Summary
Este protocolo presenta un estudio cadavérico de un sensor inalámbrico utilizado en la artroplastia unicompartimental medial de rodilla. El protocolo incluye la instalación de un dispositivo de medición de ángulo, osteotomía estandarizada de artroplastia unicompartimental de rodilla de Oxford, evaluación preliminar del equilibrio de flexión-extensión y aplicación del sensor para medir la presión de la brecha de flexión-extensión.
Abstract
La artroplastia unicompartimental de rodilla (UKA) es un tratamiento eficaz para la osteoartritis anteromedial terminal (AMOA). La clave de UKA es el equilibrio de la brecha de flexión-extensión, que está estrechamente relacionado con las complicaciones postoperatorias, como la dislocación de los rodamientos, el desgaste de los rodamientos y la progresión de la artritis. La evaluación tradicional del equilibrio de la brecha se realiza detectando indirectamente la tensión del ligamento colateral medial mediante un medidor de brecha. Se basa en la sensación y la experiencia del cirujano, que es imprecisa y difícil para los principiantes. Para evaluar con precisión el equilibrio de la brecha de flexión-extensión de UKA, desarrollamos una combinación de sensores inalámbricos que consiste en una base de metal, un sensor de presión y un bloque de amortiguación. Después de la osteotomía, la inserción de una combinación de sensores inalámbricos permite la medición en tiempo real de la presión intraarticular. Cuantifica con precisión los parámetros de equilibrio de la brecha de flexión-extensión para guiar la molienda adicional del fémur y la osteotomía de la tibia, para mejorar la precisión del equilibrio de la brecha. Realizamos un experimento in vitro con la combinación de sensores inalámbricos. los resultados mostraron que hubo una diferencia de 11,3 N después de aplicar el método tradicional de equilibrio de brecha de flexión-extensión realizado por un experto experimentado.
Introduction
La osteoartritis de rodilla (KOA) es una carga global1, para la cual actualmente se adopta la estrategia de tratamiento gradual. Para el KOA unicompartimental en etapa terminal, la artroplastia unicompartimental de rodilla (UKA) es una opción efectiva, con una tasa de supervivencia a 10 años de más del 90%2. La UKA medial solo reemplaza el compartimento medial severamente desgastado y preserva el compartimento lateral natural, el ligamento colateral medial (LCM) y el ligamento cruzado3. El principio es hacer que el espacio de flexión y el espacio de extensión sean aproximadamente iguales mediante osteotomía tibial y rechinamiento femoral, y restaurar la tensión del LCM después de la implantación de la prótesis y el rodamiento4. En comparación con la artroplastia total de rodilla, UKA tiene mayor dificultad quirúrgica y requisitos técnicos. La fuente principal es el equilibrio adecuado de los ligamentos en todo el rango de movimiento de la rodilla3.
Tradicionalmente, después de la osteotomía preliminar, el cirujano inserta un medidor de espacio en el espacio articular e indirectamente determina si los espacios de flexión y extensión son iguales al sentir la tensión del LCM. Sin embargo, la definición y la sensación de equilibrio no son las mismas, incluso para los cirujanos experimentados. Para los principiantes, es más difícil comprender el requisito de equilibrio. El desequilibrio de la brecha flexión-extensión puede conducir a una serie de complicaciones5,6, resultando en un aumento de la tasa de revisión.
Con el avance de la tecnología, algunos investigadores han tratado de aplicar tensores a UKA 7,8. Sin embargo, todas estas investigaciones están en el UKA de cojinete fijo, y el tensor puede dañar el MCL cuando se usa.
La aparición de sensores no solo satisface la demanda de mostrar la presión en el espacio de la articulación de la rodilla, sino que varios sensores a menudo tienen menos riesgo de daño MCL debido a su pequeño tamaño 9,10. Además, los sensores utilizados actualmente son todos de transmisión por cable, lo que puede interferir con el funcionamiento aséptico y no es lo suficientemente conveniente de usar.
