Аудиограмма шумов керамической пары трения эндопротеза тазобедренного сустава и их связь с положением вертлужного компонента

Введение. Одной из частых жалоб пациентов после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава керамической парой трения является феномен шума (скрип, хруст), который порождает множество вопросов и исследований причин его происхождения. Среди ортопедов набирает популярность метод исследования акустической эмиссии, — акустическая артрометрия, позволяющая визуализировать звуковые характеристики.

Цель работы — продемонстрировать возможность идентификации шумов керамической пары трения эндопротезов тазобедренного сустава методом акустической артрометрии и определить связь шумов с положением вертлужного компонента.

Материалы и методы. Ретроспективное исследование включает 36 пациентов, перенесших тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава с керамической парой трения. Жалобы на шум в области эндопротезированного сустава имели семь (19,44 %) пациентов. Пациенты разделены на две группы по признаку наличия шума (n = 7) и его отсутствия (n = 29). Проведен онлайн-опрос и анализ клинико-рентгенологических показателей по возрасту, сроку наблюдения, ИМТ, инклинации и антеверсии вертлужного компонента. Выполнена акустическая артрометрия 10 пациентам, дан сравнительный анализ критериев: высота импульса, PEAK, ASYMMETRY и WIDTH.

Результаты. Сравнительный анализ отдельных клинико-рентгенологических показателей двух групп не выявил статистически значимых различий. Однако анализ отклонений по любому из двух критериев положения вертлужного компонента составил 20,7 % в группе пациентов без жалоб на шум и 57,1 % в группе пациентов с жалобами на шум (p = 0,048). Акустическая эмиссия эндопротезов с шумом имеет визуальные отличия акустической сигнатуры, а также критериев, среднее значение которых составило: PEAK — 0,492 в группе без шума и 0,488 в группе с шумом; ASYMMETRY — 0,012 против 0,015; WIDTH — 479,2 против 486,5.

Обсуждение. Полученные данные коррелируют с результатами предыдущих исследований и подтверждают взаимосвязь углов имплантации вертлужного компонента и феномена шума. В отличие от других исследований акустической артрометрии в выполненном нами методе кроме визуализации и анализа акустических сигнатур имеется возможность объективной оценки шума в статистических единицах.

Заключение. Проведенное исследование демонстрирует возможности применения акустической артрометрии, которая позволяет идентифицировать различные состояния керамической пары трения, охарактеризовать выявляемый шум и измерить его в количественных величинах.

1. Callaghan JJ, Cuckler JM, Huddleston JI, et al. How have alternative bearings (such as metal-on-metal, highly cross-linked polyethylene, and ceramic-on-ceramic) affected the prevention and treatment of osteolysis? J Am Acad Orthop Surg. 2008;16 Suppl 1:S33-S38. doi: 10.5435/00124635-200800001-00008.

2. Шубняков И.И., Тихилов Р.М., Гончаров М.Ю. и др. Достоинства и недостатки современных пар трения эндопротезов тазобедренного сустава (обзор иностранной литературы). Травматология и ортопедия России. 2010;16(3):147-156. doi: 10.21823/2311-2905-2010-0-3-147-156.

3. Boutin P. Total arthroplasty of the hip by fritted aluminum prosthesis. Experimental study and 1st clinical applications. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot. 1972;58(3):229-246.

4. Hannouche D, Nich C, Bizot P, et al. Fractures of ceramic bearings: history and present status. Clin Orthop Relat Res. 2003;(417):19-26. doi: 10.1097/01.blo.0000096806.78689.50.

5. Zhao CC, Qu GX, Yan SG, Cai XZ. Squeaking in fourth-generation ceramic-on-ceramic total hip replacement and the relationship with prosthesis brands: meta-analysis and systematic review. J Orthop Surg Res. 2018;13(1):133. doi: 10.1186/s13018-018-0841-y.

6. Stanat SJ, Capozzi JD. Squeaking in third- and fourth-generation ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty: meta-analysis and systematic review. J Arthroplasty. 2012;27(3):445-453. doi: 10.1016/j.arth.2011.04.031.

7. Holleyman RJ, Critchley RJ, Mason JM, et al. Ceramic bearings are associated with a significantly reduced revision rate in primary hip arthroplasty: an analysis from the National Joint Registry for England, Wales, Northern Ireland, and the Isle of Man. J Arthroplasty. 2021;36(10):3498-3506. doi: 10.1016/j.arth.2021.05.027.

8. Yoon BH, Park JW, Cha YH, et al. Incidence of ceramic fracture in contemporary ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty: a meta analysis of proportions. J Arthroplasty. 2020;35(5):1437-1443.e3. doi: 10.1016/j.arth.2019.12.013.

9. Шубняков И.И., Риахи А., Денисов А.О. и др. Основные тренды в эндопротезировании тазобедренного сустава на основании данных регистра артропластики НМИЦ ТО им. Р.Р. Вредена с 2007 по 2020 г. Травматология и ортопедия России. 2021;27(3):119- 142. doi: 10.21823/2311-2905-2021-27-3-119-142.

