Summary
このプロトコルは、内側単区画膝関節形成術で使用されるワイヤレスセンサーの死体研究を示しています。プロトコルには、角度測定装置の設置、標準化されたオックスフォードユニコンパートメント膝関節形成術骨切り術、屈曲伸展バランスの予備評価、および屈曲伸展ギャップ圧を測定するためのセンサーの適用が含まれます。
Abstract
単区画膝関節形成術(UKA)は、末期前内側変形性関節症(AMOA)の効果的な治療法です。UKAの鍵は屈曲伸展ギャップバランスであり、これはベアリング脱臼、ベアリング摩耗、関節炎の進行などの術後合併症と密接に関連しています。従来のギャップバランス評価は、ギャップゲージによって内側側副靭帯の張力を間接的に感知することによって行われます。それは外科医の感触と経験に依存しており、初心者にとっては不正確で困難です。UKAの屈曲伸展ギャップバランスを正確に評価するために、金属ベース、圧力センサー、クッションブロックで構成されるワイヤレスセンサーの組み合わせを開発しました。骨切り術後、ワイヤレスセンサーの組み合わせを挿入することで、関節内圧をリアルタイムで測定できます。屈曲伸展ギャップバランスパラメータを正確に定量化して、さらに大腿骨研削と脛骨骨切り術をガイドし、ギャップバランスの精度を向上させます。無線センサーの組み合わせで in vitro 実験を実施しました。結果は、経験豊富な専門家によって行われた屈曲-伸展ギャップバランスの伝統的な方法を適用した後、11.3Nの差があることを示しました。
Introduction
変形性膝関節症(KOA)は世界的な負担1であり、現在、段階的治療戦略が採用されています。末期単コンパートメントKOAの場合、単コンパートメント膝関節形成術(UKA)が効果的な選択肢であり、10年生存率は90%を超えます2。内側UKAは、ひどく摩耗した内側コンパートメントのみを置き換え、自然な外側コンパートメント、内側側副靭帯(MCL)、および十字靭帯3を保持します。原理は、脛骨骨切り術と大腿骨研削術によって屈曲ギャップと伸展ギャップをほぼ同じにし、プロテーゼとベアリング4の移植後にMCL張力を回復させることです。人工膝関節全置換術と比較して、UKAは外科的困難と技術的要件が大きくなります。主な原因は、膝の可動域全体にわたる靭帯の適切なバランスです3。
伝統的に、予備骨切り術後、外科医は関節腔にギャップゲージを挿入し、MCLの張力を感じることによって屈曲ギャップと伸展ギャップが等しいかどうかを間接的に判断します。しかし、バランスの定義と感覚は、経験豊富な外科医にとってさえ、ほとんど同じではありません。初心者にとって、バランスの要件を把握することはより困難です。屈曲-伸展ギャップの不均衡は、一連の合併症5,6につながる可能性があり、その結果、修正率が増加します。
技術の進歩に伴い、一部の研究者はUKA 7,8にテンソルを適用しようとしました。ただし、これらの研究はすべて固定ベアリングUKAに関するものであり、テンソルを使用するとMCLが損傷する可能性があります。
センサーの出現は、膝関節のギャップの圧力を表示するという要求を満たすだけでなく、さまざまなセンサーは、サイズが小さいため、MCL損傷のリスクが少ないことがよくあります9,10。さらに、現在使用されているセンサーはすべて有線伝送であり、無菌操作を妨げる可能性があり、使用するのに十分な利便性がありません。
屈曲伸展ギャップバランスパラメータを正確に測定するために、金属ベース、前面、内側、側面に3つの圧力プローブを備えたワイヤレスセンサー、およびクッションブロックで構成されるUKA用のワイヤレスセンサーの組み合わせを開発しました。センサーの組み合わせは、関節腔内の圧力をリアルタイムで測定および表示し、外科医がバランス目標が達成されたかどうかを正確に評価するのに役立ちます。
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Protocol
このプロトコルは、玄武病院の倫理委員会(助成金番号:2021-224)によって承認され、ヘルシンキ宣言に従って実施されました。死体を使用するための近親者からインフォームドコンセントが得られました。
1. 角度測定装置の設置
- 大腿骨と脛骨の角度測定装置のスイッチをオンにします。タブレットコンピューターで角度測定ソフトウェアを開き、2つの測定デバイスのQRコードをスキャンして、[ 接続Bluetooth]をクリックします。
