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In vitro Anwendung eines drahtlosen Sensors in der Flexions-Extensions-Gap-Balance der unikompartimentären Knieendoprothetik

DOI:

10.3791/64993

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May 5th, 2023

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

In This Article

Summary

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

Dieses Protokoll stellt eine Leichenstudie eines drahtlosen Sensors dar, der in der medialen unikompartimentären Knieendoprothetik verwendet wird. Das Protokoll umfasst die Installation eines Winkelmessgeräts, eine standardisierte Oxford-Osteotomie der unikompartimentären Knieendoprothetik, eine vorläufige Beurteilung des Flexions-Extensions-Gleichgewichts und die Anwendung des Sensors zur Messung des Flexions-Extensions-Spaltdrucks.

Abstract

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

Die unikompartimentelle Knieendoprothetik (UKA) ist eine wirksame Behandlung der anteromedialen Arthrose (AMOA) im Endstadium. Der Schlüssel zur UKA ist das Gleichgewicht zwischen Beuge- und Streckungslücke, das eng mit postoperativen Komplikationen wie Lagerluxation, Lagerverschleiß und Fortschreiten der Arthritis zusammenhängt. Die traditionelle Beurteilung des Spaltgleichgewichts wird durchgeführt, indem die Spannung des medialen Seitenbandes indirekt mit einem Spaltmessgerät gemessen wird. Es hängt vom Gefühl und der Erfahrung des Chirurgen ab, was für Anfänger ungenau und schwierig ist. Um die Biege-Extensions-Gap-Balance von UKA genau zu beurteilen, haben wir eine drahtlose Sensorkombination entwickelt, die aus einem Metallsockel, einem Drucksensor und einem Kissenblock besteht. Nach der Osteotomie ermöglicht das Einsetzen einer drahtlosen Sensorkombination die Echtzeitmessung des intraartikulären Drucks. Es quantifiziert genau die Parameter des Beuge-Extensions-Gap-Gleichgewichts, um das weitere Femurknirschen und die Tibiaosteotomie zu leiten und die Genauigkeit des Gap-Gleichgewichts zu verbessern. Wir haben ein In-vitro-Experiment mit der drahtlosen Sensorkombination durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass es einen Unterschied von 11,3 N gab, nachdem die traditionelle Methode des Flexions-Extensions-Gap-Gleichgewichts angewendet wurde, die von einem erfahrenen Experten durchgeführt wurde.

Introduction

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Die Kniearthrose (KOA) ist eine globale Belastung1, für die derzeit die schrittweise Behandlungsstrategie angenommen wird. Für die unikompartimentäre KOA im Endstadium ist die unikompartimentelle Knieendoprothetik (UKA) mit einer 10-Jahres-Überlebensrate von über 90 %2 eine effektive Wahl. Die mediale UKA ersetzt nur das stark abgenutzte mediale Kompartiment und erhält das natürliche laterale Kompartiment, das mediale Kollateralband (MCL) und das Kreuzband3. Das Prinzip besteht darin, die Beuge- und Verlängerungslücke durch Tibiaosteotomie und Femurknirschen annähernd gleich zu machen und die MCL-Spannung nach Implantation der Prothese und des Lagers4 wiederherzustellen. Im Vergleich zur Knietotalendoprothetik hat die UKA größere chirurgische Schwierigkeiten und technische Anforderungen. Die Hauptquelle ist das richtige Gleichgewicht der Bänder über den gesamten Bewegungsumfang des Knies3.

Traditionell führt der Chirurg nach einer vorläufigen Osteotomie eine Spaltlehre in den Gelenkspalt ein und stellt indirekt fest, ob die Beuge- und Extensionslücken gleich sind, indem er die Spannung des MCL spürt. Die Definition und das Gleichgewichtsgefühl sind jedoch selbst für erfahrene Chirurgen kaum dasselbe. Für Anfänger ist es schwieriger, die Anforderung des Gleichgewichts zu erfassen. Das Ungleichgewicht der Flexions-Extensions-Lücke kann zu einer Reihe von Komplikationenführen 5,6, die zu einer erhöhten Revisionsrate führen.

Mit dem Fortschritt der Technologie haben einige Forscher versucht, Tensoren auf UKA 7,8 anzuwenden. Diese Untersuchungen beziehen sich jedoch alle auf das festgelagerte UKA, und der Tensor kann das MCL beschädigen, wenn es verwendet wird.

