Efficacy Evaluation of Primary Oncological Knee Arthroplasty in Patients with Tumor Involvement of the Distal Femur

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim of the study was to determine the factors influencing functional outcomes and the likelihood of mechanical and infectious complications in patients with tumor involvement of the distal femur who underwent primary oncological knee arthroplasty.

Methods. We analyzed the treatment results of 227 patients who underwent primary oncological knee arthroplasty for tumor involvement of the distal femur between 2003 and 2018. Functional outcomes were assessed using the MSTS scale at the 12-month follow-up, while mechanical and infectious complications were evaluated according to the ISOLS classification. We also examined the factors affecting these outcomes.

Results. Various types of complications occurred after an average period of 70.5 months in 70 (30.8%) patients: infection (type IV) — 16 cases (7.1%); prosthesis failure (type III) — 13 (5.7%); instability of prosthetic components (type II) — 41 (18.1%). Active drainage did not affect the risk of infectious complications but significantly reduced postoperative hospital stay (p<0.001). Patients weighing more than 90 kg had a statistically significant increase in the risk of construct failure (p = 0.044). The use of rotating platform prostheses significantly reduced the risk of component failure (p = 0.016). When anatomical femoral stems and rotating platform prostheses were used, there was a significant reduction in the risks of component instability (p<0.001). The type of fixation did not increase the risk of mechanical complications (p = 0.860). Utilization of a thin cement mantle decreased the risk of prosthesis instability by 5.1 times compared to standard cementation techniques, with statistically significant differences in odds ratios. The median function of the knee joint, as measured by the MSTS scale, was 80%. Patients operated through the subvastus approach demonstrated the best joint function (p<0.001). At the 60-month follow-up, overall prosthesis survival rates ranged from 80 to 100%. However, at 125 months, the leading prostheses were Stryker (92.9%), Mutars (71.8%), and Biomet (69.1%).

Conclusions. Rotating-hinge endoprostheses showed optimal performance in reducing the risks of mechanical complications and increasing a construct lifespan. It is essential to use anatomically shaped stems when installing the femoral component. The choice of fixation method does not influence survival rate or stability of the component. It does, however, allow surgeons to take an individualized approach based on the patient’s weight, age, and bone condition. The medial subvastus approach offers the most favorable conditions for restoring knee joint function.

About the authors

Ilkin M. Mikailov

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics; N.I. Pirogov Clinic of High Medical Technologies, Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: mim17@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1631-0463

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Rashid M. Tikhilov

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: rtikhilov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0733-2414

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, St. Petersburg

Petr V. Grigoriev

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: maddoc_pvg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2622-4478

