Correction of Multiapical Deformities of Long Bones of the Lower Extremities: A Review

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Multiapical deformities of the long bones of the lower extremities represent a complex and widely prevalent orthopedic pathology. A numerous of publications address its individual aspects: diagnosis, planning, and correction. However, no single study was found that offers a comprehensive assessment of contemporary views on treating patients with multiapical deformities of long bones.

Aim of the review — to define current concepts and unresolved issues in the analysis, planning, and correction of multiapical deformities of the long bones of the lower limbs based on the scientific literature.

Methods. Electronic databases were utilized for literature search: PubMed/MEDLINE, SAGE Publishing Journals, Embase, eLIBRARY, Google Scholar. Particular attention was paid to studies that provide information on diagnosis, planning, and correction methods for multiapical deformities. A total of 46 publications were included in the review.

Results. In the literature, the terms “multiapical deformity” and “multilevel deformity” are used synonymously. At the same time, the term “multilevel deformity” is used to denote uniapical deformities of different limb segments. The main diagnostic feature of a multiapical deformity is the location of the apex outside the bone. Unlike uniapical deformities, the correction planning of multiapical deformities uses the axis of the intermediate fragment(s). Most authors define it as the mid-diaphyseal line. The correction of multiapical deformities is performed either acute or gradually. Acute correction with internal fixation is undoubtedly more comfortable for the patient. If there are contraindications to it, the deformity correction is performed gradually using Ilizarov hinges or orthopedic hexapods.

Conclusion. The term “multiapical deformity” inherently indicates that the deformed bone has more than one apex, so it should take precedence over the term “multilevel deformity”. The diagnostic feature of the multiapical deformity “localization of the AOD outside the bone” is not absolute and requires clarification. There are challenges in planning the correction using mechanical axes, as well as in determining the axis of the nonlinear (bowing) intermediate fragment(s). The “spring technique” has significant advantages over other variants of using orthopedic hexapods in correcting a multiapical deformity. However, a rationale for the optimal characteristics of springs, their fixation points to supports, and clarification of the computer program’s use method is required. Addressing these issues will enhance the treatment efficiency for patients with multiapical deformities.

About the authors

Evgeniy S. Golovenkin

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Author for correspondence.
Email: golovenkin_1996@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7064-5689
Russian Federation, St. Petersburg

Leonid N. Solomin

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics; LLC “Ortho-SUV”

Email: solomin.leonid@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3705-3280

