Трехмерный анализ походки до и после тотального эндопротезирования коленного сустава

Аннотация Цель: Проанализировать походку пациентов с тотальным эндопротезированием коленного сустава с помощью биомеханического метода трехмерного анализа походки. Методика: В 2005-11/2006-11 гг. в больнице Чжуншань Даляньского университета были отобраны 53 пациента с тотальным эндопротезированием коленного сустава в возрасте 42-82 лет, средний возраст составил 59,2 года. Средний рост (172±13) см, масса тела (64±11) кг у 33 мужчин и (155±11) см, масса тела (45±1л) кг у 20 женщин. Анализ походки до и через 1, 6 и 12 месяцев после операции проводил Го Линь из отделения хирургии суставов больницы Чжуншань Даляньского университета, анализ походки проводился с помощью системы трехмерного анализатора движений Oriental Xinrui DVMC-8801. Каждое измерение должно составлять не менее 3 длин шагов при постоянной скорости шага. Всего было установлено 16 точек в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, которые соединялись между собой и образовывали поверхность для построения трехмерного динамического изображения. Результаты: скорость ходьбы, частота шагов, длина шага и фаза стояния пораженной конечности значительно улучшились после замены (P < 0,01), а через год после замены параметры анализа походки в основном достигли нормального уровня. До замены максимальное сгибание бедра составляло 15°, максимальное разгибание - 8°, максимальное сгибание колена - 70°, максимальное сгибание лодыжки - 15°. Через 6 месяцев после замены максимальное сгибание бедра составило 27°, максимальное разгибание спины - 17°, максимальное сгибание колена - 50°, максимальное сгибание голеностопа - 14°; различия между этими показателями и показателями до замены были значимыми (P < 0,01). Заключение: использование трехмерного анализа походки для количественной оценки функции пациентов с тотальным эндопротезированием коленного сустава позволяет более точно понять биомеханические изменения в коленном суставе, а затем подобрать оптимальные методы лечения и реабилитации после эндопротезирования. Ключевые слова: трехмерный анализ походки; тотальное эндопротезирование коленного сустава; оценка эффективности Guo Lin, Cui Daping. Трехмерный анализ походки до и после тотального эндопротезирования коленного сустава[J]. Chinese Tissue Engineering Research and Clinical Rehabilitation, 2008, 12(13):2417-2420 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-13/13k-2417(ps).pdf] Предыстория: Данная тема в настоящее время является заявкой в Национальный природный фонд. Система трехмерного анализа движений DVMC-8801 представляет собой самостоятельно разработанную систему трехмерного анализа походки для неинвазивного обследования пациентов с помощью инфракрасной системы, которая предназначена для понимания биомеханических изменений при восстановлении походки после замены сустава. Экспертная оценка: Авторы применили метод трехмерного анализа походки в области хирургии замены суставов и количественно оценили эффект замены коленного сустава у пациентов с остеоартрозом коленного сустава IV стадии, а также сослались на оценку Tohn.N. Insall, и пришли к выводу, что метод позволяет более точно понять биомеханические изменения коленного сустава, а тема исследования и дизайн являются хорошими. Недостатки: поскольку это новая методика, количество случаев недостаточно, время наблюдения короткое, необходим дальнейший опыт. 0 ВВЕДЕНИЕ Анализ походки - это специальная отрасль биомеханики, представляющая собой кинематическое наблюдение и кинетический анализ деятельности конечностей и суставов при ходьбе человека, дающий ряд значений временных, геометрических, механических и других параметров и кривых [1]. Хотя шкала HSS [2] широко используется до и после тотального эндопротезирования коленного сустава, количественный анализ функции ходьбы пациентов по шкале HSS отсутствует. Авторы использовали трехмерную систему анализа походки (Oriental Xinrui DVMC-8801 three-dimensional motion analysis system) для анализа походки 53 пациентов, перенесших тотальное эндопротезирование коленного сустава в нашей больнице. 