体外无线传感器在单髁膝关节置换术屈伸间隙平衡中的应用

摘要

本方案介绍了一种用于内侧单间室膝关节置换术的无线传感器的尸体研究。该方案包括安装角度测量装置、标准化牛津单间室膝关节置换截骨术、屈伸平衡的初步评估，以及应用传感器测量屈伸间隙压力。

摘要

单髁膝关节置换术（UKA）是治疗终末期内侧间室骨关节炎（AMOA）的有效方法。UKA的关键在于屈伸间隙平衡，其与术后并发症如衬垫脱位、衬垫磨损及关节炎进展密切相关。传统的间隙平衡评估依赖于使用间隙测量器间接感知内侧副韧带张力，该方法依赖术者的手感和经验，精确度较低，初学者难以掌握。为准确评估UKA中的屈伸间隙平衡，我们开发了一种由金属基座、压力传感器和缓冲块组成的无线传感器组合。截骨完成后，植入该无线传感器组合可实现关节内压力的实时测量，从而精确量化屈伸间隙平衡参数，指导进一步的股骨磨削和胫骨截骨，提高间隙平衡的准确性。我们开展了一项 体外 使用无线传感器组合进行实验。结果显示，由经验丰富的专家采用传统屈伸间隙平衡方法后，存在11.3 N的差异。

引言

膝骨关节炎（KOA）是一种全球性健康负担¹，目前采用阶梯化治疗策略。对于终末期单间室KOA，单间室膝关节置换术（UKA）是一种有效选择，其10年生存率超过90%²。内侧UKA仅替换严重磨损的内侧间室，同时保留正常的外侧间室、内侧副韧带（MCL）和交叉韧带³。其原理是通过胫骨截骨和股骨磨削，使屈曲间隙与伸直间隙大致相等，并在假体和衬垫植入后恢复MCL的张力⁴。与全膝关节置换术相比，UKA手术难度更大，技术要求更高，主要难点在于膝关节全范围活动过程中韧带的精准平衡³。

传统上，在初步截骨后，外科医生将间隙测量器插入关节间隙，通过感受内侧副韧带（MCL）的张力来间接判断屈曲和伸直间隙是否相等。然而，即使对于经验丰富的外科医生而言，对平衡的定义和手感也很难完全一致。对于初学者来说，掌握平衡的要求更为困难。屈伸间隙的不平衡可能导致一系列并发症^5,6，从而增加翻修率。

随着技术的进步，一些研究人员尝试将张力带应用于单髁膝关节置换术（UKA）^7,8。然而，这些研究均针对固定垫片型单髁膝关节置换术，而使用张力带可能会对内侧副韧带（MCL）造成损伤。

传感器的出现不仅满足了显示膝关节间隙压力的需求，而且由于其体积较小，通常对内侧副韧带（MCL）造成损伤的风险也较低^9,10。此外，目前使用的传感器均为有线传输，可能干扰无菌操作，使用上也不够方便。

为了准确测量单髁膝关节置换术（UKA）中屈伸间隙平衡参数，我们开发了一种无线传感器组合装置，该装置由金属基座、前端及内侧和外侧带有三个压力探头的无线传感器以及一个垫块组成。该传感器组合可实时测量并显示关节间隙内的压力，以帮助外科医生准确评估是否已达到平衡目标。

方案

该方案经宣武医院伦理委员会批准（资助编号：2021-224），并依照《赫尔辛基宣言》进行。已获得死者近亲属知情同意，允许使用遗体。

1. 角度测量装置的安装

1. 打开股骨和胫骨角度测量装置的开关。在平板电脑上打开角度测量软件，扫描两个测量装置的二维码，然后点击蓝牙连接。
2. 将两个角度测量仪器放置在水平桌面上，点击校准按钮进行校准，并用绑带将它们固定在膝关节上下方10 cm处，以实时测量膝关节的屈曲角度（图1）。

