - Google Patents

Method for treatment of infected tumors of distal tibius segment using precision individualized articulated anatomical 3d endoprosthesis spacer Download PDF

Info

Publication number
RU2768603C2
RU2768603C2 RU2021126345A RU2021126345A RU2768603C2 RU 2768603 C2 RU2768603 C2 RU 2768603C2 RU 2021126345 A RU2021126345 A RU 2021126345A RU 2021126345 A RU2021126345 A RU 2021126345A RU 2768603 C2 RU2768603 C2 RU 2768603C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacer
endoprosthesis
bone
anatomical
individualized
Prior art date
Application number
RU2021126345A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021126345A (en
RU2021126345A3 (en
Inventor
Александр Александрович Курильчик
Алексей Леонидович Стародубцев
Вячеслав Евгеньевич Иванов
Алексей Леонидович Зубарев
Сергей Анатольевич Иванов
Мамед Багир Джавад оглы Алиев
Андрей Дмитриевич Каприн
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России)
Priority to RU2021126345A priority Critical patent/RU2768603C2/en
Publication of RU2021126345A publication Critical patent/RU2021126345A/en
Publication of RU2021126345A3 publication Critical patent/RU2021126345A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2768603C2 publication Critical patent/RU2768603C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/68Internal fixation devices, including fasteners and spinal fixators, even if a part thereof projects from the skin
    • A61B17/72Intramedullary pins, nails or other devices
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/7028Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages
    • A61K31/7034Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin
    • A61K31/7036Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin having at least one amino group directly attached to the carbocyclic ring, e.g. streptomycin, gentamycin, amikacin, validamycin, fortimicins
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P19/00Drugs for skeletal disorders
    • A61P19/08Drugs for skeletal disorders for bone diseases, e.g. rachitism, Paget's disease

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to oncology and orthopedics, and can be used to treat infected tumors of the distal segment of the tibia using a precision individualized articulatory anatomical 3-D endoprosthesis-spacer. The method includes installing a spacer for temporary filling of the joint cavity in the period between resection of the affected bone segment and installing a permanent endoprosthesis. An individualized articulatory anatomical 3-D endoprosthesis-spacer impregnated with an antibiotic is made in accordance with the individual dimensions of the removed bone area and its anatomical shape. Orienting along the anterior edge of the tibia, the spacer is fixed in the tibial canal with bone cement, according to the principle of coaxiality with the topographic landmarks of the bone, in accordance with the individual anatomy. The surface of the spacer is additionally covered with bio-sponges impregnated with gentamicin. After installing the vacuum drainage system, the wound is sutured tightly.
EFFECT: method ensures the preservation of the functionality of the area of ​​the removed joint and the prevention of the development of periprosthetic infection due to the installation of a spacer covered with bio-gubers impregnated with gentamicin.
1 cl, 6 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к онкоортопедической методике лечения осложненных бактериальной инфекцией опухолей костей после дистальных сегментарных резекций большеберцовой кости, требующих двухэтапного хирургического лечения.FIELD: medicine.

Мировой стандарт лечения больных с первичными и метастатическими опухолями костей – комбинированный подход, одним из этапов которого является хирургическое лечение. Эндопротезирование костей и суставов является методом выбора лечения злокачественных опухолей костей, улучшает качество жизни пациентов и может быть выполнено у 85-90 % больных.The world standard for the treatment of patients with primary and metastatic bone tumors is a combined approach, one of the stages of which is surgical treatment. Endoprosthetics of bones and joints is the method of choice for the treatment of malignant bone tumors, improves the quality of life of patients and can be performed in 85-90% of patients.

Однако, несмотря на совершенствование онкологических систем эндопротезирования и методик операций, частота послеоперационных осложнений при онкологическом эндопротезировании остается высокой и по данным разных источников составляет от 5 до 50%. В случае наличия экзофитного компонента опухоли с распадом или наличия дефектов кожных покровов в области опухоли, часто отмечается инфицирование поверхности опухоли и кратно увеличивает риск развития инфекционных осложнений при первичном эндопротезировании суставов у онкологических больных.However, despite the improvement of oncological endoprosthesis systems and surgical techniques, the frequency of postoperative complications in oncological endoprosthesis replacement remains high and, according to various sources, ranges from 5 to 50%. In the case of an exophytic component of the tumor with decay or the presence of skin defects in the tumor area, infection of the tumor surface is often noted and increases the risk of developing infectious complications in primary joint replacement in cancer patients.

