Method Article

Un dispositif de sondage pour mesurer quantitativement les propriétés mécaniques des tissus mous pendant l’arthroscopie

DOI:

10.3791/60722

⸱

May 1st, 2020

1Medical Engineering Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Osaka Sangyo University

In This Article

Summary

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

Sonder pendant la chirurgie d’arthroscopie est normalement fait pour évaluer l’état du tissu mou, mais cette approche a toujours été subjective et qualitative. Ce rapport décrit un dispositif de sondage qui peut mesurer la résistance du tissu mou quantitativement avec un capteur de force tri-axial pendant l’arthroscopie.

Abstract

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

Sonder dans la chirurgie arthroscopique est effectuée en tirant ou en poussant le tissu mou, qui fournit des commentaires pour comprendre l’état du tissu mou. Cependant, la sortie n’est que qualitative basée sur le « entent du surgeon ». Ici est décrit un dispositif de sondage développé pour aborder ce problème en mesurant la résistance des tissus mous quantitativement avec un capteur de force tri-axial. Dans les deux conditions (c.-à-d. tirer et pousser certains tissus imitant le labrum acétabulaire et le cartilage), ce dispositif de sondage s’est avéré utile pour mesurer certaines propriétés mécaniques dans les articulations pendant l’arthroscopie.

Introduction

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

Le processus de sondage, qui tire (ou crochets) ou pousse les tissus mous dans les articulations avec une sonde métallique, permet d’évaluer l’état des tissus mous pendant la chirurgie arthroscopique1,2. Cependant, l’évaluation de l’enquête est très subjective et qualitative (c.-à-d. le sentiment du chirurgien).

Sur la base de ce contexte, si la résistance des tissus mous (p. ex., capsule ou labrum dans l’articulation de la hanche, ménisque ou ligament de l’articulation du genou) pendant le tir pouvait être mesurée quantitativement, il pourrait être utile pour les chirurgiens de juger de la nécessité d’une réparation pour le tissu mou et une indication de si une intervention chirurgicale supplémentaire est nécessaire même après la réparation primaire est terminée3,4,5. En outre, des critères pour les variables quantitatives clés pour indiquer l’intervention chirurgicale nécessaire doivent être établis pour les chirurgiens. En outre, dans la direction opposée, pousser la sonde peut être utilisé pour évaluer les propriétés mécaniques des tissus du cartilage articulaire. Dans les domaines de l’ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative, comme le remplacement des tissus du cartilage endommagés, dégénérés ou malades, l’évaluation in situ du sondage peut être critique2,,6.

Cet article rapporte le développement d’un dispositif de sondage avec un capteur de force tri-axial6 qui peut mesurer la résistance des tissus mous quantitativement pendant l’arthroscopie. Ce dispositif de sondage se compose d’un composant de sonde avec une demi-longueur de taille (200 mm) d’une sonde arthroscopique normale, etd’uncomposant d’adhérence dans lequel un capteur de jauge de contrainte est intégré pour mesurer la force résultante de trois axes à l’extrémité de la sonde ( figure 1 ). Le capteur de jauge de contrainte a été conçu spécifiquement pour le son d’étude. La jauge de tension est intégrée au sommet du composant d’adhérence, qui se connecte avec le composant de la sonde. La résolution de ce dispositif de sondage est de 0,005 N. La précision et la précision ont également été mesurées par un poids commercialisé avec un poids connu (50 g). La précision était de 0,013 N et la précision est de 0,0035 N.

En outre, un aspect coulissant du composant d’adhérence a été mis en œuvre pour contrôler la distance avec l’index ou le pouce du chirurgien tout en tirant ou en poussant la sonde. Au cours du processus de mesure de la résistance, la valeur mesurée dépend à la fois de la distance de traction du dispositif de sondage et de la force de traction, c’est pourquoi la distance de traction du dispositif de sondage est contrôlée par l’aspect coulissant. La distance de glissement du composant d’adhérence du dispositif de sondage a été réglée à 3 mm pour les cas représentatifs suivants dans cette étude.

Comme le montre la figure 1, la force de résistance des tissus mous peut donc être mesurée tri-axialement. La première force est le long de l’axe de la sonde. Le second est perpendiculaire à l’axe de la sonde le long de la direction du crochet de la sonde, et le troisième est dans la direction transversale. La mesure des forces se fait à l’aide de la méthode générale suivante : le capteur de force à trois axes comprend trois ponts Wheatstone correspondant aux axes x, y et z. La valeur de résistance de la jauge de tension change en fonction de l’ampleur de la charge appliquée, et la tension médiane du pont change de sorte que la force peut être détectée comme un signal électrique. La plage de mesure de cet appareil est de 50 N dans la direction de l’axe de la sonde et de 10 N dans les deux directions restantes.

Un logiciel dédié a été développé pour cette sonde dans laquelle le logiciel montre les trois forces dans les directions x, y et z (x est la direction transversale, y est la direction verticale (direction du crochet), et z estl’axede la sonde) mesurée par le dispositif de sondage en temps réel avec une fréquence de 50 Hz comme trois graphiques distincts ( Figure 2 ). En option, un couvercle élastique mince normalement utilisé pour l’utilisation intraopératoire des appareils à ultrasons peut être utilisé pour l’imperméabilisation ici.