- 2つの角度測定器を水平テーブルに置き、[ キャリブレーション] ボタンをクリックしてキャリブレーションし、膝の上下10 cmのストラップで結び、膝の屈曲角度をリアルタイムで測定します(図1)。
2.標準化されたオックスフォードUKA骨切り術
- 死体を仰臥位に置き、下肢を手術台の外側に屈曲と外転でドレープします。
- メスで内側傍膝蓋骨アプローチによって関節腔を開きます。膝蓋骨の内側境界の頂点に沿って関節線に対して3 cm遠位に切り込みを入れ、脛骨結節の内側1 cmで遠位で終了します。切開の深さが関節腔に達することを確認します。
- ロンジャーを使用して、内側大腿骨顆、顆間窩、および前脛骨の骨棘を除去します。
- 後大腿骨顆を引っ掛けるために異なるサイズの大腿骨サイジングスプーンを挿入し、スプーンの端が軟骨表面から約1mm離れている場合、スプーンに対応する大腿骨プロテーゼのサイズが適しています。
- 3 mm Gクランプを選択します。Gクランプ、脛骨のこぎりガイド、大腿骨サイジングスプーンを接続します。ガイドのシャフトが冠状面と矢状面の両方で脛骨の長軸と平行であり、足首ヨークが同側の前上腸骨脊椎を向いていることを確認します。
- 脛骨に垂直方向と水平方向の切り込みを入れます。レシプロソーを使用して、垂直脛骨のこぎりをカットします。切り傷が内側脛骨脊椎の頂点のちょうど内側にあることを確認してください。のこぎりガイドの表面に載るまで、のこぎりを垂直に下に進めます。
- 脛骨切除ガイドからシムを取り外し、スロット付き0シムを挿入します。振動鋸刃を使用してプラトーを切除します。スロット付きシムを取り外し、幅広のオステオトームでプラトーをレバーで持ち上げ、膝を伸ばして取り外します。
- 遠位大腿骨顆に穴を開けます。穴が顆間ノッチの前端から1 cm前方にあり、内側の壁に沿っていることを確認します。
- 髄内ロッドを穴に挿入します。大腿骨ドリルガイドを髄内ロッドに接続します。大腿骨ドリルガイドの助けを借りて大腿骨穿孔を実行します。
- 後部切除ガイドを取り付け、ドリルで開けた穴に挿入します。振動鋸刃が後部切除ガイドの下側によってガイドされていることを確認し、後部大腿骨顆骨切り術を実行します。ガイドと骨片を取り外します。
- 内側半月板を切除します。MCLを保護するために半月板の小さなカフを残します。後部ホーンを完全に取り外します。
- 0大腿骨スピゴットを挿入します。球状ミルをスピゴットに取り付け、遠位大腿骨フライス加工を行います。
3.屈曲伸展ギャップの予備的評価
- 大腿骨試験を挿入します。ギャップゲージで屈曲-伸展ギャップを評価します。
- 角度測定装置を使用して、屈曲角度を監視します。わずかな抵抗でギャップゲージを関節スペースに挿入し、膝が20°(伸展ギャップ)および110°(屈曲ギャップ)の屈曲位置にあるときに知覚される張力がほぼ等しいと知覚することにより、適切な屈曲-伸展ギャップバランスを定義します。ギャップが等しくない場合は、屈曲ギャップと伸展ギャップの差値に従って、大腿骨が等しくなるまで研削します。
4.屈曲および伸展ギャップ圧力を測定するためのセンサーの組み合わせの適用
- センサー磁気誘導電源スイッチを取り外します。タブレットコンピューターで圧力測定ソフトウェアを開き、センサーのQRコードをスキャンして、測定インターフェースに入ります。
- [ デバイスの接続 ]ボタンをクリックします。接続が成功すると、センサーが自動的に校正されます。
- ゲージの仕様に応じて適切な厚さのクッションブロックを選択してください。センサーを金属ベースに置き、クッションブロックをセンサーに取り付けます(図2)。
- [タブレット コンピューターで 作業を開始する ] をクリックします。ワイヤレスセンサーの組み合わせを内側コンパートメントに挿入し、金属ベースを脛骨骨切り術の表面に取り付けます(図3)。
- 膝の屈曲の110°(図4A、B)および20°(図4C、D)での屈曲および伸展ギャップ圧を測定します。3回の連続した測定の平均値を個別に計算します。
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Representative Results