1 Объекты и методы Дизайн: обсервационный эксперимент. Место проведения: больница Чжуншань при Даляньском университете. Испытуемые: 53 случая (53 стороны) пациентов, перенесших тотальное эндопротезирование коленного сустава в больнице Чжуншань при Даляньском университете в 2005-11/2006-11 годах, из них 33 случая (33 стороны) мужчин, возраст 55-82 года, средний 46,2 года, средний рост (171±13) см, масса тела (65±11) кг; 20 случаев (20 сторон) женщин, возраст 42-79 лет, средний рост ( 155±11 см, масса тела (45±11) кг. Все они страдали остеоартрозом коленного сустава IV стадии. Операции выполнялись с использованием переднелатерального подколенного подхода. Предоперационная оценка функции коленного сустава по шкале HSS варьировала от 10 до 74 баллов, в среднем составляя 56,2 балла. Пациенты дали информированное согласие на проведение эксперимента и лечение, эксперимент был одобрен и подписан комитетом по этике больницы. Использовался цементный невращающийся протез Zimmer платформенного типа. Разработку, проведение и оценку результатов эксперимента осуществляли: первый автор - дизайн эксперимента, второй автор - сбор и проведение данных, первый автор - оценка, которая проводилась по однослепому методу. Методы: сохраняющая заднюю продольную крестообразную связку искусственная тотальная артропластика коленного сустава. За 1 сутки до операции начиналась внутривенная капельница с высокой дозой антибиотика. Для доступа к капсуле сустава через парапателлярный разрез, расположенный примерно на 1 см медиальнее края средней линии надколенника, был выбран стандартный передний срединный разрез длиной 10-12 см. Подготовка бедренной кости: ① Ротационное позиционирование дистального отдела бедренной кости. ② Предварительная переднелатеральная остеотомия. ③ Дистальная остеотомия бедренной кости. ④ Измерение бедренной кости. ⑤ Передняя, задняя и косая остеотомия бедренной кости. Подготовка большеберцовой кости: ① Позиционирование силовых линий большеберцовой кости. ② Позиционирование внешней силовой линии костного мозга большеберцовой кости: согните колено, поместите направляющую внешней силовой линии костного мозга большеберцовой кости на ножку большеберцовой кости и удерживайте дистальный отдел большеберцовой кости над голеностопным суставом гибким зажимом. Устанавливается большеберцовый протез, бедренный протез и разрез зашивается. Послеоперационное лечение: функциональная гимнастика CPM начиналась в 1-й послеоперационный день, начальный диапазон движения составлял 0~45°, диапазон движения увеличивался на 10° в день в течение 12 ч непрерывно, и перед выпиской из стационара достигался минимум 95°~110°. Метод работы системы трехмерного анализа походки: система трехмерного анализа походки (система трехмерного анализа движений Oriental Xinrui DVMC-8801) состоит из 3 частей. Одна из них находится в одном пространстве, распределяет в разных местах 8 камер и наклеивает на измеряемые части оптические маркировочные точки; регулирует синхронную работу трех вышеуказанных частей устройства и анализ и обработку данных измерений компьютеры и их периферийное оборудование. Вначале была произведена настройка конфигурации между центральным блоком анализа походки и инфракрасными камерами, а также диапазона измерений. Во время тестирования пациент надевал под себя плотно облегающие спортивные шорты, чтобы маркерные точки отображали положение конечностей во время движения; чтобы одежда не заслоняла светоотражающие точки. Светоотражающие точки 3D-анализа походки располагались следующим образом: (1) Таз - поясница - живот: передняя верхняя подвздошная кость, задняя верхняя подвздошная кость (всего 4 точки). Колено: медиальный и латеральный мыщелки бедренной кости и бугорки большеберцовой кости (3 точки). ③ Голеностопный сустав: внутренний и наружный мыщелки голеностопа (всего 2 балла). ④ между первым и вторым предплюсневым суставом (всего 1 балл). Анализ походки проводился обученным