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

References

  1. Paley D. Principles of deformity correction. New York: Springer-Verlag; 2009. p. 61-154.
  2. Соломин Л.Н. Основы чрескостного остеосинтеза при деформациях длинных костей. В кн.: Основы чрескостного остеосинтеза. Под ред. Л.Н. Соломина. Москва: БИНОМ; 2015. Т. 2. с. 590-735. Solomin L.N. Basic Principles of Correction of Long-Bone Deformities. In: The Basic Principles of External Skeletal Fixation. Solomin L.N. (ed.). Moscow: BINOM; 2015. Vol. 2. p. 590-735. (In Russian).
  3. Schröter S., Elson D.W., Ateschrang A., Ihle C., Stöckle U., Dickschas J. et al. Lower Limb Deformity Analysis and the Planning of an Osteotomy. J Knee Surg. 2017; 30(5):393-408. doi: 10.1055/s-0037-1603503.
  4. Зырянов С.Я. Одновременное устранение деформаций всех сегментов нижней конечности. Гений ортопедии. 1995;(1):53-58. Zyryanov S.Ya. Simultaneous deformity correction of all segments of the lower limb. Genij ortopedii. 1995;(1): 53-58. (In Russian).
  5. Шевцов В.И., Шрейнер А.А., Смелышев К.Н., Свешников А.А., Обанина Н.Ф. Рентгенологическая картина и плотность минеральных веществ в костях голени на этапах коррекции двухуровневых деформаций аппаратом Илизарова. Гений ортопедии. 2000;(1):60-64. Shevtsov V.I., Shreiner A.A., Smelyshev K.N., Sveshnikov A.A., Obanina N.F. Roentgenologic patterns and mineral density in leg bones at the stages of correction of their two-level deformities with the Ilizarov apparatus. Genij Ortopedii. 2000;(1):60-64. (In Russian).
  6. Paley D., Herzenberg J.E., Tetsworth K., McKie J., Bhave A. Deformity planning for frontal and sagittal plane corrective osteotomies. Orthop Clin North Am. 1994;25(3):425-65.
  7. Matsubara H., Tsuchiya H., Sakurakichi K., Watanabe K., Tomita K. Deformity correction and lengthening of lower legs with an external fixator. Int Orthop. 2006;30(6):550-554. doi: 10.1007/s00264-006-0133-8.
  8. Ganger R., Radler C., Speigner B., Grill F. Correction of post-traumatic lower limb deformities using the Taylor spatial frame. Int Orthop. 2010;34(5):723-730. doi: 10.1007/s00264-009-0839-5.
  9. Brinker M.R., O’Connor D.P. Principles of malunions. In: Rockwood Green’s fractures in adults. Philadelphia: Wolters Kluwer Health, 2015. p. 869-894.
  10. Çakmak M., Cıvan M. Multiapical Deformities. In.: Basic Techniques for Extremity Reconstruction. Cham: Springer, 2018. р. 285-294.
  11. Massobrio M., Mora R. (ed.). Hexapod External Fixator Systems: Principles and Current Practice in Orthopaedic Surgery. Springer International Publishing; 2021. p. 61-65; p. 133-152.
  12. Paley D., Tetsworth K. Mechanical axis deviation of the lower limbs. Preoperative planning of multiapical frontal plane angular and bowing deformities of the femur and tibia. Clin Orthop Relat Res. 1992;(280):65-71.
  13. Tetsworth K.D., Paley D. Accuracy of correction of complex lower-extremity deformities by the Ilizarov method. Clin Orthop Relat Res. 1994;(301):102-110.
  14. Standard S.C., Herzenberg J.E., Conway J.D., Siddiqui N.A., McClure P.K. The Art of Limb Alignment. Baltimore: Rubin Institute for Advanced Orthopedics, Sinai Hospital of Baltimore; 2019. p. 77-135.
  15. Heijens E., Gladbach B., Pfeil J. Definition, Quantification, and Correction of Translation Deformities Using Long Leg, Frontal Plane Radiography. J Pediatric Orthop. Part B. 1999;8(4):285-291. doi: 10.1097/01202412-199910000-00011.
  16. Seide K., Faschingbauer M., Wenzl M.E., Weinrich N., Juergens C. A hexapod robot external fixator for computer assisted fracture reduction and deformity correction. Int J Med Robot. 2004;1(1):64-69. doi: 10.1002/rcs.6.
  17. Bilen F.E., Kocaoglu M., Eralp L., Balci H.I. Fixator-assisted nailing and consecutive lengthening over an intramedullary nail for the correction of tibial deformity. J Bone Joint Surg Br. 2010;92(1):146-152. doi: 10.1302/0301-620X.92B1.22637.
  18. Galal S. Comparison of Fixator Assisted Plating versus Fixator Assisted Nailing for Distal Femoral Osteotomy. J Limb Length Reconstr. 2017;3(1):52-56.
  19. Tsuchiya H., Uehara K., Abdel-Wanis M.E., Sakurakichi K., Kabata T., Tomita K. Deformity correction followed by lengthening with the Ilizarov method. Clin Orthop Relat Res. 2002;(402):176-183. doi: 10.1097/00003086-200209000-00016.
  20. Соломин Л.Н., Щепкина Е.А., Корчагин К.Л., Сабиров Ф.К., Таката М., Цучия Х. Новый способ коррекции многоуровневых деформаций длинных костей с использованием ортопедического гексапода. Травматология и ортопедия России. 2017;23(3):103-109. Solomin L.N., Shchepkina E.A., Korchagin K.L., Sabirov F.K., Takata M., Tsuchia Kh. The New Method of Long Bone Multilevel Deformities Correction Using the Orthopedic Hexapod (Preliminary Report). Traumatology and Orthopedics of Russia. 2017;23(3):103-109. (In Russian).