Para medir con precisión los parámetros de equilibrio de la brecha de flexión-extensión, desarrollamos una combinación de sensores inalámbricos para UKA, que consiste en una base de metal, un sensor inalámbrico con tres sondas de presión en los lados frontal, medial y lateral, y un bloque de amortiguación. La combinación de sensores mide y muestra la presión en el espacio articular en tiempo real para ayudar a los cirujanos a evaluar con precisión si se ha alcanzado el objetivo de equilibrio.
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Protocol
El protocolo fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital Xuanwu (número de subvención: 2021-224) y se llevó a cabo de acuerdo con la Declaración de Helsinki. Se obtuvo el consentimiento informado de los familiares más cercanos para usar los cadáveres.
1. Instalación del dispositivo de medición de ángulos
- Encienda el interruptor del dispositivo de medición del ángulo del fémur y la tibia. Abra el software de medición de ángulos en la tableta, escanee los códigos QR de los dos dispositivos de medición y haga clic en Conexión Bluetooth.
- Coloque los dos instrumentos de medición de ángulo en la mesa horizontal, haga clic en el botón Calibración para calibrar y átelos con correas 10 cm por encima y por debajo de la rodilla para medir el ángulo de flexión de la rodilla en tiempo real (Figura 1).
2. Osteotomía estandarizada Oxford UKA
- Coloque un cadáver en posición supina con las extremidades inferiores envueltas en flexión y abducción sobre el exterior de la mesa de operaciones.
- Abra la cavidad articular mediante el abordaje parapatelar medial con un bisturí. Haga un corte de 3 cm distal a la línea articular a lo largo del ápice del borde medial de la rótula, terminando distalmente a 1 cm medial a la tuberosidad tibial. Asegúrese de que la profundidad de la incisión llegue a la cavidad articular.
- Elimine los osteofitos del cóndilo femoral medial, la fosa intercondilar y la tibia anterior con un rongeur.
- Inserte diferentes tamaños de cucharas de tamaño femoral para enganchar el cóndilo femoral posterior, y cuando el extremo de la cuchara esté a aproximadamente 1 mm de distancia de la superficie del cartílago, el tamaño de la prótesis femoral correspondiente a la cuchara es adecuado.
- Seleccione una abrazadera G de 3 mm. Conecte la pinza G, la guía de sierra tibial y la cuchara de tamaño femoral. Asegúrese de que el eje de la guía esté paralelo con el eje largo de la tibia en los planos coronal y sagital, y que el yugo del tobillo apunte hacia la columna ilíaca superior anterior ipsilateral.
- Haga cortes verticales y horizontales en la tibia. Use la sierra alternativa para hacer un corte de sierra tibial vertical. Asegúrese de que el corte sea solo medial hasta el ápice de la columna tibial medial. Avance la sierra verticalmente hacia abajo hasta que descanse sobre la superficie de la guía de la sierra.
- Retire la cuña de la guía de resección tibial e inserte la cuña 0 ranurada. Use la hoja de sierra oscilante para extirpar la meseta. Retire la cuña ranurada, apalancar la meseta con un osteotomo ancho y retírela con la rodilla en extensión.
- Haga un agujero en el cóndilo femoral distal. Asegúrese de que el orificio esté situado 1 cm antes del borde anterior de la muesca intercondilar y en línea con su pared medial.
- Inserte la varilla intramedular en el orificio. Conecte la guía de perforación femoral con la varilla intramedular. Realice la perforación femoral con la ayuda de la guía de perforación femoral.
- Instale la guía de resección posterior e insértela en el orificio perforado. Asegúrese de que la hoja de sierra oscilante sea guiada por la parte inferior de la guía de resección posterior y realice la osteotomía del cóndilo femoral posterior. Retire la guía y el fragmento de hueso.
- Extirpar el menisco medial. Deje un pequeño manguito del menisco para proteger el MCL. Retire completamente el cuerno posterior.
