Доповідь лабораторії біомедичної інженерії на Науково-практичній конференції ORTHOFEST KYIV 2025: Інноваційні технології в лікуванні поліструктурної травми кінцівок «Використання адитивних технологій в ендопротезуванні суглобів», яка відбулася 3 жовтня 2025 року у Державній установі «Національний інститут травматології та ортопедії НАМН України. Доповідач - завідувач лабораторії біомедичної інженерії, к. м. н. Сулима О. М. У підготовці доповіді активну участь приймали к. м. н. Чорний В. С., м. н. с. Козік Є. В.
Операція: Видалення нестабільної ніжки ендопротеза. Ревізійне едопротезування стегнового компонента ревізійною системою МоторСіч. Відкрита репозиція перелому та МОС пластиною з гвинтами та кабелями.
Незважаючи на впровадження нових технологій ендопротезування, ускладнення та незадовільні результати зустрічаються часто й становлять до 13 %. [Энтони К., Хедли.,2015р.]. Частота таких ускладнень як асептична нестабільність компонентів ендопротеза окремо за останніми публікаціями, досягає 15 %. [Barry J. J., Ries M. 2017р.]. Відомо, що частота розвитку інфекції області хірургічного втручання при первинному ендопротезуванні колінного суглоба складає від 0,5 до 3,5%, а при повторних операціях становить вже 5,6 – 7% [О. Є. Вирва, Р. В. Малик, 2015]. За даними об’єднаних національних регістрів ТЕП КС, до 18 % пацієнтів незадоволені результатом операції, як правило, через біль [Паратте С., Корнилов Н.Н., Тиенпонт Э., Балдини А., Тихилов Р.М., 2013]. До 20 % хворих, що мають мега дефекти тканин хірурги відмовляють в ендопротезуванні, а паціенти залишаються глибокими інвалідами. Відсутні навігаційні системи для ендопротезування у пацієнтів з мегадефектами кісткових тканин.
Метою створення лабораторії біомедичної інженерії була саме інженерна підтримка наукового направлення розвитку складного, ревізійного та онкологічного ендопротезування та остеосинтезу, та лікування дефектів тканин що виникають внаслідок військової травми. Наказ про створення Лабораторії біомедичної інженерії на базі ДУ ІТО НАМНУ було підписано у кінці грудня 2019 року, а вже у січні лабораторія почала працювати у повному обсязі.
Приклад заміщення дефектів кісток тазу при ураженні пухлиною. Складне індивідуальне ендопротезування кульшового суглоба
Декілька слів про саму проблему складного (ревізійного) ендопротезування, щоб зрозуміти, навіщо потрібні індивідуальні імплантати у травматології-ортопедії.
Найважливішою з проблем ревізійного протезування є наявність у хворих дефектів кісткового ложе протеза, як результат гранулематозного запалення, що виникає під дією продуктів зношення та руйнування пари тертя.
Окремо стоїть проблема ендопротезування онкологічних хворих після великих резекцій кісткової тканини та дефекти військового часу.
І тип
ІІІ тип
ІІ тип
В своїй роботі ми класифікацією кісткових дефектів ложе нестабільнокористувалисяго протеза колінного суглоба за AORI (Anderson Orthopaedic Research Institute, USA), 1997 де автори виділяють 3 типа кісткових дефектів
Тип 1 – інтактна кістка (intact metaphysealbone) – невеликі кісткові дефекти, зазвичай без пошкодження кортикальної кістки. Характеризується нормальною кісткової структурою і збереженням губчастої і кортикальної кістки метафиза, нормальним рівнем суглобової лінії. позначаються як F1 – для стегнової кістки і Т1 – для великогомілкової.
Тип 2 – пошкоджена кістка (damаged metaphyseal bone) – характеризується втратою губчастої і кортикальної кісткової маси метаепіфізів, без заповнення якої неможливе створення надійної опори для компонентів ревізійного імплантату і відновлення анатомічного рівня суглобової лінії. (F2 А та F2 Б – для стегнової і Т2 А та Т2 Б – для великогомілкової кісток)
Тип 3 – дефіцит кістки (deficient metaphyseal segment) – характеризується вираженою втратою губчастої і кортикальної кісткової маси метаепіфіза, без компенсації якої неможливе створення опори для компонентів ревізіційного імплантату і відновлення нормального рівня суглобової лінії. Дефекти частіше поширюються до надвиростків і вище на стегнової кістці або до горбистості і нижче на великогомілковій кістці. (F3 А та F3 Б – для стегнової і Т3 А та Т3 Б– для великогомілкової кісток)
Основні напрямки розвитку аддитивних біомедичних технологій
- На сьогодні, завдяки сучасним компьютерним технологіям ми маємо можливість виконання розрахунку навантажень та деформацій у протезованому суглобі в програмному середовищі з метою розробки та створення віртуальних моделей анатомічних умов оперативних втручань, підготовка шаблонів для виконань остеотомій та резекцій, З D друк макетів. Проектування навігаційних систем.