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Pala E., Trovarelli G., Angelini A., Maraldi M., Berizzi A., Ruggieri P. Megaprosthesis of the knee in tumor and revision surgery. Acta Biomed. 2017;88(2S):129-138. doi: 10.23750/abm.v88i2-S.6523.
  2. Heisel C., Kinkel S., Bernd L., Ewerbeck V. Megaprostheses for the treatment of malignant bone tumours of the lower limbs. Int Orthop. 2006;30(6):452-457. doi: 10.1007/s00264-006-0207-7.
  3. Соколовский В.А., Соколовский А.В., Тарарыкова А.А., Федорова А.В., Блудов А.Б. Отдаленные онкологические результаты лечения пациентов с первичными и метастатическими опухолями опорно-двигательного аппарата, перенесших эндопротезирование. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. 2022;14(4): 33-44. doi: 10.17650/2782-3687-2022-14-4-33-44. Sokolovskii V.A., Sokolovskii A.V., Tararykova A.A., Fedorova A.V., Bludov A.B. Long-term oncological results of patients with primary and metastatic tumors of the musculoskeletal system who underwent arthroplasty. Bone and soft tissue sarcomas, tumors of the skin. 2022;14(4):33-44. (In Russian). doi: 10.17650/2782-3687-2022-14-4-33-44.
  4. Pala E., Henderson E.R., Calabrò T., Angelini A., Abati C.N., Trovarelli G. et al. Survival of current production tumor endoprostheses: complications, functional results, and a comparative statistical analysis. J Surg Oncol. 2013;108(6):403-408. doi: 10.1002/jso.23414.
  5. Henderson E.R., Groundland J.S., Pala E., Dennis J.A., Wooten R., Cheong D. et al. Failure mode classification for tumor endoprostheses: retrospective review of five institutions and a literature review. J Bone Joint Surg Am. 2011;93(5):418-429. doi: 10.2106/JBJS.J.00834.
  6. Capanna R., Scoccianti G., Frenos F., Vilardi A., Beltrami G., Campanacci D.A. What was the survival of megaprostheses in lower limb reconstructions after tumor resections? Clin Orthop Relat Res. 2015;473(3): 820-830. doi: 10.1007/s11999-014-3736-1
  7. Курильчик А.А., Иванов В.Е., Стародубцев А.Л., Зубарев А.Л., Алиев М.Д. Варианты хирургического лечения онкологических больных с использованием 3D-имплантатов. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. 2022;14(3):11-19. doi: 10.17650/2219-4614-2022-14-3-11-19. Kurilchik A.A., Ivanov V.E., Starodubtsev A.L., Zubarev A.L., Aliev M.D. Types of surgery for cancer treatment using 3D-printed implants. Bone and soft tissue sarcomas, tumors of the skin. 2022;14(3):11-19. (In Russian). doi: 10.17650/2219-4614-2022-14-3-11-19.
  8. Агаев Д.К., Сушенцов Е.А., Софронов Д.И., Валиев А.К., Мусаев Э.Р., Хайленко В.А. и др. Применение компьютерного моделирования и 3D-технологий в онкоортопедии. Обзор литературы. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. 2019;11(4):5-16. Agaev D.K., Sushentcov E.A., Sofronov D.I., Valiev A.K., Musaev E.R., Khaylenko V.A. et al. The use of computer modeling and 3D-technologies in oncoorthopedia. Literature review. Bone and soft tissue sarcomas, tumors of the skin. 2019;11(4):5-16. (In Russian).
  9. Соколовский А.В., Соколовский В.А., Блудов А.Б., Федорова А.В., Агаев Д.К., Валиев А.К. Долгосрочные результаты и современные принципы профилактики и лечения пациентов с асептической нестабильностью эндопротеза в онкологии. Саркомы костей, мягких тканей и опухоли кожи. 2022;14(1):11-24. doi: 10.17650/2782-3687-2022-14-1-11-24. Sokolovskii A.V., Sokolovskii V.A., Bludov A.B., Fedorova A.V., Agaev D.K., Valiev А.K. Long-term results and modern principles of prevention and treatment patients with endoprosthesis aseptic instability in oncology. Bone and soft tissue sarcomas, tumors of the skin. 2022;14(1):11-24. (In Russian). doi: 10.17650/2782-3687-2022-14-1-11-24.
  10. Ruggieri P., Mavrogenis A.F., Pala E., Abdel-Mota’al M., Mercuri M. Long term results of fixed-hinge megaprostheses in limb salvage for malignancy. Knee. 2012;19(5):543-549. doi: 10.1016/j.knee.2011.08.003.
  11. Myers G.J., Abudu A.T., Carter S.R., Tillman R.M., Grimer R.J. Endoprosthetic replacement of the distal femur for bone tumours: long-term results. J Bone Joint Surg Br. 2007;89(4):521-526. doi: 10.1302/0301-620X.89B4.18631.
  12. Bus M.P., van de Sande M.A., Fiocco M., Schaap G.R., Bramer J.A., Dijkstra P.D. What Are the Long-term Results of MUTARS® Modular Endoprostheses for Reconstruction of Tumor Resection of the Distal Femur and Proximal Tibia? Clin Orthop Relat Res. 2017;475(3):708-718. doi: 10.1007/s11999-015-4644-8.
  13. Gosheger G., Gebert C., Ahrens H., Streitbuerger A., Winkelmann W., Hardes J. Endoprosthetic reconstruction in 250 patients with sarcoma. Clin Orthop Relat Res. 2006;450:164-171. doi: 10.1097/01.blo.0000223978.36831.39.
  14. Pala E., Trovarelli G., Calabrò T., Angelini A., Abati C.N., Ruggieri P. Survival of modern knee tumor megaprostheses: failures, functional results, and a comparative statistical analysis. Clin Orthop Relat Res. 2015;473(3):891-899. doi: 10.1007/s11999-014-3699-2.
  15. Darwich A., Jovanovic A., Dally F.J., Abd El Hai A., Baumgärtner T., Assaf E. et al. Cemented versus Cementless Stem Fixation in Revision Total Knee Arthroplasty: A Systematic Review and Meta-Analysis. Antibiotics (Basel). 2023;12(11):1633. doi: 10.3390/antibiotics12111633.
  16. Wang C., Pfitzner T., von Roth P., Mayr H.O., Sostheim M., Hube R. Fixation of stem in revision of total knee arthroplasty: cemented versus cementless – a meta-analysis. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2016;24(10):3200-3211. doi: 10.1007/s00167-015-3820-4.
  17. Piakong P., Kiatisevi P., Yau R., Trovarelli G., Lam Y.L., Joyce D. et al. What Is the 10-year Survivorship of Cemented Distal Femoral Endoprostheses for Tumor Reconstructions and What Radiographic Features Are Associated with Survival? Clin Orthop Relat Res. 2020;478(11):2573-2581. doi: 10.1097/CORR.0000000000001336.
  18. Geiger E.J., Arnold M.T., Hart C.M., Greig D., Trikha R., Sekimura T. et al. What Is the Long-term Survivorship of Primary and Revision Cemented Distal Femoral Replacements for Limb Salvage of Patients With Sarcoma? Clin Orthop Relat Res. 2023;481(3):460-471. doi: 10.1097/CORR.0000000000002333.
  19. Carlisle E., Steadman P., Lowe M., Rowell P., Sommerville S. What Factors Are Associated With Stem Breakage in Distal Femoral Endoprosthetic Replacements Undertaken for Primary Bone Tumors? Clin Orthop Relat Res. 2023;481(11):2214-2220. doi: 10.1097/CORR.0000000000002746.
  20. Numata Y., Kaneuji A., Kerboull L., Takahashi E., Ichiseki T., Fukui K. et al. Biomechanical behaviour of a French femoral component with thin cement mantle: The ‘French paradox’ may not be a paradox after all. Bone Joint Res. 2018;7(7):485-493. doi: 10.1302/2046-3758.77.BJR-2017-0288.R2.
  21. Jover-Jorge N., González-Rojo P., Amaya-Valero J.V., Baixuali-García F., Calva-Ceinós C., Angulo-Sánchez M.Á. et al. Evaluating functional outcomes and quality of life in musculoskeletal tumor patients with distal femoral megaprostheses: a case-control study. World J Surg Oncol. 2024;22(1):341. doi: 10.1186/s12957-024-03627-8.
  22. Pala E., Mavrogenis A.F., Angelini A., Henderson E.R., Douglas Letson G., Ruggieri P. Cemented versus cementless endoprostheses for lower limb salvage surgery. J BUON. 2013;18(2):496-503.
  23. Li Y., Sun Y., Shan H.C., Niu X.H. Comparative Analysis of Early Follow-up of Biologic Fixation and Cemented Stem Fixation for Femoral Tumor Prosthesis. Orthop Surg. 2019;11(3):451-459. doi: 10.1111/os.12483.
  24. Zhang C., Hu J., Zhu K., Cai T., Ma X. Survival, complications and functional outcomes of cemented megaprostheses for high-grade osteosarcoma around the knee. Int Orthop. 2018;42(4):927-938. doi: 10.1007/s00264-018-3770-9.
  25. Piakong P., Kiatisevi P., Yau R., Trovarelli G., Lam Y.L., Joyce D. et al. What Is the 10-year Survivorship of Cemented Distal Femoral Endoprostheses for Tumor Reconstructions and What Radiographic Features Are Associated with Survival? Clin Orthop Relat Res. 2020;478(11):2573-2581. doi: 10.1097/CORR.0000000000001336.
  26. Enneking W.F., Dunham W., Gebhardt M.C., Malawer M., Pritchard D.J. A system for the functional evaluation of reconstructive procedures after surgical treatment of tumors of the musculoskeletal system. Clin Orthop Relat Res. 1993;(286):241-246.
  27. Henderson E.R., O’Connor M.I., Ruggieri P., Windhager R., Funovics P.T., Gibbons C.L. et al. Classification of failure of limb salvage after reconstructive surgery for bone tumours: a modified system Including biological and expandable reconstructions. Bone Joint J. 2014;96-B(11):1436-1440. doi: 10.1302/0301-620X.96B11.34747.
  28. Barrientos-Ruiz I., Ortiz-Cruz E.J., Peleteiro-Pensado M., Merino-Rueda R. Early Mechanical Failure of a Tumoral Endoprosthesic Rotating Hinge in the Knee: Does Bumper Wear Contribute to Hyperextension Failure? Clin Orthop Relat Res. 2019;477(12):2718-2725. doi: 10.1097/CORR.0000000000000949.
  29. Little J.P., Gray H.A., Murray D.W., Beard D.J., Gill H.S. Thermal effects of cement mantle thickness for hip resurfacing. J Arthroplasty. 2008;23(3):454-458. doi: 10.1016/j.arth.2007.02.015.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. ROC curve characterizing the discriminatory ability of weight in predicting the risks of infectious complications