- Inserte un grifo femoral 0. Fije el molino esférico en el grifo y realice el fresado femoral distal.
3. Evaluación preliminar de la brecha de flexión-extensión
- Inserte un ensayo femoral. Evaluar la brecha de flexión-extensión por medidor de brecha.
- Utilice dispositivos de medición de ángulo para supervisar el ángulo de flexión. Defina el equilibrio apropiado de la brecha de flexión-extensión insertando el medidor de brecha en el espacio articular con una ligera resistencia, y la tensión percibida como casi igual cuando la rodilla está en la posición de flexión a 20 ° (brecha de extensión) y 110 ° (brecha de flexión). Si los espacios no son iguales, muele el fémur de acuerdo con el valor de diferencia entre los espacios de flexión y extensión hasta que sean iguales.
4. Aplicación de la combinación de sensores para medir la presión de flexión y extensión
- Retire el interruptor de alimentación por inducción magnética del sensor. Abra el software de medición de presión en la tableta, escanee el código QR del sensor e ingrese a la interfaz de medición.
- Haga clic en el botón Conectar dispositivo ; El sensor se calibrará automáticamente después de una conexión exitosa.
- Seleccione el bloque de cojín de espesor apropiado de acuerdo con la especificación del medidor. Coloque el sensor en la base metálica e instale el bloque de cojín en el sensor (Figura 2).
- Haga clic en Empezar a trabajar en la tableta. Inserte la combinación del sensor inalámbrico en el compartimiento medial y ajuste la base metálica a la superficie de la osteotomía tibial (Figura 3).
- Mida la presión de la brecha de flexión y extensión a 110° (Figura 4A, B) y 20° (Figura 4C, D) de la flexión de la rodilla. Calcule los valores promedio por separado para tres mediciones consecutivas.
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Representative Results
Este estudio in vitro se realizó en un cadáver femenino de 60 años. Con la prótesis femoral de tamaño S y 3 mm llevando el objetivo, después de realizar el rechinamiento femoral y la osteotomía tibial, el cirujano utilizó el medidor de brecha para evaluar preliminarmente la tensión de la brecha de flexión-extensión y creyó que se logró el equilibrio.
Después de instalar la prueba femoral, el sensor inalámbrico se insertó en el espacio de la articulación medial y la presión intraarticular se midió tres veces a 110 ° (intervalo de flexión) y 20 ° (espacio de extensión) de flexión. La presión de la brecha de flexión-extensión fue de 49,9 N-44,8 N, 47,1 N-25,9 N y 42,0 N-34,2 N (Tabla 1). Los valores de presión para el intervalo de flexión fueron bastante consistentes, mientras que los valores de presión para el intervalo de extensión fueron bastante diferentes. La presión promedio en las brechas de flexión y extensión fue de 46,3 N y 35,0 N, respectivamente, con una diferencia de medias de 11,3 N. Las radiografías postoperatorias mostraron un posicionamiento adecuado de la prótesis (Figura 5).
| Tiempos de medición | Presión intraarticular (N) | |
| Flexión 110° (intervalo de flexión) | Flexión 20° (espacio de extensión) | |
| 1 | 49.9 | 44.8 |
| 2 | 47.1 | 25.9 |
| 3 | 42.0 | 34.2 |
| Significar | 46.3 | 35.0 |
Tabla 1: Presión intraarticular medida por el sensor.