  21. Виленский В.А., Захарьян Е.А., Зубаиров Т.Ф., Долгиев Б.Х., Толдиева Х.Б., Фомылина О.А. Лечение двухуровневых деформаций костей голени: два гексапода или один? Современные проблемы науки и образования. 2019;(96):141-141. doi: 10.17513/spno.29352. Режим доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29352. Vilensky V.A., Zakharyan E.A., Zubairov T.F., Dolgiev B.Kh., Toldieva Kh.B., Fomylina O.A. Treatment of two-level deformities of lower leg bones: two hexapods or one? Modern Problems of Science and Education. Surgery. 2019;(6):141-141. doi: 10.17513/spno.29352. Available from: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29352. (In Russian).
  22. Лунева С.Н., Смелышев К.Н., Ерофеева Т.Н., Десятниченко К.С. Пролиферативная и экспрессивная активности клеток суставного хряща при устранении деформации голени в эксперименте. Гений ортопедии. 2000;(4):15-18. Luniova S.N., Smelyshev K.N., Yerofeyeva T.N., Desiatnichenko K.S. Proliferative and expressive activities of articular cartilage cells during experimental correction of leg deformity. Genij Ortopedii. 2000;(4):15-18. (In Russian).
  23. Nicol S., Jackson M., Monsell F. Recent advances in external fixation. Bone Joint 360. 2015;4(4):2-7. doi: 10.1302/2048-0105.42.360352.
  24. Kocaoğlu M., Tsuchiya H., Eralp L. (ed.). Femoral and Tibial Deformity Correction and Consecutive Lengthening over an Intramedullary Nail (FAN-LON). In: Advanced techniques in limb reconstruction surgery. Springer; 2015. p. 49-85.
  25. Trombetti A., Al-Daghri N., Brandi M.L., Cannata- Andía J.B., Cavalier E., Chandran M. et al. Interdisciplinary management of FGF23-related phosphate wasting syndromes: a Consensus Statement on the evaluation, diagnosis and care of patients with X-linked hypophosphataemia. Nat Rev Endocrinol. 2022;18(6):366-384. doi: 10.1038/s41574-022-00662-x.
  26. Paley D., Herzenberg J.E., Bor N. Fixator-assisted nailing of femoral and tibial deformities. Tech Orthop. 1997; 12(4):260-275. doi: 10.1097/00013611-199712000-00004.
  27. Eralp L., Kocaoglu M., Cakmak M., Ozden V.E. A correction of windswept deformity by fixator assisted nailing. A report of two cases. J Bone Joint Surg Br. 2004; 86(7):1065-1068. doi: 10.1302/0301-620x.86b7.14923.
  28. Song H.R., Soma Raju V.V., Kumar S., Lee S.H., Suh S.W., Kim J.R. et al. Deformity correction by external fixation and/or intramedullary nailing in hypophosphatemic rickets. Acta Orthop. 2006;77(2):307-314. doi: 10.1080/17453670610046073.
  29. Eralp L., Kocaoglu M., Toker B., Balcı H.I., Awad A. Comparison of fixator-assisted nailing versus circular external fixator for bone realignment of lower extremity angular deformities in rickets disease. Arch Orthop Trauma Surg. 2011;131(5):581-589. doi: 10.1007/s00402-010-1162-8.
  30. Kocaoğlu M., Bilen F.E., Sen C., Eralp L., Balci H.I. Combined technique for the correction of lower-limb deformities resulting from metabolic bone disease. J Bone Joint Surg Br. 2011;93(1):52-56. doi: 10.1302/0301-620X.93B1.24788.
  31. Hughes A., Heidari N., Mitchell S., Livingstone J., Jackson M., Atkins R. et al. Computer hexapod-assisted orthopaedic surgery provides a predictable and safe method of femoral deformity correction. Bone Joint J. 2017;99-B(2):283-288. doi: 10.1302/0301-620X.99B2.BJJ-2016-0271.R1.
  32. Vaidya S.V., Song H.R., Lee S.H., Suh S.W., Keny S.M., Telang S.S. Bifocal tibial corrective osteotomy with lengthening in achondroplasia: an analysis of results and complications. J Pediatr Orthop. 2006;26(6): 788-793. doi: 10.1097/01.bpo.0000242429.83866.97.
  33. Matsubara H., Tsuchiya H., Kabata T., Sakurakichi K., Watanabe K., Tomita K. Deformity correction for vitamin D-resistant hypophosphatemic rickets of adults. Arch Orthop Trauma Surg. 2008;128(10):1137-1143. doi: 10.1007/s00402-007-0548-8.
  34. Naqui S.Z., Thiryayi W., Foster A., Tselentakis G., Evans M., Day J.B. Correction of simple and complex pediatric deformities using the Taylor-Spatial Frame. J Pediatr Orthop. 2008;28(6):640-647. doi: 10.1097/BPO.0b013e3181831e99.
  35. Koren L., Keren Y., Eidelman M. Multiplanar Deformities Correction Using Taylor Spatial Frame in Skeletally Immature Patients. Open Orthop J. 2016;10:71-79. doi: 10.2174/1874325001610010603.