Ce dispositif de sondage peut ainsi permettre d’évaluer certaines conditions des tissus mous. En outre, ce dispositif de sondage pourrait permettre d’évaluer les propriétés mécaniques des tissus du cartilage articulaire. À cette fin, la force de réaction sur la surface du cartilage articulaire tout en glissant la pointe de ce dispositif de sondage vers l’avant sur la surface pourrait être corrélée avec la propriété mécanique du cartilage articulaire.

Le but de cette étude est d’introduire comment le dispositif de sondage peut être utilisé. Les premières sont les mesures d’un labrum acétabulaire d’imitation comme tissu représentatif tout en pull-probant avec un modèle de hanche fantôme. Étudié est la différence dans la résistance du labrum acétabulaire en trois étapes chirurgicales pour une réparation labrale typique. Deuxièmement, les mesures d’un tissu de cartilage d’imitation représentatif par push-probing. Une corrélation entre deux propriétés mécaniques différentes du tissu cartilagineux d’imitation mesurée par ce dispositif de sondage et un dispositif classique d’indentation pour valider la nouvelle méthode de mesure des propriétés mécaniques du cartilage articulaire est également étudiée.

Protocol

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

Le protocole dans la présente étude se compose principalement des deux aspects suivants : 1) la force de résistance du labrum acétabulaire avec le pull-probing et 2) la mesure de la force de réaction sur l’échantillon de cartilage d’imitation avec push-probant.

1. Force de résistance du labrum acétabulaire avec pull-probing

  1. Préparation fantôme pour les mesures avec pull-sondage
    1. Fixer une hanche fantôme, qui se compose du bassin gauche et l’os du fémur, les principaux muscles de la hanche, labrum acétabulaire, capsule de la hanche, et le cartilage articulaire de l’articulation de la hanche sur un dispositif de fixation standard5.
    2. Enlever et faire pivoter légèrement l’os du fémur pour le distancer du bassin, générant de l’espace articulaire imitant l’arthroscopie de la hanche.
  2. Préparation de la caméra pour l’arthroscopie
    1. Préparez un arthroscope à vue directe autoclavable de 4 mm 70° et connectez une caméra d’arthroscopie portable. Connectez une source de lumière de caméra d’arthroscopie portative à l’arthroscope à 70°. Connectez les câbles USB de la caméra arthroscopie et la source lumineuse à un PC. Ensuite, ouvrez un logiciel avancé d’enregistrement d’écran pour la vue d’arthroscopie sur le PC.
  3. Préparation des portails
    REMARQUE : La préparation est suivie de la méthode classique d’arthroscopie de la hanche7.
    1. Insérez une aiguille cannulée et guidez le fil dans l’articulation de la hanche à partir de la pointe du plus grand trochanter pour faire un portail antérolatéral normal.
    2. Insérez une canule de 5,5 mm avec un obturateur le long de la ligne du fil de guidage.  Ensuite, retirez l’obturateur et insérez l’arthroscope à 70° avec la caméra d’arthroscopie portative le long de la canule, générant ainsi le premier portail.
    3. Confirmez si le triangle capsulaire entre le labrum et la tête fémorale7 est vu dans la vue de ce portail. Ensuite, faire le deuxième portail comme un portail antérieur modifié7.
  4. Capsulotomie, ouverture de la capsule de la hanche
    1. Lorsque le portail antérieur a été généré, conserver l’arthroscope dans le portail antérolatéral. Insérez une canule de 4,5 mm avec un obturateur le long du fil de guidage, retirez l’obturateur, puis insérez un scalpel arthroscopique du portail antérieur. Effectuer une capsulotomie péri-portail autour du portail antérieur, en déplaçant le scalpel medially et par la suite pour générer plus d’espace pour le portail antérieur dans la capsule de la hanche.
    2. Placez l’arthroscope dans le portail antérieur. Faites pivoter la vue de la caméra de l’arthroscope jusqu’à ce que la canule se trouve au portail antérolatéral. Insérez le scalpel arthroscopique du portail antérolatéral. Effectuer une capsulotomie interportale transversale, qui relie entre les deux portails d’environ 10 heures à 2 heures. Ensuite, laissez cette capsulotomie à 5 mm du labrum, mesurant environ 15 mm de longueur.
  5. Configuration du dispositif de sondage
    1. Confirmez la connexion entre l’unité d’alimentation et le PC avec un câble USB. Allumez l’alimentation. Ouvrez le logiciel pour le dispositif de sondage, qui est décrit dans l’introduction.
    2. Introduisez les données matricielles pour la première fois, qui sont précalculées lors de l’étalonnage du capteur de jauge de contrainte. Recalibrer si la valeur mesurée n’est pas la même que la valeur de poids par défaut lorsqu’elle est placée à l’extrémité de la sonde.
    3. Réinitialisez la valeur de la force de mesure à zéro immédiatement avant chaque mesure. En outre, confirmez si le commutateur de pied connecté au système d’enregistrement du dispositif de sondage fonctionne bien.
  6. Mesure de la résistance du labrum acétabulaire tout en pull-probant
    1. Placez l’arthroscope dans le portail antérolatéral. Insérez le dispositif de sondage à partir du portail antérieur et aller plus loin dans l’articulation de la hanche jusqu’à ce que la pointe de l’appareil soit sous le côté intérieur du labrum acétabulaire.
    2. Zéro le paramètre comme ci-dessus. Tirez la pointe du dispositif de sondage dans la direction de l’articulation (c’est la première étape chirurgicale comme « Labrum intact ») (Figure 3).
    3. Retirez le dispositif de sondage du portail antérieur, puis insérez le scalpel arthroscopique dans l’articulation. Ensuite, détachez le labrum antérieur-supérieur longitudinalement (par 10 mm) de la jante acétabulaire fortement à l’aide du scalpel.
    4. Passer du scalpel au dispositif de sondage dans la région antérieure. Accrochez le labrum le long de l’axe de la sonde à la même position du labrum pour mesurer la force de résistance du labrum (ceci est identifié comme la deuxième étape, « coupe de Labrum »). Encore une fois, n’oubliez pas de zéro le paramètre avant cette mesure.
    5. Insérez un ensemble d’ancrage pour la réparation labrum dans le portail antérieur. Placez l’ancre à l’extrémité de l’ancre au bord osseux acétabulaire. Insérez l’instrument de suture dans le portail antérieur après avoir enlevé l’ensemble d’ancrage. Serrez le labrum au bord acétabulaire. Répétez cette procédure de réparation une fois de plus pour faire le deuxième point.
    6. Mesurer la force de résistance du labrum en accrochant à nouveau le labrum le long de l’axe de sondage (c’est comme la troisième étape, « Réparation Labrum »). N’oubliez pas d’appuyer sur la pédale de pied lors de l’enregistrement de chaque étape chirurgicale.