Figura 1: Los dispositivos de medición de ángulos. (A) Los dispositivos de medición de ángulo se instalaron 10 cm por encima y por debajo del centro de la rodilla. (B) El software de medición puede mostrar el ángulo de flexión de la rodilla en tiempo real. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: La estructura de la combinación de sensores inalámbricos. La combinación de sensores inalámbricos consiste en (A) una base de metal, (B) un sensor inalámbrico con tres sondas de presión (flechas amarillas), (C) y un bloque de cojín. (D) La combinación formada después del ensamblaje anidado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Aplicación de la combinación de sensores. Después de la osteotomía y la instalación del ensayo femoral, la combinación de sensores inalámbricos se inserta en el compartimiento medial para la medición. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Posición para medir la presión. (A) La presión de la brecha de flexión se midió a 110° de flexión de la rodilla; (B) la presión de la brecha de flexión fue de 49.9 N. (C) La presión de la brecha de extensión se midió a 20 ° de flexión de la rodilla; (D) la presión de la brecha de extensión fue de 44.8 N. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Imagen postoperatoria. La radiografía anteroposterior postoperatoria mostró buena posición y cobertura del componente tibial. Una radiografía lateral postoperatoria mostró buen posicionamiento y ángulo de flexión del componente femoral. Abreviaturas: AP = antero-posterior; LT = lateral). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
La UKA con rodamientos móviles es un tratamiento eficaz para el KOA anteromedial. Tiene las ventajas de menos trauma, recuperación rápida y mantenimiento de la propiocepción normal de la rodilla11,12,13. La clave de UKA es el equilibrio flexión-extensión; es decir, hacer que la brecha de flexión y la brecha de extensión sean lo más iguales posible con la premisa de restaurar la tensión MCL14. El desequilibrio puede provocar luxación del rodamiento, desgaste de la prótesis o progresión en el compartimento lateral15,16,17,18. Las técnicas de equilibrio generalmente están relacionadas con la experiencia del cirujano, lo que afecta la satisfacción del paciente y la supervivencia de la prótesis.
Gap gauge es una herramienta de equilibrio de brecha de UKA ampliamente utilizada ahora. El cirujano inserta el medidor de brecha en el espacio articular y siente la tensión de la brecha para determinar aproximadamente si la brecha de flexión y extensión está equilibrada. Este enfoque depende en gran medida de la sensación y la experiencia del cirujano, por lo que es difícil para los principiantes lograr un equilibrio preciso, que es una de las razones de la curva de aprendizaje empinada de UKA y el desarrollo de complicaciones protésicas. Además, este método no cumple con los requisitos de molienda de fémur a nivel milimétrico en UKA.
Posteriormente, se aplicaron tensores a la evaluación del balance de brechas de UKA19. Los tensores pueden aplicar una fuerza de distracción constante al espacio articular para restaurar la tensión del MCL. Al medir la distancia de distracción del espacio articular, puede medir con precisión el espacio de flexión y extensión. Sin embargo, debido a que el tensor puede ejercer diferentes fuerzas de distracción, la distancia de distracción del espacio articular cambia cuando el MCL no se restaura a la tensión normal o el MCL se distrae demasiado hasta una lesión. En la actualidad, no se ha acordado una fuerza de distracción adecuada que pueda coincidir con diferentes espesores de rodamientos 7,8,19.
A diferencia de las dos herramientas de medición aproximadas anteriores, el sensor inalámbrico que utilizamos está integrado con tres sondas de presión integradas, que pueden mostrar la presión intraarticular durante el rango completo de movimiento de la rodilla en tiempo real. El sensor inalámbrico convierte la sensación rugosa tradicional de la tensión MCL en una presión intraarticular precisa, y con la ayuda de un dispositivo de medición de ángulo, los cirujanos pueden evaluar con precisión el equilibrio de flexión-extensión. Para los cirujanos, especialmente los principiantes, esto puede ayudar eficazmente en una osteotomía precisa, acortar la curva de aprendizaje y mejorar el efecto quirúrgico.
Para adaptarse a diferentes tamaños de rodamientos y prótesis femorales, los sensores inalámbricos también están disponibles en varios tamaños. En el proceso de uso, lo más importante es seleccionar un bloque de amortiguación apropiado para el sensor de acuerdo con el plan de osteotomía; De lo contrario, puede provocar el desgaste de la superficie de la osteotomía y dañar el equilibrio de la brecha de flexión-extensión.
