Чрескостный остеосинтез

ЧРЕСКОСТНЫЙ ОСТЕОСИНТЕЗ: ЧАСТИЧКА ФИЛОСОФИИ, МНОГО МАТЕМАТИКИ И НИЧЕГО ЛИЧНОГО


«В каждой науке ровно столько истины, сколько в ней математики»
                И. Кант

Кто-то из коллег наверняка возмутится: «Какая философия? Какая математика? Давно все изучено!». К сожалению, это не так. На самом деле, в методе немало серьезных и нерешенных проблем. А в понимании закономерностей перемещений аппаратами внешней фиксации имеется большое белое пятно. Однако, все по порядку.
Как Вы думаете, почему так легко осуществить репозицию открытыми методами и, напротив, сложно - устройствами внешней фиксации? А потому, что все зависит от той информации и тех возможностей по перемещению отломков, которыми мы располагаем. Преимущества обоих факторов при открытых методах колоссальны. При этом мы имеем прямой визуальный и тактильный контакт с отломками костей, в процессе которого получаем полноценную информацию об их положении и форме. Она тут же поступает в суперкомпьютер – наш головной мозг, где в доли секунды анализируется и преображается в 3D-копию объекта исследования. Далее, посылается команда к рукам хирурга, следуют направленные усилия и отломки сопоставляются, следующим шагом вводятся шурупы и т. д. Речь идет об очень тонко организованной системе с прямой и обратной связью, имеющей уникальные возможности. Во втором случае эта система разрывается, визуальный и тактильный контакт с отломками костей заменяются двумя рентгеновскими снимками, а между врачом и теми же отломками встает механическое устройство с примитивными по сравнению с кинематикой наших рук возможностями.
Центральное место в упомянутой системе прямой и обратной связи занимают глаза хирурга как главный источник информации. Расположенные на расстоянии друг от друга, они дают нам еще большее преимущество, в результате мы получаем информацию с разных ракурсов, которая мгновенно синтезируется в единое целое и более содержательное (стоит ли удивляться тому, что двуглазый Одиссей так легко провел вокруг пальца одноглазого Циклопа?). Помимо этого, хирург имеет возможность вертеть головой перед объектом исследования или самим объектом перед глазами, получая еще больше информации о нем. Все это, вместе с кинематическими возможностями его рук, каждая из которых имеет 27 четко контролируемых степеней свободы, позволяет осуществить максимально точную репозицию за минимальное время.
А теперь представим себе два больших и одинаковых по размеру цилиндра, в центре которых расположены идентичные по форме и размерам предметы, которые необходимо описать. Первый цилиндр сделан из стекла, поэтому предмет обозреваем со всех сторон. Второй изготовлен из непрозрачного материала, но в его стенке спереди и сбоку в перпендикулярных направлениях просверлены два отверстия, через которые мы также можем увидеть стоящий в его центре объект. Как Вы думаете, в каком из двух случаев мы сможем точнее описать увиденный предмет? Конечно же в первом, потому что, обойдя его вокруг, мы получим полное представление о форме находящегося в его центре предмета. Во втором же мы всего лишь увидим два его ракурса, сделать по которым вывод о его истинной форме весьма сложно. Вот такая же, даже существенно большая, разница между информацией, от которой мы отталкиваемся при открытой и закрытой репозициях. Картинки, которые мы видим в отверстиях цилиндра, в принципе, аналогичны рентгеновским снимкам. Но последние коварнее, поскольку контуры переднего плана отломков наслаиваются на задние, еще больше путая нас. Проанализируем тему подробнее.