С целью снижения риска инфекционных осложнений проводят двухэтапного хирургического лечения. На первом этапе проводят резекцию пораженного участка кости с санацией инфекционного очага и установкой цементного спейсера, импрегнированного антибиотиком, что позволяет создать депо антибиотика до следующего этапа хирургической реабилитации, сохранить анатомо-функциональные взаимоотношения в суставе и конечности. Проводят системную антибактериальную терапию, подобранную в соответствии с последним положительным микробиологическим исследованием и полученной бактериограммой. На втором этапе после купирования инфекционно-воспалительного процесса проводят эндопротезирование (Несиченко Д.В. Инфекционные осложнения у онкологических больных после эндопротезирования крупных суставов. Клиника, диагностика, лечение, профилактика. // Автореферат диссертации Москва 2010 г.).In order to reduce the risk of infectious complications, a two-stage surgical treatment is carried out. At the first stage, the affected area of the bone is resected with the sanitation of the infectious focus and the installation of a cement spacer impregnated with an antibiotic, which makes it possible to create an antibiotic depot until the next stage of surgical rehabilitation, to preserve the anatomical and functional relationships in the joint and limb. Carry out systemic antibiotic therapy, selected in accordance with the latest positive microbiological study and obtained bacteriogram. At the second stage, after stopping the infectious-inflammatory process, endoprosthesis is performed (Nesichenko D.V. Infectious complications in cancer patients after endoprosthesis replacement of large joints. Clinic, diagnosis, treatment, prevention. // Abstract of the thesis, Moscow, 2010).

Первое упоминание об использовании спейсеров на основе «костного цемента», импрегнированных антибиотиками, для лечения глубокой перипротезной инфекции, датируется 1988-89 годами (WildeA.H., RuthJ.T. Two-stagere implantation ininfected total knee arthroplasty // Clin. Orthop. Relat. Res. 1988.Vol. (236).Р.23-35; Booth R.E. Jr., Lotke P.A. The results of spacer block technique in revision of infected total knee arthroplasty // Clin. Orthop.Relat. Res. 1989. Vol. 248.Р.57-60), а первый промышленный артикуляционный спейсер был представлен в 1992 году – система для коленного сустава PROSTALAC® - Prosthesis with Antibiotic Loaded Acrylic Cement (De Puy, США) (Duncan C.P., Beauchamp C.P., Masri B. The antibioticl oaded joint replacement system: A novel approach to the management of the infected knee replacement. J. Bone Joint Surg. (Br). (supplIII). 1992. Vol. 74.Р.296; The PROSTALAC functional spacer in two-stage revision for infected knee replacements / Haddad F.S., Masri B.A., Campbell D. [et all.] // J. Bone Joint Surg. (Br). 2000. Vol.82. Р.807-812).The first mention of the use of spacers based on "bone cement" impregnated with antibiotics for the treatment of deep periprosthetic infection dates back to 1988-89 (WildeA.H., RuthJ.T. Two-stagere implantation ininfected total knee arthroplasty // Clin. Orthop. Relat. Res. 1988. Vol. (236) P. 23-35; Booth RE Jr., Lotke PA The results of spacer block technique in revision of infected total knee arthroplasty // Clin. Orthop. Relat. Res. 1989. Vol. 248.Р.57-60), and the first industrial articulatory spacer was introduced in 1992 - the PROSTALAC® - Prosthesis with Antibiotic Loaded Acrylic Cement (De Puy, USA) knee joint system (Duncan CP, Beauchamp CP, Masri B The antibioticl oaded joint replacement system: A novel approach to the management of the infected knee replacement J. Bone Joint Surg. (Br. (supplIII) 1992. Vol. 74.P.296; The PROSTALAC functional spacer in two -stage revision for infected knee replacements / Haddad FS, Masri BA, Campbell D. [et all.] // J. Bone Joint Surg. (Br). 2000. Vol.82. R.807-812).

Отечественные разработки не имеют промышленного внедрения, чаще всего спейсеры изготавливаются ручным способом и не обладают возможностью замещать функционал утраченного сустава.Domestic developments do not have industrial implementation, most often spacers are made manually and do not have the ability to replace the functionality of a lost joint.

С развитием наукоёмких 3D технологий, в том числе технологии 3D-принтинга, появилась возможность производства индивидуализированных артикуляционных 3D цементных эндопротез-спейсеров, повторяющих форму удаляемого сегмента кости, что способствует сохранению необходимого объёма перипротезного ложа для установки стандартной конструкции эндопротеза. Так же конструкция 3D спейсера позволяет больному ходить с дозированной нагрузкой на оперированную конечность с сохранением флексии в суставе, что улучшает функциональные результаты и сокращает сроки реабилитации (Соколовский А.В., Соколовский В.А., Алиев М.Д. Отдалённые результаты онкологического эндопротезирования области тазобедренного сустава при поражении первичными и метастатическими опухолями // Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. № 3–2019 г. Стр. 5—15;Курильчик А.А., Стародубцев А. Л., Зубарев А.Л., Иванов В.Е., Кудрявцев Д.В. Ревизионное эндопротезирование у онкологических больных, опыт МРНЦ // Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. № 3–2019 г. Стр. 35—42).With the development of high-tech 3D technologies, including 3D-printing technology, it became possible to produce individualized articulating 3D cement spacers that repeat the shape of the removed bone segment, which helps to maintain the required volume of the periprosthetic bed for installing a standard endoprosthesis design. Also, the design of the 3D spacer allows the patient to walk with a dosed load on the operated limb while maintaining flexion in the joint, which improves functional results and shortens the rehabilitation period (Sokolovsky A.V., Sokolovsky V.A., Aliev M.D. Long-term results of oncological arthroplasty area of the hip joint with lesions of primary and metastatic tumors // Sarcomas of bones, soft tissues and skin tumors. No. 3-2019, pp. 5-15; Kurilchik A. A., Starodubtsev A. L., Zubarev A. L., Ivanov V.E., Kudryavtsev D.V. Revision arthroplasty in oncological patients, experience of MRRC // Sarcomas of bones, soft tissues and skin tumors. No. 3–2019, pp. 35—42).