この インビトロ 研究は、60歳の女性死体で実施されました。Sサイズの大腿骨プロテーゼと3mmをターゲットにした状態で、大腿骨研削と脛骨骨切り術を行った後、外科医はギャップゲージを使用して屈曲伸展ギャップの張力を事前に評価し、バランスが達成されたと信じました。
大腿骨試験を設置した後、無線センサーを内側関節腔に挿入し、屈曲の110°(屈曲ギャップ)と20°(伸展ギャップ)で関節内圧を3回測定しました。屈曲伸展間隙圧は49.9 N-44.8 N, 47.1 N-25.9 N, 42.0 N-34.2 Nであった(表1)。屈曲ギャップの圧力値は非常に一貫していましたが、伸展ギャップの圧力値はかなり異なっていました。屈曲間隙の平均圧力は46.3N,伸展間隙の平均圧は35.0Nで,平均差は11.3Nであった. 術後X線写真では適切な補綴物の位置が認められた(図5)。
| 測定時間 | 関節内圧(N) | |
| 屈曲110°(屈曲ギャップ) | 屈曲20°(延長ギャップ) | |
| 1 | 49.9 | 44.8 |
| 2 | 47.1 | 25.9 |
| 3 | 42.0 | 34.2 |
| 意味する | 46.3 | 35.0 |
表1:センサーによって測定された関節内圧。
図1:角度測定装置。 (A)角度測定装置は、膝の中心の上下10cmに設置された。(B)測定ソフトウェアは、膝の屈曲角度をリアルタイムで表示できます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:ワイヤレスセンサーの組み合わせの構造。 ワイヤレスセンサーの組み合わせは、(A)金属ベース、(B)3つの圧力プローブ(黄色の矢印)を備えたワイヤレスセンサー、(C)およびクッションブロックで構成されています。(D)ネストされたアセンブリの後に形成された組み合わせ。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:センサーの組み合わせの適用。 骨切り術と大腿骨試験の設置後、ワイヤレスセンサーの組み合わせが測定のために内側コンパートメントに挿入されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:圧力を測定する位置 。 (A)屈曲ギャップ圧は、膝屈曲の110°で測定されました。(B)屈曲ギャップ圧は49.9Nでした。 (C)伸展ギャップ圧は膝屈曲の20°で測定されました。(D)伸長ギャップ圧は44.8Nであった。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:術後の画像。 術後前後X線写真では,脛骨成分の位置決めと被覆率は良好であった.術後側方X線写真で大腿骨部の位置決めと屈曲角は良好であった.略語:AP =前後;LT =横方向)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
可動性UKAは前内側KOAの効果的な治療法です。外傷が少なく、回復が早く、正常な膝固有受容感覚を維持するという利点があります11,12,13。UKAの鍵は屈曲と伸展のバランスです。すなわち、MCL張力14の回復を前提として、屈曲ギャップと伸展ギャップをできるだけ等しくする。不均衡は、軸受脱臼、補綴物の摩耗、または外側区画における進行をもたらし得る15、16、17、18。バランス技術は通常、外科医の経験に関連しており、患者の満足度と補綴物の生存に影響を与えます。
ギャップゲージは、現在広く使用されているUKAギャップバランスツールです。外科医はギャップゲージを関節腔に挿入し、ギャップの張力を感じて、屈曲と伸展のギャップのバランスが取れているかどうかを大まかに判断します。このアプローチは外科医の感覚と経験に大きく依存しているため、初心者が正確なバランスをとることは困難であり、これがUKAの急な学習曲線と補綴合併症の発症の理由の1つです。さらに、この方法はUKAのミリメートルレベルの大腿骨研削の要件を満たしていません。
その後、テンソルをUKAのギャップバランス評価に適用しました19。テンソルは、関節空間に一定の気晴らし力を加えて、MCLの張力を回復することができます。関節腔の気を散らす距離を測定することにより、屈曲および伸展ギャップを正確に測定できます。ただし、テンソルは異なる注意散漫力を及ぼす可能性があるため、MCLが通常の張力に回復しない場合、またはMCLが損傷に過度に気を取られると、関節腔の注意散漫距離が変化します。現在、異なるベアリングの厚さに一致することができる適切な注意散漫力は、7,8,19で合意されていません。