Итак, стандартные проекции рентгеновских снимков – это ничто иное, как две плоскости трехмерной системы координат. А раз это так, то в работе с аппаратами внешней фиксации мы полностью к ней привязаны. Не будет преувеличением сказать, что мы являемся рабами этой системы. Иные отношения исключаются. Поэтому все свои действия мы вынуждены соизмерять именно с пространственной системой координат. Зачем это нам нужно, спрашиваете? А затем, что чрескостный остеосинтез в силу своей атравматичности имеет уникальный биологический капитал в виде интактного остеогенного потенциала, бережное отношение к которому является стержнем илизаровской философии. Однако эффективно эксплуатировать его мы так и не научились, проигрывая в этом деле даже методам, которые с остеорегенерацией обращаются как с дамой легкого поведения. И все потому, что высокой по качеству репозиции мы добиваться так и не научились. Нет ясного понимания того, насколько радикальное она имеет значение и как этого можно добиться. Конечно же, в клинической практике встречаются коллеги, из-под рук которых с завидной регулярностью выходят шедевры в плане репозиции, но это люди с особыми возможностями – математическим мышлением и развитым пространственным воображением. Это талантливые технари. Им не нужны навороченные устройства, потому что все необходимое, причем с высоким качеством, они могут сделать и с обычным аппаратом Илизарова. Однако таких мало, буквально единицы. Встречаются и такие, глубина мышления которых восхищает, но добиться репозиции хотя бы на «четверочку» они не в состоянии. Эти больше теоретики, мыслители. Наши технологии должны быть рассчитаны на среднестатистического потребителя, а вот с этим у нас проблемы, что доказано опытом широкой клинической практики.
Итак, две проекции дают нам скудную информацию для полноценного представления о форме и положении отломков. Причем получить дополнительную информацию неоткуда. Вы можете много раз покрутить снимками перед глазами или головой перед ними, посмотреть на них под разными углами, но это ничего Вам не даст. На пленке ли они, на экране ли, разницы нет. Ситуация аналогична тому, как если бы зайдя сбоку от телевизора, Вы попытались увидеть профиль дикторши, взглянув сверху – заколку в ее волосах в области затылка, снизу… (возьмите себя в руки, коллега!). Потому что это плоскостные изображения. Но есть еще кое-какие нюансы. Дело в том, что рентгеновские снимки дают нам не только скудную, но и субъективную информацию, зачастую вводящую нас в заблуждение (рис. 1). В клинической практике мы спотыкаемся об эту реальность ежедневно и ежечасно. Согласно проведенному анализу архивного материала, эти нюансы являются причиной не менее 40% наших неудач при попытках репозиции отломков аппаратами внешней фиксации.
А теперь рассмотрим ситуационную задачу, изображенную на рис. 2. На вопрос, насколько эффективно можно ее решить, многие коллеги, регулярно занимающиеся чрескостным остеосинтезом, как правило, заявляют, что сделают это с максимальной точностью в течение 5-20 минут. Однако в стендовых условиях, на устройстве для моделирования чрескостного остеосинтеза (рис. 3), ни один из испытуемых не смог ее решить в заявленное время и с приемлемой точностью. На это, как правило, уходило значительно, в разы, больше времени, а к точности сопоставления все еще оставались претензии. На самом деле, задача эта не так проста и от того, что мы заявим обратное, увы, ничего не изменится. А теперь посмотрим на отломки, изображенные на рис. 2, сверху (рис. 4). Так вот, чтобы точно устранить указанные смещения, нам необходимо собрать соответствующие узлы перемещения и правильно их выставить. А для этого нужно точно знать два параметра – истинную величину смещения и направление вектора перемещения. Вычислив их математически, в том числе с применением тригонометрических функций, мы находим, что первая величина будет равна 25 мм (обратите внимание, насколько существенно она отличается от проекционных величин в 15 и 20 мм), а вектор узлов перемещения должен быть направлен под углом 36,87° к сагиттальной и 53,13° к фронтальной плоскостям. Можно ли их определить и выставить «на глаз»? Конечно же, нет, и любой, кто это станет оспаривать, по сути, попытается нам доказать, что «дважды два будет пять». Про таких удачно выразился один известный математик: «Он стал поэтом — для математика у него не хватало фантазии». В чрескостном остеосинтезе достаточно поэтов…
Идем дальше. Костный отломок является свободным физическим телом и, согласно законам кинематики, имеет 6 степеней свободы (видео 1). Это означает, что относительно той же трехмерной системы координат он может осуществлять 3 линейных (вверх-вниз, влево-вправо, вперед-назад) и 3 вращательных (во фронтальной, сагиттальной и горизонтальной плоскостях) перемещения. Фиксация его одной точкой лишает возможности трех линейных перемещений и с кинематической точки зрения уподобляет шаровидному суставу (видео 2). Фиксация его двумя точками лишает еще двух поворотов и уподобляет блоковидному суставу, фиксация тремя, не лежащими на одной прямой, точками, – полностью обездвиживает. Поэтому, с точки зрения кинематики, репозиция отломков – это ничто иное, как совмещение их тремя, не лежащими на одной прямой, сопоставимыми точками.