Спейсер - приспособление на основе биосовместимых, сертифицированных для использования в медицине материалов (полиметилметакрилата, металлов) с включением в состав веществ с антимикробной активностью, применяемое для временного заполнения полости сустава, в данном случае на первом этапе в период между резекцией пораженного сегмента кости и этапом установки постоянного эндопротеза у пациента с инфицированной опухолью дистального отдела большеберцовой кости.Spacer - a device based on biocompatible materials certified for use in medicine (polymethyl methacrylate, metals) with the inclusion of substances with antimicrobial activity, used to temporarily fill the joint cavity, in this case, at the first stage between resection of the affected bone segment and the installation stage permanent endoprosthesis in a patient with an infected tumor of the distal tibia.

Самым близким (прототип) является способ изготовления индивидуализированного артикуляционного 3-D эндопротез-спейсера коленного сустава (RU 2736119).В КТ изображении формата DICOM выделяют фрагмент изображения, соответствующий конечности с ранее установленным эндопротезом, проводят пространственно-частотную фильтрацию и сегментацию изображения с выделением поверхностей костной ткани, внутренних границ интрамедуллярных каналов, поверхностей металлических имплантатов и областей костного цемента, полученные поверхности сохраняют в виде точек, которые аппроксимируют в множество треугольников и получают трехмерный файл формата STL и методом обратного проектирования по опорным точкам выполняют построение полноценных замкнутых 3-D моделей тибиальной и таранной частей, их сборки и узлов соединения, далее проводят «виртуальную примерку» эндопротеза-спейсера в трехмерных графических редакторах, оценивают биоадекватность конструкции, мобильность сустава, удобство изготовления и имплантации, разрабатывают металлическую армирующий часть эндопротез-спейсера, моделируют пиковую нагрузку с построением эпюр напряжений и деформаций методом конечных элементов с помощью современных САПР, после получения итоговой модели эндопротез-спейсера в масштабе 1:1 ее разделяют на части и печатают на 3D-принтере, полученную мастер-модель будущего эндопротеза-спейсера склеивают, производят постобработку поверхности и заливают высокотемпературным биоинертным силиконом, причем в модели имеются технологические углубления для централизации металлических каркасов из медицинской нержавеющей стали, которые после установки металлического каркаса залепливаются костным цементом и перед операцией, полученные литейные формы и металлические основания, проходят стерилизацию, по объему 3-D модели вычисляют необходимое количество костного цемента, в процессе ревизионной операции производят артротомию коленного сустава, удаляют компоненты эндопротеза, производят механическую и медикаментозную обработку перипротезной, полости, замешивают необходимое количество, заранее рассчитанного объёма костного цемента, импрегнированного антибиотиком, проводят инсталляцию металлического каркаса спейсера в силиконовую форму, в процессе полимеризации заполняют силиконовые формы компонентов спейсера, после затвердевания костного цемента элементы спейсера извлекают из форм и производят окончательную обработку поверхности спейсера, элементы спейсера фиксируют в канале бедренной и большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией, элементы спейсера соединяют между собой посредством конгруэнтных поверхностей, восстанавливают правильную ось нижней конечности, поверхности спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, устанавливают вакуум, дренажную систему, рану ушивают наглухо.The closest (prototype) is a method for manufacturing an individualized articulatory 3-D endoprosthesis-spacer of the knee joint (RU 2736119). In the CT image of the DICOM format, a fragment of the image corresponding to a limb with a previously installed endoprosthesis is isolated, spatial-frequency filtering and image segmentation are performed with the selection of surfaces of bone tissue, internal borders of intramedullary canals, surfaces of metal implants and areas of bone cement, the resulting surfaces are saved as points, which are approximated into many triangles and a three-dimensional STL file is obtained and, by the method of reverse engineering using reference points, full-fledged closed 3-D models of the tibial and talus parts, their assemblies and connection nodes, then a “virtual fitting” of the endoprosthesis-spacer is carried out in three-dimensional graphic editors, the bioadequacy of the design, joint mobility, ease of manufacture and implantation are evaluated, they work on the metal reinforcing part of the endoprosthesis-spacer, simulate the peak load with the construction of stress and strain diagrams using the finite element method using modern CAD systems, after obtaining the final model of the endoprosthesis-spacer on a scale of 1: 1, it is divided into parts and printed on a 3D printer, the resulting master - the model of the future endoprosthesis-spacer is glued, the surface is post-treated and filled with high-temperature bioinert silicone, and the model has technological recesses for centralization of metal frames made of medical stainless steel, which, after the installation of the metal frame, are sealed with bone cement and before the operation, the resulting casting molds and metal bases , are sterilized, the required amount of bone cement is calculated from the volume of the 3-D model, during the revision operation, an arthrotomy of the knee joint is performed, the components of the endoprosthesis are removed, mechanical and drug treatment of the periprosthetic cavities, the required amount of a pre-calculated volume of bone cement impregnated with an antibiotic is kneaded, the spacer metal frame is installed into a silicone mold, silicone molds of the spacer components are filled during polymerization, after the bone cement hardens, the spacer elements are removed from the molds and the spacer surface is finished , the spacer elements are fixed in the canal of the femur and tibia with bone cement according to the principle of coaxiality with the topographic landmarks of the bone, in accordance with the individual anatomy, the spacer elements are interconnected by means of congruent surfaces, the correct axis of the lower limb is restored, the spacer surfaces are additionally covered with bio-sponges impregnated with gentamicin , establish a vacuum, a drainage system, the wound is sutured tightly.

