Method Article

في المختبر تطبيق مستشعر لاسلكي في توازن فجوة تمديد الانثناء لتقويم مفاصل الركبة أحادي الحيز

DOI:

10.3791/64993

⸱

May 5th, 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Orthopedics, Xuanwu Hospital Capital Medical University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدم هذا البروتوكول دراسة جثة لجهاز استشعار لاسلكي يستخدم في رأب مفاصل الركبة الإنسي أحادي الجزء. يتضمن البروتوكول تركيب جهاز قياس الزاوية ، وقطع العظم القياسي لمفصل الركبة أحادي الحيز في أكسفورد ، والتقييم الأولي لتوازن الثني والتمديد ، وتطبيق المستشعر لقياس ضغط فجوة الانحناء والتمديد.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

رأب مفاصل الركبة أحادي الحيز (UKA) هو علاج فعال لالتهاب المفاصل العظمي قبل الحاجز (AMOA) في المرحلة النهائية. مفتاح UKA هو توازن فجوة الانثناء والتمديد ، والذي يرتبط ارتباطا وثيقا بمضاعفات ما بعد الجراحة مثل خلع المحمل ، وتآكل المحمل ، وتطور التهاب المفاصل. يتم إجراء تقييم توازن الفجوة التقليدي عن طريق الاستشعار غير المباشر لتوتر الرباط الجانبي الإنسي بواسطة مقياس الفجوة. يعتمد على شعور الجراح وخبرته ، وهو أمر غير دقيق وصعب للمبتدئين. لتقييم توازن فجوة الانثناء والتمديد بدقة في UKA ، قمنا بتطوير مجموعة مستشعر لاسلكي تتكون من قاعدة معدنية ومستشعر ضغط وكتلة وسادة. بعد قطع العظم ، يسمح إدخال مجموعة أجهزة استشعار لاسلكية بقياس الضغط داخل المفصل في الوقت الفعلي. إنه يحدد بدقة معلمات توازن فجوة الانثناء والتمديد لتوجيه المزيد من طحن عظم الفخذ وقطع عظم الساق ، لتحسين دقة توازن الفجوة. أجرينا تجربة في المختبر مع مجموعة أجهزة الاستشعار اللاسلكية. أظهرت النتائج أن هناك فرقا قدره 11.3 نيوتن بعد تطبيق الطريقة التقليدية لتوازن فجوة الانثناء والتمديد التي قام بها خبير متمرس.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هشاشة العظام في الركبة (KOA) هو عبء عالمي1 ، حيث يتم اعتماد استراتيجية العلاج التدريجي حاليا. بالنسبة ل KOA، يعد رأب مفاصل الركبة أحادي الحيز (UKA) خيارا فعالا، حيث يبلغ معدل البقاء على قيد الحياة لمدة 10 سنوات أكثر من 90٪2. يحل UKA الإنسي محل المقصورة الإنسية شديدة الارتداء فقط ويحافظ على المقصورة الجانبية الطبيعية والرباط الجانبي الإنسي (MCL) والرباط الصليبي3. المبدأ هو جعل فجوة الانثناء وفجوة التمديد متماثلة تقريبا عن طريق قطع العظم الظنبوبي وطحن الفخذ ، واستعادة توتر MCL بعد زرع الطرف الاصطناعي والمحمل4. بالمقارنة مع رأب مفاصل الركبة الكلي ، فإن UKA لديها صعوبة جراحية أكبر ومتطلبات فنية. المصدر الرئيسي هو التوازن الصحيح للأربطة في جميع أنحاء النطاق الكامل لحركة الركبة3.

تقليديا ، بعد قطع العظم الأولي ، يقوم الجراح بإدخال مقياس فجوة في مساحة المفصل ويحدد بشكل غير مباشر ما إذا كانت فجوات الانثناء والتمديد متساوية من خلال الشعور بتوتر الرباط الصليبي الأمامي. ومع ذلك ، فإن تعريف التوازن والإحساس به بالكاد هو نفسه ، حتى بالنسبة للجراحين ذوي الخبرة. بالنسبة للمبتدئين ، من الصعب فهم متطلبات التوازن. يمكن أن يؤدي اختلال توازن فجوة تمديد الانثناء إلى سلسلة من المضاعفات 5,6 ، مما يؤدي إلى زيادة معدل المراجعة.

مع تقدم التكنولوجيا ، حاول بعض الباحثين تطبيق الموترات على UKA 7,8. ومع ذلك ، فإن هذه الأبحاث كلها على UKA الثابت الحامل ، وقد يؤدي الموتر إلى إتلاف MCL عند استخدامه.

لا يلبي ظهور المستشعرات الطلب على عرض الضغط في فجوة مفصل الركبة فحسب ، بل إن أجهزة الاستشعار المختلفة غالبا ما تكون أقل عرضة لتلف MCL نظرا لصغر حجمها 9,10. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المستشعرات المستخدمة حاليا كلها نقل سلكي ، والتي قد تتداخل مع عملية التعقيم وليست مريحة بما يكفي للاستخدام.

