Цифровое моделирование критических состояний эндопротезирования пястно‑фалангового сустава

Введение. Современное состояние проблемы эндопротезирования мелких суставов кисти и стопы, и в частности пястно-фалангового сустава, продиктовало необходимость поиска новых конструктивных решений в разработке имплантов, а также материалов для их изготовления. В настоящее время устоялся вектор разработки анатомически адаптированных имплантов, и для получения наилучших функциональных результатов использования новых медицинских изделий требуется полное доклиническое их исследование.

Цель. Провести анализ цифровых моделей критических состояний эндопротезирования пястно-фалангового сустава с механической и клинической точки зрения.

Материалы и методы. В период 2017 по 2021 год был разработан двухкомпонентный цельнокерамический, анатомически адаптированный эндопротез пястно-фалангового сустава. С помощью технологии 3D-моделирования была построена цифровая модель эндопротеза пястно-фалангового сустава. С использованием метода конечных элементов изучены критические состояния разработанной цифровой модели, имитирующей основные стереотипы движений, и получены объективные технические результаты, интерпретированные клиническим языком.

Результаты. В раннем послеоперационном периоде следует избегать нагрузки свыше 20 кг при движениях до 60°. При движениях от 60° до 90° нагрузка не должна превышать 10 кг. Разработанный эндопротез позволяет достичь функционального объема движения в МСР после эндопротезирования, который составляет 30-60° без значимых рисков развития описанных осложнений. Дискуссия. Проведённое исследование обосновывает важность объективизации клинических результатов, что позволяет минимизировать риск развития осложнений в реальной клинической ситуации.

Заключение. Разработанная технология на основании построения цифровой модели пястно-фалангового сустава для расчёта критических состояний в программном комплексe Ansys позволила спрогнозировать наиболее распространённые осложнения после эндопротезирования и предварила собой дальнейшие мультицентрические клинические испытания.

1. Pabian PS, Kolber MJ, McCarthy JP. Postrehabilitation strength and conditioning of the shoulder: an interdisciplinary approach. Strength and Conditioning Journal. 2011;33(3):42-55. doi: 10.1519/SSC.0b013e318213af6e

2. Вороков А.А., Бортулев П.И., Хайдаров В.М., Линник С.А., Ткаченко А.Н. Эндопротезирование тазобедренного и коленного суставов: показания к операции. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста. 2020;8(3):355-364. doi: 10.17816/PTORS34164

3. Батыгин Г.Г., Редько И.А. Регистры по эндопротезированию тазобедренных суставов. М. : Литтерра, 2016. 208 с. EDN XWFNGP.

4. Vakalopoulos K, Arner M, Denissen G, Rodrigues J, Schädel-Höpfner M, Krukhaug Y, Page R, Lübbeke A. Current national hand surgery registries worldwide. J Hand Surg Eur Vol. 2021;46(1):103-106. doi: 10.1177/1753193420970155

5. Mülkoğlu C, Ayhan FF. A case with Behçet's disease involving erosive Metacarpophalangeal joint arthritis: the value of ultrasonography in the diagnosis of an Erosion. BMC Med Imaging. 2020;20(1):60. doi: 10.1186/s12880-020-00461-8

6. Родоманова л.А., Афанасьев А.О. Сравнительный анализ эффективности эндопротезирования пястно-фаланговых суставов у больных с ревматоидным поражением кисти. Травматология и ортопедия России. 2015;(1):42-50.

7. Adkinson JM, Chung KC. Advances in small joint arthroplasty of the hand. Plast Reconstr Surg. 2014;134(6):1260-1268. doi: 10.1097/PRS.0000000000000733

8. Herren DB, Ishikawa H, Rizzo M, Ross M, Solomons M. Arthroplasty in the hand: what works and what doesn't? J Hand Surg Eur Vol. 2022;47(1):4-11. doi: 10.1177/17531934211017703

9. Swann J. The world at your finger tips: how the hand functions. Nursing and Residential Care. 2015;17(8):444-448. doi: 10.12968/nrec.2015.17.8.444

10. Conson M, Di Rosa A, Polito F, Zappullo I, Baiano C, Trojano L. "Mind the thumb": Judging hand laterality is anchored on the thumb position. Acta Psychol (Amst). 2021 Sep;219:103388. doi: 10.1016/j.actpsy.2021.103388