Das Aufkommen von Sensoren erfüllt nicht nur die Forderung nach der Anzeige des Drucks im Kniegelenksspalt, sondern verschiedene Sensoren haben aufgrund ihrer geringen Größeoft ein geringeres Risiko für MCL-Schäden 9,10. Darüber hinaus handelt es sich bei den derzeit verwendeten Sensoren um eine kabelgebundene Übertragung, die den aseptischen Betrieb stören kann und nicht bequem genug zu bedienen ist.

Um die Balanceparameter des Flexions-Extensions-Spalts genau zu messen, haben wir für UKA eine drahtlose Sensorkombination entwickelt, die aus einem Metallsockel, einem drahtlosen Sensor mit drei Drucksonden an der vorderen, medialen und lateralen Seite und einem Kissenblock besteht. Die Sensorkombination misst und zeigt den Druck im Gelenkspalt in Echtzeit an, damit Chirurgen genau beurteilen können, ob das Gleichgewichtsziel erreicht wurde.

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Protocol

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Das Protokoll wurde von der Ethikkommission des Xuanwu-Krankenhauses genehmigt (Fördernummer: 2021-224) und wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Von den nächsten Angehörigen wurde eine informierte Zustimmung zur Verwendung der Leichen eingeholt.

1. Einbau des Winkelmessgerätes

  1. Schalten Sie den Schalter des Oberschenkel- und Schienbeinwinkelmessgeräts ein. Öffnen Sie die Winkelmesssoftware auf dem Tablet-Computer, scannen Sie die QR-Codes der beiden Messgeräte und klicken Sie auf Bluetooth-Verbindung.
  2. Legen Sie die beiden Winkelmessgeräte auf den horizontalen Tisch, klicken Sie zur Kalibrierung auf die Schaltfläche Kalibrierung und binden Sie sie mit Gurten 10 cm über und unter dem Knie fest, um den Beugewinkel des Knies in Echtzeit zu messen (Abbildung 1).

2. Standardisierte Oxford UKA-Osteotomie

  1. Legen Sie einen Leichnam in Rückenlage, wobei die unteren Extremitäten in Beugung und Abduktion über die Außenseite des Operationstisches drapiert sind.
  2. Öffnen Sie die Gelenkhöhle durch den medialen parapatellaren Zugang mit einem Skalpell. Machen Sie einen Schnitt 3 cm distal der Gelenklinie entlang der Spitze des medialen Randes der Patella und enden distal bei 1 cm medial des Tuberositas tibia. Stellen Sie sicher, dass die Schnitttiefe bis zur Gelenkhöhle reicht.
  3. Entfernen Sie die Osteophyten des medialen Femurkondylus, der Fossa intercondylaris und der vorderen Tibia mit einem Rongeur.
  4. Setzen Sie verschiedene Größen von Femurlöffeln ein, um den hinteren Femurkondylus einzuhaken, und wenn das Ende des Löffels etwa 1 mm von der Knorpeloberfläche entfernt ist, ist die Größe der Femurprothese, die dem Löffel entspricht, geeignet.
  5. Wählen Sie eine 3-mm-Schraube. Verbinden Sie die G-Klemme, die Schienbeinsägeführung und den Oberschenkel-Größenlöffel miteinander. Stellen Sie sicher, dass der Schaft der Führung sowohl in der koronalen als auch in der sagittalen Ebene parallel zur Längsachse der Tibia verläuft und das Knöcheljoch in Richtung der ipsilateralen vorderen oberen Beckenwirbelsäule zeigt.
  6. Machen Sie vertikale und horizontale Schnitte am Schienbein. Verwenden Sie die Säbelsäge, um einen vertikalen Tibiasägeschnitt durchzuführen. Stellen Sie sicher, dass der Schnitt gerade medial zur Spitze der medialen Tibiawirbelsäule verläuft. Schieben Sie die Säge senkrecht nach unten, bis sie auf der Oberfläche der Sägeführung aufliegt.
  7. Entfernen Sie die Unterlegscheibe von der Tibiaresektionsführung und setzen Sie die geschlitzte 0-Unterlegscheibe ein. Verwenden Sie das oszillierende Sägeblatt, um das Plateau herauszuschneiden. Entfernen Sie die geschlitzte Unterlegscheibe, hebeln Sie das Plateau mit einem breiten Osteotom nach oben und entfernen Sie es mit dem Knie in Streckung.
  8. Machen Sie ein Loch in den distalen Femurkondylus. Stellen Sie sicher, dass sich das Loch 1 cm vor dem vorderen Rand der interkondylären Kerbe und in einer Linie mit der medialen Wand befindet.
  9. Führen Sie den Markstab in das Loch ein. Verbinden Sie die Femurbohrschablone mit dem Markstab. Führen Sie Femurbohrungen mit Hilfe der Femurbohrschablone durch.
  10. Setzen Sie die hintere Resektionsführung ein und führen Sie sie in das Bohrloch ein. Stellen Sie sicher, dass das oszillierende Sägeblatt an der Unterseite der hinteren Resektionsführung geführt wird, und führen Sie die hintere Femurkondylusosteotomie durch. Entfernen Sie die Führung und das Knochenfragment.
  11. Exzession des Innenmeniskus. Lassen Sie eine kleine Manschette des Meniskus, um das MCL zu schützen. Entfernen Sie das Hinterhorn vollständig.
  12. Setzen Sie einen Oberschenkelzapfen 0 ein. Befestigen Sie die Kugelfräse am Zapfen und führen Sie das distale Femurfräsen durch.