В изложенной выше задаче мы попытались осуществить перемещение второго порядка, являющееся суммарной траекторией двух перемещений первого порядка. Последние мы также назвали независимыми, или изолированными, перемещениями. Если же перемещение является суммой трех независимых, то это, соответственно, 3 порядка, четырех – 4-го, пяти – 5-го и шести – 6-го. Все перемещения 2-6 порядка относятся к зависимым, поскольку в том или ином составе они привязаны друг к другу и зависят друг от друга. Понятно, что наиболее простым является перемещение 1 порядка. Это единственное перемещение, имеющее изолированный характер. Таковым может считаться любое из перечисленных выше 6 перемещений, 3 линейных и 3 поворотов, после осуществления которого положение отломка в остальных 5 линейных и угловых координатах останется неизменным. Соответственно, наиболее сложным является перемещение 6-го порядка, которое является визитной картой гексаподальных устройств, по причине чего визуальный контроль и управление положением отломка в них невозможен.
В практике работы с аппаратами внешней фиксации наши коллеги пытаются осуществлять различные по сложности перемещения. Наиболее простыми из них являются перемещения 1-го порядка. Они единственные, параметры которых не нуждаются в вычислениях, то есть перемещаем на такую величину, какую мы видим на снимках. Если в аппарате внешней фиксации имеется соответствующий узел перемещения, то максимально точное осуществление таких перемещений является делом минуты, даже меньше. Во всех остальных случаях к нам в дверь будет отчаянно стучаться математика. Конечно же, мы ее не впустим и попытаемся все сделать «на глаз», как привыкли. В итоге немалыми усилиями мы добьемся удовлетворительного сопоставления, но не стоит забывать, что на периферии от нас ждут эргономичных и эффективных технологий. И, как бы мы ни убеждали коллег, что «на глаз» - это просто, они нам уже не поверят. Времена изменились…
Итак, подходим к финалу. Как мы выяснили выше, точное осуществление перемещения 2-го порядка сопряжено с рядом сложностей и осуществимо с существенными проблемами без математического вычисления его параметров. Причем с каждым порядком сделать это еще сложнее. Если перемещение 2-го порядка «на глаз» можно еще осуществить с удовлетворительной точностью, то 3-го – с весьма приблизительной, а точность перемещения 4, 5 и 6-го порядков даже предсказать невозможно. И как быть, спросите Вы, ведь математика для нас – непрофильная наука? Решение есть, причем простое и радикальное.
На видеоролике 3 показано зависимое перемещение 4-го порядка, то есть, одновременно осуществлются два линейных перемещения и два поворота. Как уже упоминалось, несмотря на внешнюю простоту, вычислить его параметры и выставить правильно узлы перемещения для его точного осуществления мы не сможем. На видеоролике 4 показано устранение точно такого же по сложности смещения, но посредством последовательно осуществляемых 4-х независимых перемещений. А на видеоролике 5 показано, как будет выглядеть устранение наиболее сложного 6-компонентного смещения отломка в независимом режиме. Причем, следует особо обратить внимание на то, что в данном варианте перемещаем на те величины, которые визуализируются на рентгеновских снимках. То есть, полностью отпадает необходимость в вычислениях. Но для того, чтобы это стало осуществимо, необходимо соблюсти два базовых условия!
Первое заключается в том, что для осуществления каждого из 6 перемещений в изолированном режиме, необходимо смонтировать 6 автономных узлов перемещения, а это крайне сложная и трудоемкая работа, причем настолько, что нивелирует все наши усилия по рационализации работы с аппаратами внешней фиксации. Остается единственный выход – разработка такого устройства внешней фиксации, в стандартной конструкции которого имелись бы все возможности по осуществлению всех 6 изолированных перемещений. Такое сочетание возможностей мы назвали абсолютной кинематической универсальностью. Аналогичное устройство создано (видео 6) (Евразийский патент № 045163). Причем запатентованы как способ репозиции посредством последовательно осуществляемых независимых перемещений, так и само устройство.