- Математичне та натурне моделювання змін пружніх деформацій в протезованому суглобі, компонентах ендопротеза, кістках суглоба з дефектами у програмному середовищі SolidWorks, або інш., з метою розробки технології заміщення кісткових дефектів, розробка ревізійного ендопротеза суглоба з індивідуальними 3-D друкованими аргументами, заміщення пухлинних дефектів, та дефектів військового часу.
- Покращення якості аугментів з метою підвищеня іх остеоінтегративних та бактеріостатичних якостей в умовах дефектів військового часу.
- Проектування та виготовлення вітчизняного ревізійного ендопротеза колінного суглоба, компліментарного із індивідуальним аугментами, імплантів для остеосинтезу паціентам з травмою військового часу.
РЕЗУЛЬТАТИ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЗМІН ПРУЖНІХ ДЕФОРМАЦІЙ ПРОТЕЗОВАНОЇ КУЛЬШОВОЇ ЗАПАДИНИ
Найбільш небезпечними для стабільності чашки ендопротеза є дефекти «даху» . Їх присутність приводить до появи зон перевантаження переднього та заднього країв западини, напруження котрих вп’ятеро перевищують межу її міцності – 270 кГ/см2
При наявних дефектах до 50 см3 є можливість досягти первинної фіксації безцементного ендопротеза або надійної первинної фіксації цементного компонента
МОДЕЛЮВАННЯ НАВАНТАЖЕНЬ В ПРОТЕЗОВАНОМУ КОЛІННОМУ СУГЛОБІ
ТЕХНОЛОГІЇ ВІДНОВЛЕННЯ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ У ХВОРИХ З НАСЛІДКАМИ БОЙОВОЇ ТРАВМИ
ЕТАПИ ПРОЕКТУВАННЯ ІНДИВІДУАЛЬНИХ РЕВІЗІЙНИХ СИСТЕМ
Серед чинників які пов`язані з самим пацієнтом переважали (60%) пацієнти з індексом маси тіла більше 35, що відповідає за рекомендаціями ВОЗ II та більше стадії ожиріння, 40 % (4 випадки) склали особи які відмічали травму колінного суглоба в післяопераційному періоді
Розрахунок розміру компонента, імплантація ревізійної ацетабулярної системи, Розмір трансплантованої кістки з використанням опорних площ, доповнюючи масивною кістковою пластикою дефектів з метою відновлення рекомендованої позиції компонента
Пацієнтка Р. 45 р. ДКА 3 ст. Стан після тотального ендопротезування кульшового суглоба. Асептична нестабільність протеза ОРТЕН.
КЛІНІЧНИЙ ВИПАДОК. Пацієнт Г. 60 років. Оперований вісім років тому. Злам керамічної голівки, дефекти кісткової тканини та руйнування ендопротеза.
За допомогою лабораторії виконано ревізійне ендопротезування, сплановано хід та виконання ревізії, підготовлено необхідний інструментарій та надана допомога в виконанні операції.
Пацієнтка Г-а Любов Васильнівна, 1953 р. н., оперована 18 років тому. Багатоуламковий навколопротезний перелом (Ванкувер 3). Нестабільність стегнового компонента ендопротеза.
Операція: Видалення нестабільної ніжки ендопротеза. Ревізійне едопротезування стегнового компонента ревізійною системою МоторСіч. Відкрита репозиція перелому та МОС пластиною з гвинтами та кабелями.
Пацієнт С-к Роман Михайлович, 1975 рік. Травма в результаті ДТП (7.10.2023 р.) – перелом заднього краю лівої кульшової западини зі зміщенням. Післятравматичний лівобічний коксартроз 4 ст., стан після МОС заднього краю лівої кульшової западини пластиною та гвинтами. Згинально-привідна контрактура зліва. Наслідки ушкодження лівого сідничного нерва в лівій сідничній ділянці. Стан після встановлення ЕСС “НейСі-3М” на малогомілковий (CPN) та великогомілковий (TN) нерви в н/3 лівого стегна.