  36. Riganti S., Nasto L.A., Mannino S., Marrè Brunenghi G., Boero S. Correction of complex lower limb angular deformities with or without length discrepancy in children using the TL-HEX hexapod system: comparison of clinical and radiographical results. J Pediatr Orthop B. 2019;28(3):214-220. doi: 10.1097/BPB.0000000000000573.
  37. Ray V., Popkov D., Lascombes P., Barbier D., Journeau P. Simultaneous multisegmental and multifocal corrections of complex lower limb deformities with a hexapod external fixator. Orthop Traumatol Surg Res. 2023;109(3):103042. doi: 10.1016/j.otsr.2021.103042.
  38. Chaudhary M.M., Lakhani P.H. Double-level fixator-assisted nailing (DL-FAN). Bone Joint J. 2019;101(2):178-188. doi: 10.1302/0301-620x.101b2.bjj-2018-0622.r1.
  39. Артемьев А.А., Шипулин А.А., Абросимов М.Н. Корригирующие остеотомии на уровне бедра и голени в лечении и профилактике гонартроза при варусной и вальгусной деформации. В кн.: II Международный конгресс ассоциации ревмоортопедов: тезисы документов. 2018. c. 7-8. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_36811524_56467721.pdf. Artem’ev A.A., Shipulin A.A., Abrosimov M.N. Corrective osteotomy at the level of the femur and lower leg in the treatment and prevention of gonarthrosis in varus and valgus deformity. In: II International Congress of the Association of Rheumo-Orthopedists. 2018. р. 7-8. Available from: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_36811524_56467721.pdf. (In Russian).
  40. Manner H.M., Huebl M., Radler C., Ganger R., Petje G., Grill F. Accuracy of complex lower-limb deformity correction with external fixation: a comparison of the Taylor Spatial Frame with the Ilizarov ring fixator. J Child Orthop. 2007;1(1):55-61. doi: 10.1007/s11832-006-0005-1.
  41. Donnan L.T., Saleh M., Rigby A.S. Acute correction of lower limb deformity and simultaneous lengthening with a monolateral fixator. J Bone Joint Surg Br. 2003;85(2):254-260. doi: 10.1302/0301-620x.85b2.12645.
  42. Аранович А.М., Стогов М.В., Гасанова А.Г., Коркин А.Я. Состояние минерального обмена у детей с фосфат-диабетом при коррекции деформаций нижних конечностей методом Илизарова. Гений ортопедии. 2011(1):71-74. Aranovich A.M., Stogov M.V., Gasanova A.G., Korkin A.Ya. Mineral metabolism condition in children with phosphate diabetes for correction of lower limb deformities by the Ilizarov method. Genij Ortopedii. 2011(1):71-74. (In Russian).
  43. Mayer S.W., Hubbard E.W., Sun D., Lark R.K., Fitch R.D. Gradual Deformity Correction in Blount Disease. J Pediatr Orthop. 2019;39(5):257-262. doi: 10.1097/BPO.0000000000000920.
  44. Lu Y., Li J., Qiao F., Xu Z., Zhang B., Jia B. et al. Correction of severe lower extremity deformity with digital hexapod external fixator based on CT data. Eur J Med Res. 2022;27(1):252. doi: 10.1186/s40001-022-00887-6.
  45. Dammerer D., Kirschbichler K., Donnan L., Kaufmann G., Krismer M., Biedermann R. Clinical value of the Taylor Spatial Frame: a comparison with the Ilizarov and Orthofix fixators. J Child Orthop. 2011;5(5):343-349. doi: 10.1007/s11832-011-0361-3.
  46. Hasler C.C., Krieg A.H. Current concepts of leg lengthening. J Child Orthop. 2012;6(2):89-104. doi: 10.1007/s11832-012-0391-5.
  47. Keshet D., Eidelman M. Clinical utility of the Taylor spatial frame for limb deformities. Orthop Res Rev. 2017;9:51-61. doi: 10.2147/ORR.S113420.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diagnostic signs of MD (using the tibia as an example): a — AOD is located outside of the bone (laterally); b — AOD is located outside of the bone (proximally); c — the bone has a long, curving bow; d — the bone segment has an obvious deformity plus the LDTA formed by the mid-diaphyseal line is abnormal; e — AOD doesn’t match the obvious deformity; f — the proximal and distal axes are parallel

Download (320KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Different options of identifying the axis of intermediate fragment according to D. Paley [6]

Download (200KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Analysis of the diagnostic signs of MD: a — correction planning using the mechanical axes of the proximal and distal bone fragments (analysis of sign N 2); b — correction planning using the mechanical axes of the proximal and distal bone fragments (analysis of sign N 3); c — correction according to the 1st osteotomy rule (analysis of sign N 4)

Download (202KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. When trying to identify the axes of the proximal and distal fragments by the standard method, the program calculates not the plane-parallel distraction, but the translation and angulation of the distal fragment

Download (421KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».