и имеющим клинический опыт врачом или техником. Пациента просили несколько раз пройтись в естественной и привычной для него позе и темпе, при этом важно отметить, что каждая из рефлекторных точек пациента должна находиться в пределах указанной инфракрасной зоны, чтобы не повлиять на результаты анализа походки. Основные показатели наблюдения: через 1 месяц, полгода и 1 год после операции с помощью системы 3D-анализа походки наблюдались изменения длины шага, ширины шага, скорости шага, частоты шагов, времени цикла походки, времени фазы стояния, времени фазы шага и угла движения суставов пациентов во время ходьбы. Также проводилась оценка функции коленного сустава по шкале HSS. Статистические методы: Все данные анализировались вторым автором с помощью статистической программы SPSS 11.5 с использованием t-теста независимых выборок и корреляционного анализа, при этом значимым считалось значение P < 0,05. Все данные выражены в виде х±с. Изменения кинематических данных 53 пациентов до и после тотального эндопротезирования коленного сустава представлены в табл. 1. Через год после тотального эндопротезирования у пациентов исчезла коротконогость и уменьшилась боль по ряду измеренных биомеханических показателей (рис. 1~3). Результаты трехмерного анализа походки: ① скорость ходьбы, частота шагов и длина шага значительно улучшились после замены по сравнению с показателями до замены (P < 0,01), и каждый параметр анализа походки в основном достиг нормального уровня через 1 год после замены. После замены фаза стояния пораженной конечности была значительно удлинена по сравнению с фазой до замены. ③ Кривая времени сгибания: максимальное сгибание бедра до замены составляло 15°, а разгибание назад - 8°, максимальное сгибание колена - 70°, максимальное сгибание голеностопа - 15°. Через 6 месяцев после замены максимальное сгибание бедра после упражнения CPM составило 27°, заднее разгибание - 17°, максимальное сгибание колена - 50°, максимальное сгибание голеностопа - 14°; разница между показателями бедра и колена до замены была значительной (P < 0,01). Кривая времени ускорения: через 6 месяцев после замены отрицательная волна в фазе стояния и спайк-волна ускорения в переднем и заднем направлениях пораженной конечности значительно уменьшились по сравнению с таковыми до замены, а в фазе качания наблюдалась бимодальная волна после замены и 3 положительные фазовые волны до замены. ⑤ Походка с использованием Gluteus medius появилась через два месяца после замены и исчезла через год после замены. Показатель функции коленного сустава по шкале HSS значительно улучшился после замены, составив в среднем 85,8 балла через год после операции. 3 ОБСУЖДЕНИЕ Под циклом походки понимается промежуток времени между приземлением одной ноги на землю и повторным приземлением пятки этой ноги. В цикле походки каждая конечность проходит две фазы - опоры на землю и отталкивания от нее, которые называются соответственно фазами становой и маховой походки. Фаза опоры подразделяется на фазу переноса веса на одну конечность и фазу переноса веса на две конечности в зависимости от того, является ли она одноопорной или двухопорной [3-8]. Длина шага, частота шагов и скорость шага - три основных элемента походки, и при анализе походки необходимо сначала выяснить значения и кривые нормальных параметров, таких как время, геометрия и механика, в цикле походки нормальных людей, а затем на этой основе проанализировать аномальные параметры и кривые различных патологических состояний, чтобы обеспечить объективную и реальную основу для оценки эффективности хирургического лечения и функции. Походка пациентов, перенесших операцию тотального эндопротезирования коленного сустава при остеоартрозе коленного сустава IV стадии, имеет следующие особенности. 