Операція: Вилучення металофіксаотора. Повна артропластика лівого кульшового суглоба з індивідуальним ацетабулярним компонентом
Пацієнт С-к Роман Михайлович, 1975 рік. Травма в результаті ДТП (7.10.2023 р.) – перелом заднього краю лівої кульшової западини зі зміщенням.
Післятравматичний лівобічний коксартроз 4 ст., стан після МОС заднього краю лівої кульшової западини пластиною та гвинтами. Згинально-привідна контрактура зліва. Наслідки ушкодження лівого сідничного нерва в лівій сідничній ділянці. Стан після встановлення ЕСС “НейСі-3М” на малогомілковий (CPN) та великогомілковий (TN) нерви в н/3 лівого стегна.
Спроектована та імплантована індивідуальна, пориста, титанова, 3D-друкована кульшова западина, фіксована гвинтами.
Пацієнт С,30 років. Військовослужбовець, 01.11.2022 отримав мінно-вибухову травму, вогнепальне уламкове наскрізне поранення нижньої третини правого стегна з відкритим переломом медіального виростка з повним пересіченням підколінної артерії, підколінної вени та підколінного нерва.
Пацієнт Д.,30 років. Військовослужбовець, 15.08.2023 отримав мінно-вибухову травму, вогнепальне уламкове наскрізне поранення нижньої третини правої гомілки.
В лабораторії Біомедичної інженерії ІТО НАМН України виконано проектування індивідуального аугменту.
Пацієнт Д.,30 років.Військовослужбовець, отримав МВТ 25.06.2023 року. На етапах лікування імплантація цементного спейсера правої стегнової кістки з приводу остеомієліту у вересні 2023 року. Інфекційний процес ліквідовано. Госпіталізований на планове хірургічне лікування з метою встановлення протезу типу Hinge.
Пацієнтка К.,66 років.Вперше звернулась в ІТО НАМНУ у 2018 році,встановлено діагноз “Лівобічний гонартроз III-IV ст.” Прооперована у тому ж році протезом “CYBORG”.Звернулась повторно на консультацію у травні 2025 року зі скаргами на біль в лівому колінному суглобі.Під час обстеження пацієнтки встановлено асептичну нестабільність компонентів ендопротезу, ФНЕ III ст.
Хвора К.,67 років.У 2020 році виконано ТЕП правого кульшового суглобу у зв’язку з діагнозом “Правобічний коксартроз IV ст.” У січні 2022 року хвора госпіталізована в ВЛШМД з діагнозом “вивих ендопротезу”.Проведена ревізія-заміна ацетабулярного компонента та голівки ніжки ендопротезу. Після оперативного втручання у хворої з’явились ознаки інфекції,утворилась нориця.Пройшла консервативне лікування-ефект відсутній. У березні 2023 році хвора повторно госпіталізується у ВЛШМД з діагнозом “вивих ендопротезу” . Проведена повторна ревізія-заміна ацетабулярного компоненту, пластика цементом та гвинтами. В умовах лабораторії біомедичної інженерії ІТО НАМНУ проведено виготовлення та встановлення індивідуальної ацетабулярної западини.
Пацієнтка П. 62 роки звернулася з діагнозом: Двобічний диспластичний коксартроз 4 ст. Стан після коригуючої остеотомії тазу 1984р. Стан після ТЕП лівого кульшового суглоба (2008) та правого кульшового суглоба (2009). Глибока перипротезна інфекція лівого кульшового суглоба. Стан після спейсерування лівого кульшового суглоба (26.09.23). ФНЕ лівого кульшового суглоба 3 ст.
Пацієнтка П. 62 роки звернулася з діагнозом: Двобічний диспластичний коксартроз 4 ст. Стан після коригуючої остеотомії тазу 1984р. Стан після ТЕП лівого кульшового суглоба (2008) та правого кульшового суглоба (2009). Глибока перипротезна інфекція лівого кульшового суглоба. Стан після спейсерування лівого кульшового суглоба (26.09.23) .ФНЕ лівого кульшового суглоба 3 ст.
Пацієнт C. 52 роки звернулася з діагнозом: Наслідки вогнепального поранення. Гнійний артрит правого кульшового суглоба. Спейсер. Значні дефекти правої кульшової западини. Імпрегновано сріблом.