Однако в сравнении с методикой использования одноэтапного первичного эндопротезирования после удаления опухоли, использование двухэтапной методики увеличивает сроки лечения до 2-4 месяцев. Во всех, ранее описанных, методиках эндопротез-спейсеры импрегнированные антибиотиком использовались для лечения перипротезной инфекции при установленных постоянных металлоконструкциях. В предлагаемом нами способе, использование эндопротез-спейсера с антибиотиком предотвращает развитие перипротезной инфекции.However, in comparison with the method of using one-stage primary arthroplasty after tumor removal, the use of a two-stage technique increases the treatment time to 2-4 months. In all previously described methods, antibiotic-impregnated endoprosthesis-spacers were used to treat periprosthetic infection with permanent metal structures installed. In our proposed method, the use of an endoprosthesis-spacer with an antibiotic prevents the development of periprosthetic infection.

Техническим результатом является изготовление эндопротез-спейсера в точном соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости, анатомической формой и качественным состоянием костей в местах фиксации элементов спейсера, сохранение функциональности области удалённого сустава и предотвратить развитие перипротезной инфекции.The technical result is the manufacture of an endoprosthesis-spacer in strict accordance with the individual dimensions of the removed bone area, the anatomical shape and quality of the bones at the places of fixation of the spacer elements, maintaining the functionality of the area of the removed joint and preventing the development of periprosthetic infection.

Техническое решение достигается тем, что также как и в известном способе в период между резекцией пораженного сегмента кости и этапом установки постоянного эндопротеза устанавливают спейсер для временного заполнения полости сустава.The technical solution is achieved by the fact that, as in the known method, in the period between resection of the affected bone segment and the stage of installing a permanent endoprosthesis, a spacer is installed to temporarily fill the joint cavity.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что изготавливают индивидуализированный артикуляционный анатомичный 3-D эндопротез-спейсер импрегнированного антибиотиком в точном соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости и анатомической формой, после чего спейсер, ориентируясь по переднему краю большеберцовой кости, фиксируют в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента, по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией, причем поверхность спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, после установки вакуум- дренажной системы, рану ушивают наглухо.The peculiarity of the proposed method lies in the fact that an individualized articulatory anatomical 3-D endoprosthesis-spacer impregnated with an antibiotic is made in strict accordance with the individual dimensions of the removed bone area and the anatomical shape, after which the spacer, orienting along the anterior edge of the tibia, is fixed in the tibial canal with using bone cement, according to the principle of coaxiality with topographic landmarks of the bone, in accordance with individual anatomy, and the surface of the spacer is additionally covered with bio-sponges impregnated with gentamicin, after installing a vacuum drainage system, the wound is sutured tightly.

Изобретение поясняется подробным описанием, клиническим примером и иллюстрациями, на которых изображено:The invention is illustrated by a detailed description, a clinical example and illustrations, which show:

Фиг. 1 – фотоиллюстрация операции: разметка удаляемого сегмента большеберцовой кости.Fig. 1 - photo illustration of the operation: marking the removed segment of the tibia.

Фиг. 2 – фотоиллюстрация операции: а) выделение пораженного участка кости; б) удаление сегмента пораженной кости.Fig. 2 - photo illustration of the operation: a) selection of the affected area of the bone; b) removal of a segment of the affected bone.

Фиг. 3 – фотоиллюстрация операции: инсталляция металлического каркаса спейсера в силиконовую форму.Fig. 3 - photo illustration of the operation: installation of the spacer metal frame in a silicone mold.

Фиг. 4 – полимеризация: заполнение силиконовой формы компонентов спейсера.Fig. 4 - polymerization: filling the silicone mold of the spacer components.

Фиг. 5 – спейсер: а) извлечение из формы; б) обработанная поверхность спейсера.Fig. 5 - spacer: a) extraction from the mold; b) treated surface of the spacer.

Фиг. 6 – установка спейсера: а) фиксация в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией; б) восстановление межберцового синдесмоза лавсановой нитью; в)спейсер после окончательной установки перед ушиванием раны.Fig. 6 - spacer installation: a) fixation in the tibial canal with bone cement according to the principle of alignment with the topographic landmarks of the bone, in accordance with individual anatomy; b) restoration of tibiofibular syndesmosis with lavsan thread; c) spacer after final installation before wound closure.

Спейсер изготавливают следующим образом.The spacer is made as follows.

Для разработки артикуляционного эндопротез-спейсера используют аддитивную технологию, основанную на создании трехмерной модели, при помощи компьютерных томографических изображений формата DICOM, с точностью исследования не более 2 мм.To develop an articulatory endoprosthesis-spacer, an additive technology is used based on the creation of a three-dimensional model using computed tomographic images of the DICOM format, with an examination accuracy of no more than 2 mm.