3.1 Походка с уменьшением боли При возникновении боли в нижней конечности с одной стороны часто наблюдается походка с уменьшением боли, которая на изображении 3D-анализа походки проявляется в сокращении времени фазы стопы с пораженной стороны для минимизации переноса веса на пораженную конечность и уменьшении длины шага. У пациентов с болью в колене при нагрузке на пораженную конечность опускается плечо пораженной конечности, туловище слегка наклонено, нижняя конечность пораженной стороны внешне вращается и сгибается, по возможности избегается удар пяткой о землю. У пациентов с болью в колене колено слегка сгибалось, и пациент ходил, опираясь пальцами ног на землю. Снимки через 1 год после операции показали, что длина шага пораженной конечности стала больше и ближе к здоровой стороне, а углы сгибания и разгибания бедра, колена и голеностопа: максимальное сгибание тазобедренного сустава до операции составляло 15°, а заднее разгибание - 8°, максимальное сгибание колена - 70°, а максимальное сгибание голеностопа - 15°; через полгода после операции максимальное сгибание тазобедренного сустава составляло 27°, а заднее разгибание - 17°, максимальное сгибание колена - 50°, а максимальное сгибание голеностопа - 14°; бедро, Разница между коленом и предоперационным периодом была значительной (P < 0,01). Оценка уровня боли по шкале HSS является полностью субъективной и подразделяется на легкую и среднюю степень тяжести, по сравнению с трехмерной походкой, которая является более объективной, однако эти два показателя следует рассматривать в сочетании друг с другом. 3.2 Походка на коротких ногах[9-14] В 6 случаях дооперационное укорочение пораженной конечности составляло более 2,5 см, в период опоры наблюдалось опущение таза пораженной стороны, что приводило к опущению плеча той же стороны, в период размаха пораженная стопа опускалась, а на здоровой стороне ходьбы наблюдалось избыточное сгибание бедра в колене и дорсифлексия голеностопного сустава; через 1 год после операции было показано, что опущение таза на пораженной стороне исчезло, а угол сгибания и разгибания бедра в коленно-голеностопном суставе по сравнению со здоровой стороной был параллелен. 3.3 Походка со слабостью мышц сгибателей колена[15-20] Мышца сгибатель колена является основной ускоряющей мышцей в фазе маха, и снижение ее силы приводит к недостатку мощности при перемещении конечности в фазе маха. Длина шага пациента до операции составляла 0,49 м, через 6 месяцев после операции - 0,51 м, через 1 год после операции - 0,54 м. Это было связано со слабостью сгибательно-подвздошной мышцы, из-за которой туловище отклонялось назад в конце фазы опоры и резко подавалось вперед в начале фазы размаха, чтобы компенсировать это, и в итоге длина шага пораженной стороны значительно укорачивалась, а после восстановления силы мышц после операции длина шага пациента вернулась к норме. Средний балл по шкале HSS до операции составил 56,2, а средний балл через 1 год после операции - 85,8; результаты по этой шкале были близки к тем, которые наблюдались в наших исследованиях, что подтверждает эффективность операции как с субъективной, так и с объективной точки зрения соответственно. Недостатком данного исследования является отсутствие длительного наблюдения за пациентами, поэтому в дальнейших исследованиях необходимо продолжить наблюдения. Анализ походки является незаменимым средством общего анализа и оценки для извлечения информации о жизнедеятельности, связанной с ходьбой человека, а также биоинженерной технологии для имитации устройств, выполняющих функцию ходьбы человека, и т.д. Он имеет широкие перспективы. При постоянном развитии оптических и электрических измерительных технологий и технологий обработки информации этот метод будет развиваться в направлении многоиндикаторной, интеграционной и комплексной системы экспертного анализа, диагностики и оценки. Используя трехмерный анализ походки для количественной оценки функции пациентов с остеоартрозом коленного сустава IV стадии, мы сможем более точно понять биомеханические изменения коленного сустава, а затем изучить оптимальные средства лечения и методы послеоперационной реабилитации. 