Етапи проектування індивідуальних аугументів для ревізійного ендопротезування колінного суглоба
Паціент М., Міно-вибухове поранення кісток колінного суглобу. Мегадефекти стегнової та Великогомілкової кістки 3 ст по класифікації (Aori). остіоміеліт. Стан після заміщення дефектів спейсером з антибіотиком
Виконане операційне втручання: Видалено спейсери з антибіотиком, резекція за допомогою індивідуальних навігаційних систем та імплантовано ендопротез з індивідуальними аугментами
МОЖЛИВОСТІ АДДИТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ В ОНКОПРОТЕЗУВАННІ КОЛІННОГО СУГЛОБУ
Етапи проектування імплантатів при онкопротезуванні
Пацієнт Г-й І.С.64 роки, остеосаркома стегнової кістки
Проектування та виготовлення індивідуальних аугментів для заміщення дефектів суглобів: М, 48 р, асептична нестабільність онкологічного ендопротеза. Заміщення дефекту індивідуальним аугментом та ревізійним ендопротезом , фіксація БІС, ПММА
Етапи онкологічного протезування
НАВІГАЦІЙНА СИСТЕМА ДОПОВНЕНОЇ РЕАЛЬНОСТІ HOLOLENS 2
Навігаційна система доповненої реальності Microsoft HoloLens 2 використовує комбінацію відстеження погляду, жестів рук та голосових команд для інтуїтивного керування голографічним контентом у реальному просторі. Вона накладає голографічне 3D зображення що генерує комп’ютер на навколишній світ, дозволяючи взаємодіяти з 3D-моделями, як у реальному житті, наприклад, масштабуючи їх жестами або переміщуючи поглядом. Це автономний пристрій з вбудованим процесором і операційною системою, який також інтегрується з хмарними сервісами, такими як Azure, для розширення можливостей.
Основні аспекти навігаційної системи HoloLens 2:
- Інтуїтивне керування: Користувач керує голограмами за допомогою природних дій:
- Жести рук: Рух рукою дозволяє маніпулювати об’єктами, наприклад, збільшувати їх або переміщувати.
- Відстеження погляду: Пристрій відстежує, куди дивиться користувач, що дозволяє вибирати та взаємодіяти з елементами голографічного інтерфейсу.
- Голосові команди: Можна використовувати голосові команди для виконання певних дій або команд, що в поєднанні з жестами забезпечує більш повний контроль.
- Нативна взаємодія з реальністю:
- Голографічні об’єкти накладаються безпосередньо на навколишнє середовище, а не замінюють його повністю, як у VR.
- Користувач може переглядати голограми під різними кутами, нахиляючи голову.
- Технологічна основа:
- Автономний пристрій: HoloLens 2 працює самостійно, без підключення до зовнішніх комп’ютерів, завдяки вбудованим процесорам і операційній системі Windows.
- Хмарна інтеграція: Пристрій може працювати як клієнт для даних, що зберігаються в хмарі Azure або в інтернеті.
- Переваги для бізнесу та промисловості:
- Пристрій призначений для корпоративного використання, пропонуючи інноваційні рішення для спільної роботи, дизайну та технічного обслуговування.
- Покращений комфорт і ергономічний дизайн сприяють тривалому використанню.
Вдосконалення навігаційних систем у лабораторії медичної інженерії дозволяють скоротити час проведення операції, що в свою чергу зменшує крововтрату та перебування пацієнта під наркозом, зменшує ризики отримання ускладнень.
Перспективи біомедичних аддитивних технологій в ендопротезуванні суглобів
- результати ендопротезування суглобів залежать від наявних дефектів суглобів, їх розмірів та локалізації.
- біомедичні технологіі, математичне та анатомічне моделювання змін пружніх деформацій в протезованому суглобі, компонентах ендопротеза, кістках, суглобах з дефектами, у програмному середовищі ansys, solidworks, та інш. дозволяє раціонально планувати та успішно виконувати найскдніші оперативні втручання.
- біомедична інженерія за допомогою проектування індивідуальних навігаційних систем, дозволяє досягти ідеального відновлення біомеханіки протезованого суглоба, дозволяє зменшує навантаження на кістку, тобто досягти успішного довготривалого результату лікування хворих з дефектами кісткової тканини.
- аддитивні технологіі біомедичної інженерії дозволяють проектування та виготовлення макет-прототипів кісток з пластику для передопераційної підготовки. Проектування та виготовлення індивідуальних 3d друкованих імплантатів для заміщення кісткових дефектів.навіть у тих пацієнтів котрим раніше відмовляли в допомозі чи ампутували кінцівки.