Выделяют интересующий фрагмент изображения здоровой большеберцовой кости, соответствующий противоположному пораженному участку большеберцовой кости. Данный фрагмент изображения инвертировался по горизонтали, так чтобы получалось «зеркальное» изображение здоровой большеберцовой кости, без опухолевой деформации, подходящей для возмещения дефекта резецированного сегмента пораженной кости.An interesting fragment of the image of a healthy tibia is isolated, corresponding to the opposite affected area of the tibia. This image fragment was inverted horizontally so that a "mirror" image of a healthy tibia, without tumor deformity, was obtained, suitable for repairing a defect in the resected segment of the affected bone.

В графических редакторах проводят пространственно-частотную фильтрацию и сегментацию изображения с целью выделения поверхностей костной ткани, внутренних границ интрамедуллярных каналов.In graphic editors, spatial-frequency filtering and image segmentation are carried out in order to highlight the surfaces of bone tissue, the internal boundaries of the intramedullary canals.

Полученные поверхности сохраняют в виде облаков точек, которые в последствие аппроксимировались множеством микро треугольников с получением удобных для трехмерного редактирования файлов формата STL (от англ. stereolithography).The resulting surfaces are saved in the form of point clouds, which are subsequently approximated by a multitude of micro triangles to obtain STL (stereolithography) format files that are convenient for three-dimensional editing.

В связи с неоднородной плотностью костных структур, полученная поверхность может иметь существенные дефекты, такие как разрывы, дублирование, различные шумы.Due to the heterogeneous density of bone structures, the resulting surface may have significant defects, such as gaps, duplication, and various noises.

Методом обратного проектирования по опорным точкам строят полноценную замкнутую 3-D модель с учетом требований, выработанных оперирующим хирургом при предоперационном планировании.A full-fledged closed 3-D model is built using the method of reverse engineering using reference points, taking into account the requirements developed by the operating surgeon during preoperative planning.

Далее проводят «виртуальную примерку» эндопротеза-спейсера в трехмерных графических редакторах, оценивают биоадекватность конструкции, мобильность сустава, удобство изготовления и имплантации, рассчитывают нагрузку на армирующую часть эндопротез-спейсера.Next, a “virtual fitting” of the endoprosthesis-spacer is carried out in three-dimensional graphic editors, the bioadequacy of the design, joint mobility, ease of manufacture and implantation are evaluated, and the load on the reinforcing part of the endoprosthesis-spacer is calculated.

С использованием технологии 3-D принтинга создают точную модель, разработанного эндопротез-спейсера в масштабе 1:1. Полученная 3-D модель проходит постобработку и полировку. Далее мастер-модель будущего эндопротеза-спейсера заливают высокотемпературным биоинертным силиконом.Using 3-D printing technology, an exact model of the developed endoprosthesis-spacer is created on a 1:1 scale. The resulting 3-D model is post-processed and polished. Next, the master model of the future endoprosthesis-spacer is filled with high-temperature bioinert silicone.

Предлагаемый способ выполняют следующим образом.The proposed method is performed as follows.

В процессе оперативного вмешательства производят артротомию голеностопного сустава с разметкой удаляемого сегмента кости (Фиг. 1). Производят резекцию пораженной опухолью кости, соблюдая принципы абластики (Фиг. 2 а, б). Замешивают необходимое количество, заранее рассчитанного объёма костного цемента, импрегнированного антибиотиком (гентамицином, ванкомицином и т.д.) или добавляют его в течение подготовки костного цемента, при необходимости. Проводят инсталляцию металлического каркаса спейсера в силиконовую форму (Фиг. 3). В процессе полимеризации (состояние подобное «мягкому тесту») заполняют силиконовые формы компонентов спейсера (Фиг. 4). После затвердевания костного цемента элементы спейсера извлекают из форм, производят окончательную обработку поверхности спейсера - удаляют монтажные избытки костного цемента (Фиг. 5 а, б).In the course of surgery, an arthrotomy of the ankle joint is performed with marking of the removed bone segment (Fig. 1). The affected bone is resected following the principles of ablastics (Fig. 2 a, b). Knead the required amount of a pre-calculated volume of bone cement impregnated with an antibiotic (gentamicin, vancomycin, etc.) or add it during the preparation of bone cement, if necessary. Spend the installation of the metal frame of the spacer in a silicone mold (Fig. 3). During polymerization (a "soft dough"-like state), the silicone molds of the spacer components are filled (FIG. 4). After the bone cement hardens, the spacer elements are removed from the moulds, the spacer surface is finally processed - mounting excess bone cement is removed (Fig. 5 a, b).

Спейсер фиксируют в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности, топографическим ориентирам кости и в соответствии с индивидуальной анатомией (Фиг. 6 а, б, в). Суставная поверхность спейсера, за счет индивидуализированного проектирования и изготовления с учетом анатомических особенностей, конгруэнтна суставной поверхности таранной кости, тем самым восстанавливается правильная ось нижней конечности. Поверхности спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, устанавливают вакуум, дренажную систему, рану ушивают наглухо.The spacer is fixed in the tibial canal with bone cement according to the principle of coaxiality, topographical landmarks of the bone and in accordance with individual anatomy (Fig. 6 a, b, c). The articular surface of the spacer, due to individualized design and manufacture, taking into account anatomical features, is congruent to the articular surface of the talus, thereby restoring the correct axis of the lower limb. The surfaces of the spacer are additionally covered with bio-sponges impregnated with gentamicin, a vacuum, a drainage system are installed, the wound is sutured tightly.