Estudios previos han reportado sensores con menos sondas de presión incorporadas que resultan en una menor precisión o transmisión cableada que no cumple con los requisitos asépticos durante la cirugía 20,21,22,23,24,25. El sensor inalámbrico que utilizamos tiene en cuenta tanto la precisión de la medición como los requisitos asépticos. En este estudio in vitro, encontramos que incluso un cirujano experimentado no podía lograr la equivalencia completa de las brechas de flexión y extensión. Para determinar un rango de presión razonable para el equilibrio de flexión-extensión, se requieren más estudios in vivo multicéntricos de muestras grandes.
Sin embargo, este sensor inalámbrico también tiene algunas limitaciones. En primer lugar, la inserción frecuente de la combinación del sensor con su base metálica puede desgastar la superficie de osteotomía de la meseta tibial, causando errores de osteotomía, lo que es contrario al objetivo original del equilibrio preciso de flexión-extensión. En segundo lugar, el sensor inalámbrico que utilizamos es un dispositivo desechable; La batería solo puede suministrar energía durante aproximadamente 3 h. Actualmente, nuestro equipo está mejorando la tecnología para permitir que el sensor se reutilice y cumpla con los requisitos de carga inalámbrica. Además, también estamos diseñando un nuevo bloque de amortiguación que puede simular completamente rodamientos móviles para mostrar la trayectoria del punto de contacto de las prótesis tibiales y femorales en tiempo real durante los movimientos de flexión y extensión de la rodilla.
El uso del sensor inalámbrico puede ayudar a cuantificar la presión intraarticular y guiar la osteotomía para lograr un equilibrio preciso de flexión-extensión. Esto compensará la falta de experiencia de equilibrio de brechas en principiantes y reducirá la dificultad de aprendizaje de UKA. La aplicación de sensores inalámbricos refleja la tendencia hacia enfoques individualizados e inteligentes para la cirugía articular y la innovación tecnológica provocada por una estrecha cooperación interdisciplinaria.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Este trabajo fue apoyado por la Autoridad de Hospitales de Beijing Desarrollo de Medicina Clínica de Apoyo Financiero Especial [números de subvención: XMLX202139]. Nos gustaría expresar nuestra gratitud a Diego Wang por sus valiosas sugerencias.
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 |
References
- Spitaels, D., et al. Epidemiology of knee osteoarthritis in general practice: a registry-based study. BMJ Open. 10 (1), 031734 (2020).
- Heaps, B. M., Blevins, J. L., Chiu, Y. F., et al. Improving estimates of annual survival rates for medial unicompartmental knee arthroplasty, a meta-analysis. The Journal of Arthroplasty. 34 (7), 1538-1545 (2019).
- Goodfellow, J. W., O'Connor, J. J., Pandit, H., Dodd, C. A., Murray, D. Unicompartmental Arthroplasty with the Oxford Knee. , Goodfellow Publishers. (2016).
- Whiteside, L. A. Making your next unicompartmental knee arthroplasty last: three keys to success. The Journal of Arthroplasty. 20, 2-3 (2005).
- Burger, J. A., et al. Risk of revision for medial unicompartmental knee arthroplasty according to fixation and bearing type : short- to mid-term results from the Dutch Arthroplasty Register. The Bone & Joint Journal. 103 (7), 1261-1269 (2021).
- Ridgeway, S. R., McAuley, J. P., Ammeen, D. J., Engh, G. A. The effect of alignment of the knee on the outcome of unicompartmental knee replacement. The Journal of Bone and Joint Surgery. British Volume. 84 (3), 351-355 (2002).
- Suzuki, T., et al. Evaluation of spacer block technique using tensor device in unicompartmental knee arthroplasty. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 135 (7), 1011-1016 (2015).
- Takayama, K., et al. Joint gap assessment with a tensor is useful for the selection of insert thickness in unicompartmental knee arthroplasty. Clinical Biomechanics. 30 (1), 95-99 (2015).