10. Таштанов Б.Р., Райфельд М.А., Васюков В.Н. и др. Возможности акустической артрометрии в эндопротезировании тазобедренного сустава: обзор литературы. Травматология и ортопедия России. 2025;31(1):133-143. doi: 10.17816/2311-2905-17552.

11. Lee C, Zhang L, Morris D, et al. Non-invasive early detection of failure modes in total hip replacements (THR) via acoustic emission (AE). J Mech Behav Biomed Mater. 2021;118:104484. doi: 10.1016/j.jmbbm.2021.104484.

12. FitzPatrick AJ, Rodgers GW, Hooper GJ, Woodfield TB. Development and validation of an acoustic emission device to measure wear in total hip replacements in-vitro and in-vivo. Biomed Signal Process Control. 2017;33:281-288. doi: 10.1016/j.bspc.2016.12.011.

13. Васюков В.Н., Райфельд М.А., Соколова Д.О. и др. Обработка и анализ сигналов для диагностики состояния эндопротеза тазобедренного сустава. Доклады АН ВШ РФ. 2024;(4):48-63.

14. Atrey A, Wolfstadt JI, Hussain N, et al. The ideal total hip replacement bearing surface in the young patient: a prospective randomized trial comparing alumina ceramic-on-ceramic with ceramic-on-conventional polyethylene: 15-year follow-up. J Arthroplasty. 2018;33(6):1752-1756. doi: 10.1016/j.arth.2017.11.066.

15. Shah SM, Deep K, Siramanakul C, et al. Computer navigation helps reduce the incidence of noise after ceramic-on-ceramic total hip arthroplasty. J Arthroplasty. 2017;32(9):2783-2787. doi: 10.1016/j.arth.2017.04.019.

16. Sarrazin J, Halbaut M, Martinot P, et al. Are CPR (Contact Patch to Rim) distance anomalies associated with the occurrence of abnormal noises from ceramic-on-ceramic THA? Orthop Traumatol Surg Res. 2023;109(1):103438. doi: 10.1016/j.otsr.2022.103438.

17. McDonnell SM, Boyce G, Baré J, et al. The incidence of noise generation arising from the large-diameter Delta Motion ceramic total hip bearing. Bone Joint J. 2013;95-B(2):160-165. doi: 10.1302/0301-620X.95B2.30450.

18. Таштанов Б.Р., Кирилова И.А., Павлова Д.В., Павлов В.В. «Шум керамики» как нежелательное явление в эндопротезировании тазобедренного сустава. Гений ортопедии. 2023;29(5):565-573. doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-5-565-573.

19. Walter WL, Insley GM, Walter WK, Tuke MA. Edge loading in third generation alumina ceramic-on-ceramic bearings: stripe wear. J Arthroplasty. 2004;19(4):402-413. doi: 10.1016/j.arth.2003.09.018.

20. Таштанов Б.Р., Корыткин А.А., Павлов В.В., Шубняков И.И. Раскол керамического вкладыша эндопротеза тазобедренного сустава: клинический случай. Травматология и ортопедия России. 2022;28(3):63-73. doi: 10.17816/2311-2905-1804.

21. Lucchini S, Baleani M, Giardina F, et al. A case-driven hypothesis for multi-stage crack growth mechanism in fourth-generation ceramic head fracture. J Orthop Surg Res. 2022;17(1):293. doi: 10.1186/s13018-022-03190-6.

22. Wakayama S, Jibiki T, Ikeda J. Quantitative detection of microcracks in bioceramics by acoustic emission source characterization. J Acoustic Emission. 2006;24:173-179.

23. Yamada Y, Wakayama S, Ikeda J, Miyaji F. Fracture analysis of ceramic femoral head in hip arthroplasty based on microdamage monitoring using acoustic emission. J Mater Sci. 2011;46:6131-6139. doi: 10.1007/s10853-011-5578-5.

24. Glaser D, Komistek RD, Cates HE, Mahfouz MR. Clicking and squeaking: in vivo correlation of sound and separation for different bearing surfaces. J Bone Joint Surg Am. 2008;90 Suppl 4:112-120. doi: 10.2106/JBJS.H.00627.

25. Roffe L, FitzPatrick AJ, Rodgers GW, et al. Squeaking in ceramic-on-ceramic hips: no evidence of contribution from the trunnion morse taper. J Orthop Res. 2017;35(8):1793-1798. doi: 10.1002/jor.23458.

26. Kummer F, Jaffe WL. Feasibility of using ultrasonic emission for clinical evaluation of prosthetic hips. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2010;68(4):262-265.

27. Rodgers GW, Young JL, Fields A V, Shearer RZ, et al. Acoustic Emission Monitoring of Total Hip Arthroplasty Implants. IFAC Proceedings Volumes. 2014;47(3):4796-4800. doi: 10.3182/20140824-6-ZA-1003.00928.

28. Rodgers GW, Welsh RJ, King LJ, et al. Signal processing and event detection of hip implant acoustic emissions. Control Engineering Practice. 2017;58:287-297. doi: 10.1016/J.CONENGPRAC.2016.09.013.