Клинический примерClinical example

Пациентка Ч., 39 лет с диагнозом: Адамантинома нижней трети левой большеберцовой кости cT1N0M0G2, стадия IIA. Открытая биопсия образования левой большеберцовой кости с замещением дефекта костным цементом от 28.08.2018 г. Остеомиелит левой большеберцовой кости, функционирующий свищ передней поверхности нижней трети левой голени. Хирургическое лечение (1-й этап 29.11.2018 г. сегментарная резекция нижней трети левой большеберцовой кости с установкой цементного спейсера с антибиотиком). 2-й этап 15.05.2019 г. эндопротезирование левого голеностопного сустава индивидуальным модульным эндопротезом), pT1N0M0G2. Сопутствующие заболевания: нет.Patient Ch., 39 years old with a diagnosis of Adamantinoma of the lower third of the left tibia cT1N0M0G2, stage IIA. Open biopsy of the formation of the left tibia with replacement of the defect with bone cement dated August 28, 2018. Osteomyelitis of the left tibia, a functioning fistula of the anterior surface of the lower third of the left leg. Surgical treatment (stage 1, November 29, 2018, segmental resection of the lower third of the left tibia with the installation of a cement spacer with an antibiotic). 2nd stage on May 15, 2019, endoprosthesis replacement of the left ankle joint with an individual modular endoprosthesis), pT1N0M0G2. Associated diseases: no.

Впервые симптомы заболевания появились в декабре 2017 г., когда стали беспокоить боли в области нижней трети левой голени, усиливающиеся при физической нагрузке и в ночное время. Верифицирован диагноз адамантинома.For the first time, the symptoms of the disease appeared in December 2017, when pains in the region of the lower third of the left leg began to bother, aggravated by physical exertion and at night. The diagnosis of adamantinoma was verified.

В мае 2018 г. обратилась к травматологу по месту жительства, произведена рентгенография, МРТ, СКТ левой голени - выявлен очаг литической деструкции нижней трети большеберцовой кости.In May 2018, she turned to a traumatologist at the place of residence, X-ray, MRI, SCT of the left leg were performed - a focus of lytic destruction of the lower third of the tibia was detected.

22.06.2018 г. произведена трепан-биопсия образования. При морфологическом и ИГХ исследовании однозначно высказаться о морфологии опухоли не представляется возможным.On June 22, 2018, a trephine biopsy of the formation was performed. With morphological and IHC studies, it is not possible to speak unambiguously about the morphology of the tumor.

07.08.2018 г. произведена ПЭТ-КТ: Получены данные о наличии активной опухолевой ткани в нижней трети левой большеберцовой кости.08/07/2018 PET-CT was performed: Data were obtained on the presence of active tumor tissue in the lower third of the left tibia.

28.08.2018 г. произведена открытая биопсия образования левой большеберцовой кости с замещением дефекта костным цементом.On August 28, 2018, an open biopsy of the formation of the left tibia was performed with the replacement of the defect with bone cement.

17.09.2018 г. верифицирована: Адамантинома кости.09/17/2018 verified: Adamantinoma of the bone.

В октябре 2018 г. отмечается появление свищевого хода с гнойным отделяемым. Больная обратилась в МРНЦ. Произведен посев отделяемого из свищевого хода с определением флоры и чувствительности к антибиотикам, высеяны Acinetobacter baumannii, Staphylococcuss ciuri. Проведено 2 курса антибактериальной терапии по чувствительности флоры с положительным эффектом. С учётом наличия хронического очага инфекции больной показано 2-х этапное хирургическое вмешательство.In October 2018, the appearance of a fistulous tract with purulent discharge is noted. The patient applied to the MRRC. Discharge from the fistula was sown with the determination of flora and sensitivity to antibiotics, Acinetobacter baumannii, Staphylococcuss ciuri were sown. Conducted 2 courses of antibiotic therapy for the sensitivity of the flora with a positive effect. Given the presence of a chronic focus of infection, the patient is shown a 2-stage surgical intervention.

1-й этап хирургического вмешательства (29.11.2018 г.): сегментарная резекция нижней трети левой большеберцовой кости. В процессе оперативного вмешательства произведена артротомия голеностопного сустава с разметкой удаляемого сегмента кости, соблюдая принципы абластики, отступя от края опухоли 5 см. Замешено необходимое количество, заранее рассчитанного объёма костного цемента, импрегнированного антибиотиком (гентамицином). Проведена инсталляция металлического каркаса спейсера в силиконовую форму. В процессе полимеризации (состояние подобное «мягкому тесту») заполнена силиконовая форма компонента спейсера. После затвердевания костного цемента спейсер извлечён из формы, произведена окончательная обработка поверхности спейсера, удалены монтажные избытки костного цемента.1st stage of surgical intervention (November 29, 2018): segmental resection of the lower third of the left tibia. In the course of surgery, an arthrotomy of the ankle joint was performed with marking of the bone segment to be removed, observing the principles of ablastics, retreating from the edge of the tumor by 5 cm. The required amount of a pre-calculated volume of bone cement impregnated with an antibiotic (gentamicin) was mixed. The spacer metal frame was installed into a silicone mold. During polymerization (like a "soft dough" state), the silicone mold of the spacer component is filled. After the bone cement hardened, the spacer was removed from the mold, the spacer surface was finished, and the assembly excess bone cement was removed.