4 Ссылки 1 Kyriazis V, Rigas C. Temporal gait analysis of hip osteoarthritic patients operated with cementless hip replacement. Clin Biomech (Bristol, Avon) 2002;17(4). Avon) 2002;17(4):318-321 2 Insall JN, Dorr LD, Scott RD, et al. Rationale of the Knee Society clinical rating system. Clin Orthop Relat Res 1989;(248):13 -14 3 Kiss RM, Kocsis L, Knoll Z. Кинематика суставов и пространственно-временные параметры походки, измеренные системой на основе ультразвука. Med Eng Phys 2004;26(7 ):611-620 4 Bush-Joseph CA, Hurwitz DE, Patel RR, et al. Динамическая функция после реконструкции передней крестообразной связки с использованием аутологичного надколенника. Am J Sports Med 2001;29(1):36-41 5 Madsen MS, Ritter MA, Morris HH, et al. The effect of total hip arthroplasty surgical approach on gait. J Orthop Res 2004;22(1):44-50 6 Benedetti MG, Catani F, Bilotta TW, et al. Muscle activation pattern and gait biomechanics after total knee replacement. Clin. Biomech (Bristol, Avon) 2003;18(9):871-876 7 Lai KA, Lin CJ, Jou IM, et al. Gait analysis after total hip arthroplasty with leg-length equalisation in женщин с односторонним врожденным полным вывихом бедра - сравнение с нелечеными пациентками. J Orthop Res 2001;19(6):1147-1152 8 Benedetti MG, Leardini A, Romagnoli M, et al. Functional outcome of meniscal-bearing total ankle replacement: a gait analysis study. J Am Podiatr Med Assoc 2008;98 (1):19-26 9 Toulotte C, Thevenon A, Watelain E, et al. Идентификация здоровых пожилых людей, падающих и не падающих, с помощью анализа походки в условиях двойной задачи. Clin Rehabil 2006;20(3):269-276 10 Jonsdottir J, Cattaneo D, Regola A, et al. Concepts of motor learning applied to a rehabilitation protocol using biofeedback improve improvement. Концепции моторного обучения применяются к протоколу реабилитации с использованием биологической обратной связи для улучшения походки у пациентов с хроническим инсультом: исследование системы A-B с многократным анализом походки. Нейрореабилитация нейрорепарация 2007 Chiu YP, Fritz SL, Light KE, et al. Использование анализа ответов элементов для исследования свойств измерений и клинической валидности данных для индекса динамической походки. Phys Ther 2006;86(6):778-787 12 Rubenson J, Heliams DB, Maloney SK, et al. Reappraisal of the comparative cost of human locomotion using gait-specificing gait. J Exp Biol 2007;210(Pt 20):3513-3524 13 Cutuk A, Groppo ER, Quigley EJ, et al. Имитация дробной гравитации с использованием положительного давления в нижней части тела: сердечно-сосудистая безопасность и анализ походки. J Appl Physiol 2006;101(3):771-777 14 Weiss RJ, Broström E, Stark A, et al. Артродез голеностопного сустава/задней стопы при ревматоидном артрите улучшает кинематику и кинетику коленного и тазобедренного суставов: проспективное исследование анализа походки. Rheumatology (Oxford) 2007;46(6):1024-1028 15 Levinger P, Gilleard W. Relationship between static posture and rear foot motion during walking in pat Pat Pat Pat Pat Pat Patatoid. Взаимосвязь между статической позой и движением стопы при ходьбе при пателлофеморальном болевом синдроме: влияние эталонной позы для анализа походки. J Am Podiatr Med Assoc 2006;96(4):323- 329 16 Khan WS, Jones RK, Nokes L, et al. Взаимосвязь угла иммобилизации колена с силой, прилагаемой к разгибательному механизму при частичном отягощении. J Bone Joint Surg Br 2007;89(7):911-914 17 Archer KR, Castillo RC, Mackenzie EJ, et al. Анализ симметрии походки и скорости ходьбы после травмы нижней конечности. Phys Ther 2006;86(12):1630-1640 18 Lindemann U, Becker C, Unnewehr I , et al. Анализ походки и WOMAC дополняют друг друга при оценке функционального исхода при тотальном эндопротезировании тазобедренного сустава. Clin Rehabil 2006;20(5):413-420 19 Giacomozzi C, Benedetti MG, Leardini A, et al. Анализ походки с помощью интегрированной системы для функциональной оценки талькоканеальной коалиции. J Am. Podiatr Med Assoc 2006;96(2):107-115 20 Thomas R, Daniels TR, Parker K. Gait analysis and functional outcomes after an ankle arthrodesis for isolated ankle arthritis. J Bone Joint Surg Am 2006;88(3):526-535