2. 标准化牛津单髁膝关节置换截骨术

1. 将尸体置于仰卧位，下肢屈曲并外展，置于手术台外侧并用布单覆盖。
2. 使用手术刀经髌骨内侧入路打开关节腔。在关节线远端3 cm处沿髌骨内侧缘顶端做切口，远端止于胫骨结节内侧1 cm处。确保切口深度达关节腔。
3. 使用咬骨钳清除股骨内侧髁、髁间窝及胫骨前部的骨赘。
4. 插入不同尺寸的股骨试模勺，钩住股骨后侧髁，当勺端距离软骨面约1 mm时，对应试模勺尺寸的股骨假体即为合适尺寸。
5. 选择一个3 mm的G型夹钳。将G型夹钳、胫骨锯导板和股骨试模勺连接在一起。确保导板的轴杆在冠状面和矢状面上均与胫骨长轴平行，且踝部叉形结构指向同侧髂前上棘。
6. 在胫骨上做垂直和水平切割。使用往复锯进行胫骨垂直锯切，确保切口位于胫骨内侧棘顶点稍内侧。垂直向下推进锯片，直至其接触锯导板表面。
7. 从胫骨截骨导板中取出垫片，插入带槽的0号垫片。使用摆动锯片切除胫骨平台。取出带槽垫片，用宽骨凿将平台撬起，并在膝关节伸直位将其移除。
8. 在股骨远端髁上钻孔。确保钻孔位置位于髁间切迹前缘前方1 cm处，并与内侧壁对齐。
9. 将髓内杆插入孔中。将股骨钻孔导板连接至髓内杆上，并借助股骨钻孔导板完成股骨钻孔。
10. 安装后方截骨导板，并将其插入已钻好的孔中。确保摆动锯片由后方截骨导板底面引导，完成股骨后髁截骨。随后移除导板和骨碎片。
11. 切除内侧半月板。保留一小部分半月板边缘组织以保护内侧副韧带（MCL），但需完全切除后角部分。
12. 插入0号股骨定位销。将球形磨头安装至定位销上，进行股骨远端磨削。

3. 屈伸间隙的初步评估

1. 置入股骨试件。使用间隙测量器评估屈伸间隙。
2. 使用角度测量装置监测屈曲角度。将间隙测量器插入关节间隙，以轻微阻力为基准，并在膝关节处于20°屈曲位（伸展间隙）和110°屈曲位（屈曲间隙）时，感知张力几乎相等，以此确定适当的屈伸间隙平衡。若间隙不相等，则根据屈曲与伸展间隙之间的差值对股骨进行修整，直至两者相等。

4. 应用传感器组合测量屈曲和伸展间隙压力

1. 取下传感器的磁感应电源开关。在平板电脑上打开压力测量软件，扫描传感器二维码，进入测量界面。
2. 点击连接设备按钮；连接成功后，传感器将自动校准。
3. 根据量规规格选择合适厚度的垫块。将传感器放置在金属基座上，并将垫块安装在传感器上（图2）。
4. 在平板电脑上点击开始工作。将无线传感器组件插入内侧间隙，并将金属基座贴合于胫骨截骨面（图3）。
5. 测量膝关节屈曲110°（图4A、B）和20°（图4C、D）时的屈曲与伸展间隙压力。对连续三次测量结果分别计算平均值。

结果

这 体外 研究在一位60岁女性尸体标本上进行。使用S号股骨假体及3 mm垫片为目标，在完成股骨磨削和胫骨截骨后，术者初步使用间隙测量器评估屈伸间隙张力，认为已达到平衡。

安装股骨试件后，将无线传感器插入内侧关节间隙，并在屈曲110°（屈曲间隙）和20°（伸展间隙）时各测量关节内压力三次。屈曲-伸展间隙的压力分别为49.9 N-44.8 N、47.1 N-25.9 N和42.0 N-34.2 N（表1）。屈曲间隙的压力值较为一致，而伸展间隙的压力值差异较大。屈曲间隙和伸展间隙的平均压力分别为46.3 N和35.0 N，平均差值为11.3 N。术后X线片显示假体位置适当（图5）。

测量时间

讨论

移动轴承单髁膝关节置换术（UKA）是治疗内侧间室膝骨关节炎（anteromedial KOA）的有效方法，具有创伤小、恢复快以及保留膝关节本体感觉等优点^11,12,13。UKA手术的关键在于屈伸平衡，即在恢复内侧副韧带（MCL）张力的前提下，尽可能使屈曲间隙与伸直间隙相等¹⁴。若平衡不良，可能导致衬垫脱位、假体磨损或外侧间室病变进展^15,16,17,18。平衡技术通常依赖于术者的经验，这直接影响患者的满意度和假体的长期存活率。

间隙测量规是目前广泛使用的单髁膝关节置换术（UKA）间隙平衡工具。外科...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
角度测量装置	AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD.	20203010141	股骨角度测量装置，胫骨角度测量装置
Oxford 部分膝关节系统	Biomet UK LTD.	20173130347	Oxford UKA
无线传感器组合	AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD.	20212010325	一个金属基座，  一个带有三个压力探头的无线传感器，以及一个垫块