Спейсер фиксирован в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента по принципу соосности топографическим ориентирам кости, ориентируясь по переднему краю большеберцовой кости. Поверхность спейсера дополнительно покрыта биогубкой, пропитанной гентамицином, установлена вакуум-дренажная система, рана ушита наглухо.The spacer is fixed in the tibial canal with bone cement according to the principle of coaxiality with the topographic landmarks of the bone, being guided by the anterior edge of the tibia. The surface of the spacer was additionally covered with a bio-sponge impregnated with gentamicin, a vacuum drainage system was installed, and the wound was tightly sutured.

За счет того, что суставная поверхность спейсера конгруэнтна суставной поверхности таранной кости - правильная ось нижней конечности восстановлена.Due to the fact that the articular surface of the spacer is congruent to the articular surface of the talus, the correct axis of the lower limb is restored.

В течение 1,5 месяцев после операции проводилась антибактериальная терапия, подобранная согласно чувствительности бактериальной флоры. Затем трижды произведен посев из ложа спейсера - роста микрофлоры не выявлено.Within 1.5 months after the operation, antibacterial therapy was carried out, selected according to the sensitivity of the bacterial flora. Then three times the seeding was made from the bed of the spacer - the growth of microflora was not detected.

2-й этап хирургического вмешательства (15.05.2019 г.): Ревизионное эндопротезирование левого голеностопного сустава модульным онкологическим эндопротезом.2nd stage of surgical intervention (05/15/2019): Revision arthroplasty of the left ankle joint with a modular oncological endoprosthesis.

В настоящий момент данных за рецидив основного заболевания и инфекционно-воспалительного процесса нет, срок наблюдения - 22 месяца.At the moment, there are no data for a relapse of the underlying disease and an infectious-inflammatory process, the follow-up period is 22 months.

Использование разработанного способа имеет медицинское, социальное и экономическое значение и позволяет:The use of the developed method is of medical, social and economic importance and allows:

- изготовить эндопротез-спейсер в точном соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости, анатомической формой и качественным состоянием костей в местах фиксации элементов спейсера;- to make an endoprosthesis-spacer in strict accordance with the individual dimensions of the bone section to be removed, the anatomical shape and the quality of the bones in the places of fixation of the spacer elements;

- сохранить функциональность области удалённого сустава;- preserve the functionality of the area of the removed joint;

- сохранить частичную опороспособность конечности, за счет использования высокопрочного армирующего каркаса;- to preserve the partial support ability of the limb, due to the use of a high-strength reinforcing frame;

- изготовить спейсер во время операции;- make a spacer during the operation;

- облегчить установку эндопротеза на II-ом этапе лечения, за счет точного сохранения формы ложа удалённого участка кости;- facilitate the installation of the endoprosthesis at the second stage of treatment, due to the exact preservation of the shape of the bed of the removed bone area;

- сохранить функциональность потенциала сустава после I-го этапа лечения (резекция кости) и провести более интенсивную программу восстановительного лечения после II-го этапа лечения.- maintain the functionality of the joint potential after the 1st stage of treatment (bone resection) and conduct a more intensive program of rehabilitation treatment after the 2nd stage of treatment.

Кроме того, за счет использования высокопрочного армирующего каркаса, конструкция надёжна, стабильна и длительна в эксплуатации.In addition, due to the use of a high-strength reinforcing frame, the structure is reliable, stable and long-term in operation.

Claims (1)

Способ лечения инфицированных опухолей дистального сегмента большеберцовой кости с использованием прецизионного индивидуализированного артикуляционного анатомичного 3-D эндопротез-спейсера, включающий этап установки спейсера для временного заполнения полости сустава в период между резекцией пораженного сегмента кости и этапом установки постоянного эндопротеза, отличающийся тем, что изготавливают индивидуализированный артикуляционный анатомичный 3-D эндопротез-спейсер, импрегнированный антибиотиком в соответствии с индивидуальными размерами удаляемого участка кости и его анатомической формой, после чего спейсер, ориентируясь по переднему краю большеберцовой кости, фиксируют в канале большеберцовой кости с помощью костного цемента, по принципу соосности топографическим ориентирам кости, в соответствии с индивидуальной анатомией, причем поверхность спейсера дополнительно покрывают биогубками, пропитанными гентамицином, после установки вакуум-дренажной системы, рану ушивают наглухо.A method for treating infected tumors of the distal segment of the tibia using a precision individualized articulating anatomical 3-D endoprosthesis-spacer, including the stage of installing a spacer for temporarily filling the joint cavity in the period between resection of the affected bone segment and the stage of installing a permanent endoprosthesis, characterized in that an individualized articulating an anatomical 3-D endoprosthesis-spacer impregnated with an antibiotic in accordance with the individual dimensions of the removed area of the bone and its anatomical shape, after which the spacer, guided by the anterior edge of the tibia, is fixed in the tibial canal using bone cement, according to the principle of coaxiality with the topographic landmarks of the bone , in accordance with the individual anatomy, and the surface of the spacer is additionally covered with bio-sponges impregnated with gentamicin, after installing a vacuum drainage system, the wound is sutured tightly.
RU2021126345A 2021-09-07 2021-09-07 Method for treatment of infected tumors of distal tibius segment using precision individualized articulated anatomical 3d endoprosthesis spacer RU2768603C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126345A RU2768603C2 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Method for treatment of infected tumors of distal tibius segment using precision individualized articulated anatomical 3d endoprosthesis spacer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126345A RU2768603C2 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Method for treatment of infected tumors of distal tibius segment using precision individualized articulated anatomical 3d endoprosthesis spacer