11. Young RW. Evolution of the human hand: the role of throwing and clubbing. J Anat. 2003;202(1):165-74. doi: 10.1046/j.1469-7580.2003.00144.x

12. Qiu S, Kermani MR. Inverse kinematics of high dimensional robotic arm-hand systems for precision grasping. J Intell Robot Syst. 2021;(70). doi: 10.1007/s10846-021-01349-7

13. Aujla RS, Sheikh N, Divall P, Bhowal B, Dias JJ. Unconstrained metacarpophalangeal joint arthroplasties: a systematic review. Bone Joint J. 2017;99-B(1):100-106. doi: 10.1302/0301-620X.99B1.37237

14. Castagnini F, Cosentino M, Bracci G, Masetti C, Faldini C, Traina F. Ceramic-on-Ceramic Total Hip Arthroplasty with Large Diameter Heads: A Systematic Review. Med Princ Pract. 2021;30(1):29-36. doi: 10.1159/000508982

15. Lakhdar Y, Tuck C, Binner J, Terry A, Goodridge R. Additive manufacturing of advanced ceramic materials. Progress in Materials Science. 2021;116:100736. doi: 10.1016/j.pmatsci.2020.100736

16. Горякин М.В., Ульянов В.Ю. Опыт тотального эндопротезирования при внутрисуставном оскольчатом переломе пястно-фалангового сустава (клинический случай). Саратовский научно-медицинский журнал. 2020;16(2):485-487.

17. Мурадов М.И., Байтингер В.Ф., Камолов Ф.Ф., Сайк П.Ю., Курочкина О.С. Оценка отдаленных результатов эндопротезирования суставов пальцев кисти. Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2016;(1):33-39.

18. Chien S, Bashir R, Nerem RM, Pettigrew R. Engineering as a new frontier for translational medicine. Sci Transl Med. 2015;7(281):281fs13. doi: 10.1126/scitranslmed.aaa4325

19. Shegokar R. Preclinical testing – understanding the basics first. In book: Drug Delivery Aspects. 2020. pp. 19-32. doi: 10.1016/b978-0-12-821222-6.00002-6

20. Hooijmans CR, de Vries RBM, Ritskes-Hoitinga M, Rovers MM, Leeflang MM, IntHout J, Wever KE, Hooft L, de Beer H, Kuijpers T, Macleod MR, Sena ES, Ter Riet G, Morgan RL, Thayer KA, Rooney AA, Guyatt GH, Schünemann HJ, Langendam MW; GRADE Working Group. Facilitating healthcare decisions by assessing the certainty in the evidence from preclinical animal studies. PLoS One. 2018;13(1):e0187271. doi: 10.1371/journal.pone.0187271

21. Эндопротез пястно-фалангового сустава кисти : пат. 202475 Рос. Федерация ; МПК A61F 2/42 / Колсанов А.В., Николаенко А.Н., Ушаков А.А., Дороганов С.О., Гранкин И.О., Исайкин П.Ю., Згирский Д.О. ; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «НЕОТЕХ». № 2020138501 ; заявл. 24.11.2020 ; опубл. 19.02.2021, Бюл. 5. EDN YGMLVG.

22. Шкрум А.С., Катасонова Г.Р. Тенденции применения аддитивных технологий в различных предметных областях и в медицинской сфере. Уральский медицинский журнал. 2020;(5):216-220. doi: 10.25694/URMJ.2020.05.38. EDN NVQJGY

23. Науменко Л.Ю., Маметьев А.А., Погребной О.В. Математическое моделирование геометрической оси костномозгового канала длинных костей кисти. Травма. 2013;14(5):74-76.

24. Taberna M, Gil Moncayo F, Jané-Salas E, Antonio M, Arribas L, Vilajosana E, Peralvez Torres E, Mesía R. The Multidisciplinary Team (MDT) Approach and Quality of Care. Front Oncol. 2020;10:85. doi: 10.3389/fonc.2020.00085

25. Groenwold RHH, Dekkers OM. Measurement error in clinical research, yes it matters. Eur J Endocrinol. 2020;183(3):E3-E5. doi: 10.1530/EJE-20-0550