3. Vorläufige Beurteilung der Flexions-Extensions-Lücke

  1. Legen Sie einen Femurversuch ein. Beurteilen Sie die Beuge-Extensions-Lücke mit der Spaltlehre.
  2. Verwenden Sie Winkelmessgeräte, um den Beugewinkel zu überwachen. Definieren Sie die geeignete Biege-Streck-Spalt-Balance, indem Sie die Spaltlehre mit leichtem Widerstand in den Gelenkspalt einsetzen und die wahrgenommene Spannung als nahezu gleich empfinden, wenn sich das Knie in der Beugeposition bei 20° (Streckspalt) und 110° (Beugespalt) befindet. Wenn die Lücken nicht gleich sind, schleifen Sie den Oberschenkelknochen entsprechend dem Differenzwert zwischen den Beuge- und Extensionslücken, bis sie gleich sind.

4. Anwendung der Sensorkombination zur Messung des Beuge- und Dehnungsspaltdrucks

  1. Entfernen Sie den magnetischen Induktions-Netzschalter des Sensors. Öffnen Sie die Druckmesssoftware auf dem Tablet-Computer, scannen Sie den Sensor-QR-Code und rufen Sie die Messschnittstelle auf.
  2. Klicken Sie auf die Schaltfläche Gerät verbinden . Der Sensor wird nach erfolgreicher Verbindung automatisch kalibriert.
  3. Wählen Sie den entsprechenden Dickenkissenblock gemäß der Dickenspezifikation aus. Setzen Sie den Sensor auf den Metallsockel und installieren Sie den Kissenblock auf dem Sensor (Abbildung 2).
  4. Klicken Sie auf dem Tablet-Computer auf Arbeit beginnen . Setzen Sie die drahtlose Sensorkombination in das mediale Kompartiment ein und passen Sie die Metallbasis an die Oberfläche der tibialen Osteotomie an (Abbildung 3).
  5. Messen Sie den Beuge- und Streckspaltdruck bei 110° (Abbildung 4A,B) und 20° (Abbildung 4C, D) der Kniebeugung. Berechnen Sie die Durchschnittswerte separat für drei aufeinanderfolgende Messungen.

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Results

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Diese In-vitro-Studie wurde an einer 60-jährigen weiblichen Leiche durchgeführt. Mit der Femurprothese der Größe S und dem 3-mm-Träger des Ziels verwendete der Chirurg nach der Durchführung des Femurknirschens und der Tibiaosteotomie das Spaltmaß, um die Spannung zwischen Beuge- und Dehnungsspalt vorläufig zu beurteilen, und glaubte, dass das Gleichgewicht erreicht war.

Nach der Installation des Femurversuchs wurde der drahtlose Sensor in den medialen Gelenkspalt eingeführt und der in...

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Discussion

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

Die mobiltragende UKA ist eine wirksame Behandlung der anteromedialen KOA. Es hat die Vorteile eines geringeren Traumas, einer schnellen Genesung und der Aufrechterhaltung einer normalen Kniepropriozeption11,12,13. Der Schlüssel zu UKA ist das Flexions-Extensions-Gleichgewicht; das heißt, die Flexionslücke und die Extensionslücke unter der Prämisse der Wiederherstellung der MCL-Spannung14 so gleich wie mö...

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Disclosures

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

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Acknowledgements

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

Diese Arbeit wurde von der Beijing Hospitals Authority Clinical Medicine Development of Special Funding Support unterstützt [Fördernummern: XMLX202139]. Wir bedanken uns bei Diego Wang für wertvolle Anregungen.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
WinkelmessgerätAIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD.20203010141Winkelmessgerät des Oberschenkelknochens, Winkelmessgerät des Schienbeins
Oxford Partial Knee SystemBiomet UK LTD.20173130347Oxford UKA
Drahtlose SensorkombinationAIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD.20212010325einem Metallsockel, einem drahtlosen Sensor mit drei Drucksonden und einem Polsterblock

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).

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