من أجل قياس معلمات توازن فجوة الانثناء والتمديد بدقة ، قمنا بتطوير مجموعة مستشعر لاسلكي ل UKA ، والتي تتكون من قاعدة معدنية ، ومستشعر لاسلكي مع ثلاثة مجسات ضغط على الجوانب الأمامية والوسطى والجانبية ، وكتلة وسادة. تقيس مجموعة المستشعر وتعرض الضغط في مساحة المفصل في الوقت الفعلي لمساعدة الجراحين على تقييم ما إذا كان هدف التوازن قد تحقق بدقة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تمت الموافقة على البروتوكول من قبل لجنة الأخلاقيات في مستشفى Xuanwu (رقم المنحة: 2021-224) وتم إجراؤه وفقا لإعلان هلسنكي. تم الحصول على موافقة مستنيرة من أقرب الأقارب لاستخدام الجثث.

1. تركيب جهاز قياس الزاوية

  1. قم بتشغيل مفتاح جهاز قياس زاوية عظم الفخذ والساق. افتح برنامج قياس الزاوية على الكمبيوتر اللوحي ، وامسح رموز QR لجهاز القياس ضوئيا ، وانقر فوق اتصال Bluetooth.
  2. ضع أداتي قياس الزاوية على الطاولة الأفقية ، وانقر فوق زر المعايرة للمعايرة ، واربطهما بأشرطة 10 سم فوق وتحت الركبة لقياس زاوية انثناء الركبة في الوقت الفعلي (الشكل 1).

2. قطع العظم القياسي Oxford UKA

  1. ضع جثة في وضع الاستلقاء مع لف الأطراف السفلية بالثني والاختطاف على السطح الخارجي لطاولة العمليات.
  2. افتح تجويف المفصل عن طريق نهج parapatellar الإنسي بمشرط. جعل قطع 3 سم البعيدة إلى خط المفصل على طول قمة الحدود الإنسية للرضفة ، وتنتهي بعيدا عند 1 سم الإنسي إلى الحدبة الظنبوبية. تأكد من وصول عمق الشق إلى تجويف المفصل.
  3. إزالة العظم من اللقمة الفخذية الإنسية ، الحفرة بين اللقمتين ، والساق الأمامية باستخدام rongeur.
  4. أدخل أحجاما مختلفة من ملاعق تحجيم الفخذ لربط اللقمة الفخذية الخلفية ، وعندما تكون نهاية الملعقة على بعد حوالي 1 مم من سطح الغضروف ، يكون حجم الطرف الاصطناعي الفخذي المقابل للملعقة مناسبا.
  5. حدد مشبك G 3 مم. قم بتوصيل مشبك G ودليل المنشار الظنبوبي وملعقة تحجيم الفخذ معا. تأكد من أن عمود الدليل مواز للمحور الطويل للساق في كل من المستويين الإكليلي والسهمي ، وأن نير الكاحل يشير إلى العمود الفقري الحرقفي العلوي الأمامي المماثل.
  6. جعل التخفيضات الرأسية والأفقية على الساق. استخدم المنشار الترددي لعمل قطع منشار ظنبوب عمودي. تأكد من أن القطع هو الإنسي فقط إلى قمة العمود الفقري الظنبوبي الإنسي. تقدم المنشار عموديا لأسفل حتى يستقر على سطح دليل المنشار.
  7. قم بإزالة الرقاقة من دليل استئصال الظنبوب وأدخل الرقاقة 0 المشقوقة. استخدم شفرة المنشار المتذبذبة لاستئصال الهضبة. قم بإزالة الرقاقة المشقوقة ، وارفع الهضبة لأعلى بعظم عريض ، وقم بإزالته مع تمديد الركبة.
  8. اصنع ثقبا في اللقمة الفخذية البعيدة. تأكد من وضع الفتحة على بعد 1 سم أمام الحافة الأمامية للشق بين اللقمتين وبما يتماشى مع جدارها الإنسي.
  9. أدخل قضيب داخل النخاع في الحفرة. قم بتوصيل دليل حفر الفخذ بقضيب داخل النخاع. أداء حفر الفخذ بمساعدة دليل الحفر الفخذي.
  10. قم بتثبيت دليل الاستئصال الخلفي وأدخله في الحفرة المحفورة. تأكد من توجيه شفرة المنشار المتذبذبة بالجانب السفلي من دليل الاستئصال الخلفي وإجراء قطع العظم الفخذي الخلفي. قم بإزالة الدليل وجزء العظام.
  11. استئصال الغضروف المفصلي الإنسي. اترك سوار صغير من الغضروف المفصلي لحماية الرباط الجانبي الأنسي (MCL). تماما إزالة القرن الخلفي.
  12. أدخل حنفية الفخذ 0. نعلق طاحونة كروية على حنفية وأداء طحن الفخذ البعيدة.