上記の2つの大まかな測定ツールとは異なり、使用したワイヤレスセンサーには3つの統合圧力プローブが埋め込まれており、膝の全可動域での関節内圧をリアルタイムで表示できます。ワイヤレスセンサーは、従来のMCL張力のざらざら感を正確な関節内圧に変換し、角度測定装置の助けを借りて、外科医は屈曲と伸展のバランスを正確に評価できます。外科医、特に初心者にとって、これは正確な骨切り術を効果的に支援し、学習曲線を短縮し、外科的効果を向上させることができます。
さまざまなサイズのベアリングと大腿骨補綴物に合わせるために、ワイヤレスセンサーもさまざまなサイズで利用できます。使用の過程で最も重要なことは、骨切り術計画に従ってセンサーに適したクッションブロックを選択することです。そうしないと、骨切り面の摩耗につながり、屈曲伸展ギャップのバランスが損なわれる可能性があります。
以前の研究では、埋め込まれた圧力プローブが少ないセンサーにより、精度が低下したり、手術中の無菌要件を満たしていない有線伝送が報告されています20、21、22、23、24、25。使用したワイヤレスセンサーは、測定精度と無菌要件の両方を考慮しています。このin vitro研究では、経験豊富な外科医でさえ、屈曲と伸展のギャップの完全な同等性を達成できないことがわかりました。屈曲伸展バランスの妥当な圧力範囲を決定するには、さらに大きなサンプルの多施設in vivo研究が必要です。
ただし、このワイヤレスセンサーにはいくつかの制限もあります。第一に、センサーの組み合わせを金属ベースに頻繁に挿入すると、脛骨プラトーの骨切り面が摩耗し、骨切りエラーが発生し、正確な屈曲伸展バランスという当初の目標に反する可能性があります。第二に、私たちが使用したワイヤレスセンサーは使い捨てデバイスです。バッテリーは約3時間しか電力を供給できません。現在、私たちのチームは、センサーを再利用し、ワイヤレス充電要件を満たすことができるように技術を改善しています。さらに、可動ベアリングを完全にシミュレートして、膝の屈曲および伸展運動中に脛骨と大腿骨の接触点の軌跡をリアルタイムで表示できる新しいクッションブロックも設計しています。
ワイヤレスセンサーの使用は、関節内圧を定量化し、骨切り術をガイドして正確な屈曲と伸展のバランスを達成するのに役立ちます。これにより、初心者のギャップバランス経験の不足を補い、UKAの学習難易度を軽減します。ワイヤレスセンサーのアプリケーションは、関節手術への個別化されたインテリジェントなアプローチへの傾向と、学際的な緊密な協力によってもたらされる技術革新を反映しています。
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Disclosures
著者は開示するものは何もありません。
Acknowledgments
この研究は、北京病院局臨床医学開発特別資金支援[助成金番号:XMLX202139]の支援を受けました。貴重なご提案をくださったディエゴ・ワンに感謝いたします。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| angle measuring device | AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD. | 20203010141 | angle measuring device of femur,angle measuring device of tibia |
| Oxford Partial Knee System | Biomet UK LTD. | 20173130347 | Oxford UKA |
| Wireless sensor combination | AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD. | 20212010325 | a metal base, a wireless sensor with three pressure probes, and a cushion block |
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