Download (40KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Dependence of sensitivity and specificity of the model on threshold values of estimated probability for complication development

Download (49KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Postoperative length of hospital stay depending on the installation of active drainage

Download (43KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. ROC curve characterizing the discriminatory ability of weight in predicting type III complications

Download (40KB)
Indexing metadata
6. Figure 5. ROC curve characterizing the discriminatory influence of stem diameter on predicting prosthesis instability

Download (39KB)
Indexing metadata
7. Figure 6. Proportion of type II complications depending on the cement mantle thickness

Download (49KB)
Indexing metadata
8. Figure 7. Joint function scores on the MSTS scale depending on the presence of limited active extension

Download (41KB)
Indexing metadata
9. Figure 8. Regression function graph showing the dependence of MSTS scale function on the range of motion at 12 months postop

Download (40KB)
Indexing metadata
10. Figure 9. Joint function scores on the MSTS scale depending on the surgical approach

Download (39KB)
Indexing metadata
11. Figure 10. Limitation of active extension depending on the surgical approach

Download (58KB)
Indexing metadata
12. Figure 11. Range of motion depending on the surgical approach

Download (29KB)
Indexing metadata
13. Figure 12. Overall survival curve of endoprostheses depending on the presence of a rotating platform

Download (49KB)
Indexing metadata
14. Figure 13. Overall survival curve of endoprostheses depending on the type of fixation (cemented, cementless)

Download (46KB)
Indexing metadata
15. Figure 14. Overall survival curve depending on the manufacturer of endoprosthesis

Download (67KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 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».