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2021126345A RU2021126345A (en) 2021-11-08
RU2021126345A3 RU2021126345A3 (en) 2022-01-18
RU2768603C2 true RU2768603C2 (en) 2022-03-24

Family

ID=78466368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021126345A RU2768603C2 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Method for treatment of infected tumors of distal tibius segment using precision individualized articulated anatomical 3d endoprosthesis spacer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768603C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017070348A1 (en) * 2015-10-22 2017-04-27 Smith & Nephew, Inc. Bone cement spacer with flexible stem
RU2711608C1 (en) * 2018-12-24 2020-01-17 Сергей Тариэлович Иванян Method for manufacturing articulating reinforced cement antibacterial knee joint spacer
RU2736119C2 (en) * 2020-05-14 2020-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) Method of making individual articulatory 3d endoprosthesis replacement spacer of knee-joint

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017070348A1 (en) * 2015-10-22 2017-04-27 Smith & Nephew, Inc. Bone cement spacer with flexible stem
RU2711608C1 (en) * 2018-12-24 2020-01-17 Сергей Тариэлович Иванян Method for manufacturing articulating reinforced cement antibacterial knee joint spacer
RU2736119C2 (en) * 2020-05-14 2020-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) Method of making individual articulatory 3d endoprosthesis replacement spacer of knee-joint

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Курильчик А.А., Стародубцев А.Л., Зубарев А.Л., Иванов В.Е., Гуменецкая Ю.В., Джабраилова С.О. Тотальное эндопротезирование большой берцовой кости. Клинический случай. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. 2018;10(3):52-58. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2021126345A (en) 2021-11-08
RU2021126345A3 (en) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
O'Reilly et al. Computed-tomography modeled polyether ether ketone (PEEK) implants in revision cranioplasty
Eppley et al. Cranial reconstruction with computer-generated hard-tissue replacement patient-matched implants: indications, surgical technique, and long-term follow-up
US7427296B2 (en) Total knee joint mold and methods
RU2736119C2 (en) Method of making individual articulatory 3d endoprosthesis replacement spacer of knee-joint
CN108433851B (en) Preparation method of tumor type prosthesis at middle-upper section of tibia
Gerbino et al. Single-step resection and reconstruction using patient-specific implants in the treatment of benign cranio-orbital tumors
RU2699732C1 (en) Method of installation of individual structures in the cotyloid cavity area with extensive bone defects
RU2711608C1 (en) Method for manufacturing articulating reinforced cement antibacterial knee joint spacer
RU2632525C1 (en) Method of exploring hip replacement
RU2477622C2 (en) Method of exploring hip replacement
RU2656522C1 (en) Method of remodelling the acetabulum region with extensive bone defects
Tsai et al. A preliminary study of the novel antibiotic-loaded cement computer-aided design-articulating spacer for the treatment of periprosthetic knee infection
Ao et al. Application of three-dimensional-printed porous tantalum cones in total knee arthroplasty revision to reconstruct bone defects
Letartre et al. Knee arthodesis using a modular customized intramedullary nail
RU2768603C2 (en) Method for treatment of infected tumors of distal tibius segment using precision individualized articulated anatomical 3d endoprosthesis spacer
RU2724490C1 (en) Method for replacement of defects of distal femur in performing knee joint replacement and device for its implementation
RU2675338C1 (en) Method of surgical treatment of patients with periprosthetic infection of the hip joint
RU2355324C2 (en) Major femoral and shin condyle defect replacement technique in inspective knee joint replacement
Pisulkar et al. Encasing the encephalon: enhancing psychosocial rehabilitation
Barjaktarović et al. Megaendoprosthesis in the treatment of bone tumors in the knee and hip region
RU174697U1 (en) HIP JOINT SPACER
Iliopoulos et al. The use of 3D printing technology in limb reconstruction. Inspirations and challenges
Zhao et al. Using 3D printing-assisted shaping titanium cages and Masquelet techniques to reconstruct calcaneal osteomyelitis complicated by extensive soft tissue and uncontrolled defects
RU2683393C2 (en) Method of audit prosthetic repair of knee joint at a defect of tibia
Mimura et al. Intraosseous epidermoid cyst of the radius