Второе условие несколько сложнее для понимания. Поскольку, как уже говорилось выше, мы в буквальном смысле припаяны к трехмерной системе координат, очень многое зависит от ПРАВИЛЬНОСТИ сделанных рентгеновских снимков. Мы никогда не можем гарантировать, что у нас на руках четкая прямая и четкая боковая проекции, и что угол между ними равен 90°. Анализ архивного материала показал, что несоответствие между двумя проекциями может составить до 50°. Следовательно, с высокой долей вероятности смонтированные нами узлы будут перемещать не совсем туда, куда следует, и устранив (скорее, недоустранив) одно смещение, Вы получите другое. Образно выражаясь, направившись по делам к соседу справа, Вы попадете к прекрасной Агриппине Феоктистовне, проживающей напротив. И это будет результатом конфликта глазомеров рентгенлаборанта, выбирающего проекции, и врача, выставляющего узлы перемещения. Данный фактор является причиной не менее 40% неудач при репозициях. Как же решить эту проблему? Как обеспечить соответствие вектора рентгеновских лучей (перпендикулярность и параллельность) и узлов перемещения аппарата? С устройством, представленным на видеоролике 6, эта проблема решается очень просто (видео 7): при осуществлении прямой проекции параллельно кассете устанавливаются фронтально ориентированные рейки, а боковой – сагиттально ориентированные. Тем самым предупреждается возможность любой, даже незначительной, ошибки.
«И что дальше?» - спросит уважаемый коллега. А ничего. Аппарат внешней фиксации с 6 степенями свободы, возможностью осуществления 6 независимых перемещений и жесткой привязкой к рентгеновским снимкам является теоретическим пределом совершенствования устройств внешней фиксации. И это можно легко доказать.
Работа с аппаратами внешней фиксации состоит из трех этапов (рис. 5): 1. Анализ клинической проблемы; 2. Создание технических условий по ее разрешению; 3. Манипуляции по ее разрешению. На первом этапе осматриваем конечность, изучаем снимки, планируем, как рациональнее устранить проблему, то есть, осуществить репозицию отломков. На втором этапе в случае с гексаподальными устройствами производим шаблонированные снимки, комплекс замеров, ввод их в программу, осуществляем графическое моделирование и т. д. с целью получения рекомендаций, по какому дистрактору и сколько нужно подкрутить, чтобы достичь репозиции. Весьма вероятно, что получить желаемого эффекта по ряду причин не удастся и попытку придется повторить. В работе с аппаратом Илизарова этот этап состоит в монтаже одной или последовательно нескольких компоновок для решения тех же самых задач. И тоже, не исключено, что попытки придется повторить, причем не раз. Третий этап, как и первый, примерно одинаков для любых устройств как по сложности, так и по времени, и состоит в манипуляциях с узлами перемещения с целью решения проблемы.
Естественно, наиболее сложным и трудоемким для врача является второй этап - создание технических условий. Он отнимает до 90% его усилий и времени. Так вот, этот этап в работе с аппаратами с абсолютной кинематической универсальностью попросту отсутствует. Для осуществления максимально точной репозиции достаточно взять два гаечных ключа и, ориентируясь по снимкам, сопоставить отломки. По этой причине на ее осуществление уходит практически на порядок меньше времени. Но этот же этап в работе с иными устройствами не может отсутствовать в принципе, даже в условиях применения на их базе самых современных технологий. Это технологический парадокс, встречающийся, кстати, нередко. Такие попытки предпринимались не раз, но все потерпели фиаско. Возьмем программное обеспечение для гексаподов. Несмотря на тот трепет, с которым сообщество восприняло их появление, и колоссальную рекламу, эффективность чрескостного остеосинтеза они не повысили. Сегодня ими пользуются только те, которые свято верит, что программное обеспечение – это круто и устройство без него круче быть не может. В реальности же одно-, двух- и трехкомпонентные смещения, которые в клинической практике встречаются в разы чаще, быстрее и удобнее устранять аппаратом Илизарова. За гексаподами преимущество лишь в узком спектре клинических случаев. Устранение межотломкового диастаза, например, в аппарате Илизарова потребует пару минут, а с гексаподом надо будет пройти полный цикл работы с ним, потратив на порядок больше времени. Годами ранее предпринимались попытки автоматизации процесса репозиции с ними. Для этого в гексаподальном устройстве монтировались 6 электродвигателей, объединенных в единую систему управления с одним джойстиком. Однако продолжительность репозиции, наоборот, резко возросла, причем в разы, да и в точности преимуществ не было получено, и от идеи отказались. Повторимся еще раз: привязанное к проекциям рентгеновских снимков устройство с абсолютной кинематической универсальностью является теоретическим пределом функционально-эргономических возможностей аппаратов внешней фиксации.
С любовью к методу и уважением ко всем его почитателям.