- Ettinger, M., et al. In vitro kinematics of fixed versus mobile bearing in unicondylar knee arthroplasty. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 135 (6), 871-877 (2015).
- Matsumoto, T., Muratsu, H., Kubo, S., Kuroda, R., Kurosaka, M. Intra-operative joint gap kinematics in unicompartmental knee arthroplasty. Clinical Biomechanics. 28 (1), 29-33 (2013).
- Newman, J. H., Ackroyd, C. E., Shah, N. A. Unicompartmental or total knee replacement? Five-year results of a prospective, randomised trial of 102 osteoarthritic knees with unicompartmental arthritis. The Journal of Bone and Joint Surgery. British Volume. 80 (5), 862-865 (1998).
- Yang, K. Y., Wang, M. C., Yeo, S. J., Lo, N. N. Minimally invasive unicondylar versus total condylar knee arthroplasty-early results of a matched-pair comparison. Singapore Medical Journal. 44 (11), 559-562 (2003).
- Watson, J., Smith, V., Schmidt, D., Navratil, D. Automatic implantable cardioverter-defibrillator: early experience at Wilford Hall USAF Medical Center. Southern Medical Journal. 85 (2), 161-163 (1992).
- D'Ambrosi, R., Vaishya, R., Verde, F. Balancing in unicompartmental knee arthroplasty: balancing in flexion or in extension. Journal of Clinical Medicine. 11 (22), 6813 (2022).
- Collier, M. B., Eickmann, T. H., Anbari, K. K., Engh, G. A. Lateral tibiofemoral compartment narrowing after medial unicondylar arthroplasty. Clinical Orthopaedics and Related Research. 464, 43-52 (2007).
- Collier, M. B., Eickmann, T. H., Sukezaki, F., McAuley, J. P., Engh, G. A. Patient, implant, and alignment factors associated with revision of medial compartment unicondylar arthroplasty. The Journal of Arthroplasty. 21 (6), 108-115 (2006).
- D'Ambrosi, R., et al. Radiographic and clinical evolution of the Oxford unicompartmental knee arthroplasty. The Journal of Knee Surgery. 36 (3), 246-253 (2023).
- Koskinen, E., Paavolainen, P., Eskelinen, A., Pulkkinen, P., Remes, V. Unicondylar knee replacement for primary osteoarthritis: a prospective follow-up study of 1,819 patients from the Finnish Arthroplasty Register. Acta Orthopaedica. 78 (1), 128-135 (2007).
- ten Ham, A. M., Heesterbeek, P. J. C., vander Schaaf, D. B., Jacobs, W. C. H., Wymenga, A. B. Flexion and extension laxity after medial, mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty: a comparison between a spacer- and a tension-guided technique. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 21 (11), 2447-2452 (2013).
- Clarius, M., Seeger, J. B., Jaeger, S., Mohr, G., Bitsch, R. G. The importance of pulsed lavage on interface temperature and ligament tension force in cemented unicompartmental knee arthroplasty. Clinical Biomechanics. 27 (4), 372-376 (2012).
- Heyse, T. J., et al. Balancing UKA: overstuffing leads to high medial collateral ligament strains. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 24 (10), 3218-3228 (2016).
- Heyse, T. J., et al. Balancing mobile-bearing unicondylar knee arthroplasty in vitro. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 25 (12), 3733-3740 (2017).
- Jaeger, S., et al. The influence of the femoral force application point on tibial cementing pressure in cemented UKA: an experimental study. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 132 (11), 1589-1594 (2012).
- Peersman, G., et al. Kinematics of mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty compared to native: results from an in vitro study. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 137 (11), 1557-1563 (2017).
- Sun, X., et al. Sensor and machine learning-based assessment of gap balancing in cadaveric unicompartmental knee arthroplasty surgical training. International Orthopaedics. 45 (11), 2843-2849 (2021).