3- التقييم الأولي للفجوة بين الانثناء والتمديد

  1. أدخل تجربة الفخذ. تقييم فجوة الانثناء والتمديد حسب مقياس الفجوة.
  2. استخدم أجهزة قياس الزاوية لمراقبة زاوية الانثناء. حدد توازن فجوة الانثناء والتمديد المناسب عن طريق إدخال مقياس الفجوة في مساحة المفصل بمقاومة طفيفة ، والتوتر المتصور متساويا تقريبا عندما تكون الركبة في وضع الثني عند 20 درجة (فجوة التمديد) و 110 درجة (فجوة الانثناء). إذا كانت الفجوات غير متساوية ، قم بطحن عظم الفخذ وفقا لقيمة الفرق بين فجوات الانثناء والتمديد حتى تتساوي.

4. تطبيق مجموعة أجهزة الاستشعار لقياس ضغط فجوة الانثناء والتمديد

  1. قم بإزالة مفتاح طاقة الحث المغناطيسي للمستشعر. افتح برنامج قياس الضغط على الكمبيوتر اللوحي ، وامسح رمز الاستجابة السريعة للمستشعر ضوئيا ، وأدخل واجهة القياس.
  2. انقر على زر توصيل الجهاز ؛ سيتم معايرة المستشعر تلقائيا بعد الاتصال الناجح.
  3. حدد كتلة الوسادة ذات السماكة المناسبة وفقا لمواصفات المقياس. ضع المستشعر على القاعدة المعدنية وقم بتثبيت كتلة الوسادة على المستشعر (الشكل 2).
  4. انقر فوق بدء العمل على الكمبيوتر اللوحي. أدخل مجموعة المستشعر اللاسلكي في الحجرة الإنسية وقم بتركيب القاعدة المعدنية على سطح قطع العظم الظنبوبي (الشكل 3).
  5. قم بقياس ضغط فجوة الانثناء والتمديد عند 110 درجة (الشكل 4 أ ، ب) و 20 درجة (الشكل 4 ج ، د) من ثني الركبة. احسب متوسط القيم بشكل منفصل لثلاثة قياسات متتالية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم إجراء هذه الدراسة في المختبر على جثة تبلغ من العمر 60 عاما. مع الطرف الاصطناعي الفخذي بحجم S و 3 مم يحمل الهدف ، بعد إجراء طحن الفخذ وقطع العظم الظنبوبي ، استخدم الجراح مقياس الفجوة لتقييم توتر فجوة الثني والتمديد بشكل مبدئي ويعتقد أن التوازن قد تحقق.

بعد تثبيت تجربة الفخذ ، تم إدخال المستشعر اللاسلكي في مساحة المفصل الإنسي ، وتم قياس الضغط داخل المفصل ثلاث مرات عند 110 درجة (فجوة الانثناء) و 20 درجة (فجوة التمديد) من الانثناء. كان ضغط فجوة الانثناء والتمديد 49.9 N-44.8 N و 47.1 N-...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

UKA الحامل للجوال هو علاج فعال ل KOA. لها مزايا صدمة أقل ، والتعافي السريع ، والحفاظ على استقبال الحس العميق الطبيعي للركبة11،12،13. مفتاح UKA هو توازن الثني والتمديد. أي جعل فجوة الانثناء وفجوة التمديد متساوية قدر الإمكان على أساس استعادة توتر MCL14. قد يؤدي عدم التوازن إلى خلع المحمل أو تآكل الطرف الاصطناعي أو التقدم في المقصورة الجانبية15،16،

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل تطوير الطب السريري التابع لهيئة مستشفيات بكين لدعم التمويل الخاص [أرقام المنح: XMLX202139]. نود أن نعرب عن امتناننا لدييغو وانغ على اقتراحاته القيمة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
جهاز قياس الزاويةAIQIAO (شنغهاي) التكنولوجيا الطبية المحدودةجهاز قياس زاوية 20203010141لعظم الفخذ ، جهاز قياس زاوية الظنبوب
أكسفورد نظام الركبة الجزئيBiomet UK LTD.20173130347أكسفورد UKA
الجمع بين أجهزة الاستشعار اللاسلكيةAIQIAO (SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO.، LTD.20212010325قاعدة معدنية ، ومستشعر لاسلكي بثلاثة مجسات ضغط ، وكتلة وسادة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Spitaels, D., et al. Epidemiology of knee osteoarthritis in general practice: a registry-based study. BMJ Open. 10 (1), 031734(2020).
  2. 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).
  3. Goodfellow, J. W., O'Connor, J. J., Pandit, H., Dodd, C. A., Murray, D. Unicompartmental Arthroplasty with the Oxford Knee. , Goodfellow Publishers. (2016).
  4. Whiteside, L. A. Making your next unicompartmental knee arthroplasty last: three keys to success. The Journal of Arthroplasty. 20, 2-3 (2005).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Heyse, T. J., et al. Balancing mobile-bearing unicondylar knee arthroplasty in vitro. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 25 (12), 3733-3740 (2017).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Unicompartmental Knee ArthroplastyFlexion Extension GapWireless SensorGap Balance AssessmentIntraoperative Pressure MeasurementMedial Collateral LigamentFemoral Sizing SpoonTibial OsteotomyMobile Bearing UKAProsthesis Positioning

Related Articles