2. Mesure de la force de réaction pour imiter des échantillons de cartilage avec push-probing

REMARQUE : Dans la deuxième étude, une force de résistance verticale sur chaque surface de cartilage d’imitation a été mesurée (figure 4A) avec push-probing sur la surface du cartilage à une inclinaison de 30° à la ligne horizontale et identifiée comme un élément des propriétés mécaniques du cartilage articulaire.

  1. Préparation des échantillons pour les mesures effectuées à l’aide d’un sondage.
    1. Préparer les échantillons de cartilage. Dans la présente étude, cinq types d’échantillons de cartilage mimique ont été utilisés, qui ont été fabriqués à partir d’hydrogels d’alcool poly-vinyle8.
    2. Remodeler les échantillons de la taille en vrac des échantillons fournis à 15 mm x 20 mm x 3 mm comme plaque de cartilage d’imitation. Placez chaque échantillon sur une plaque de base, qui a un bouchon minuscule vers le côté de la poussée-sondage.
  2. Mesure de la résistance au cartilage avec poussée-sondage
    1. Maintenez et fixez la position et l’orientation du dispositif de sondage dans lequel la pointe de l’appareil touche presque la surface de l’échantillon de cartilage d’imitation tout en maintenant une inclinaison de 30° à la ligne horizontale.
    2. Après avoir réduit à zéro le réglage, poussez et tirez la pointe du dispositif de sondage sur l’échantillon de cartilage d’imitation trois fois en appuyant sur la pédale de pied.
    3. Répétez cette étape de mesure pour les cinq échantillons après avoir mis sur chacune des plaques.
  3. Mesure de la résistance au cartilage par un dispositif d’indentation classique
    1. Mesurer le module élastique conventionnel et la rigidité de chaque échantillon à l’aide d’un dispositif d’indentation classique (figure 4B).
      REMARQUE : Le dispositif personnalisé pour le test classique d’indentation pour mesurer le module élastique de l’échantillon de cartilage d’imitation dans l’étude actuelle a eu un indenter sphérique avec une pointe de 1 mm de diamètre et un actionneur électromécanique (résolution, 5 μm). L’actionneur, l’indenter et la cellule de charge ont été assemblés à l’aide de supports imprimés 3D personnalisés par filaments pla sur une imprimante 3D (figure 4B) pour fonctionner comme un système d’indentation uniaxial classique. Chaque échantillon a été placé sur la plaque de base du dispositif d’indentation. Le point médian de l’échantillon a été aligné avec la pointe de l’entrée. La pointe de l’entrée a été mise en contact initial avec l’échantillon à l’aide d’une préchargement de 0,02 N. La pointe de l’entrée a ensuite été comprimée de 150 μm dans la surface du cartilage. La force et le déplacement ont été enregistrés pendant l’indentation. La partie linéaire de la courbe force-déplacement d’indentation a été utilisée pour calculer la rigidité et le module élastique signalés par Hayes etal.24 en utilisant l’épaisseur de l’échantillon. Les données de ce dispositif n’ont pas été validées, mais les valeurs mécaniques des échantillons de cartilage par cet appareil ont été confirmées précédemment ; le module élastique était de 0,46 MPa (0,27 MPa écart type (DD)), ce qui est compatible avec celui trouvé dans plusieurs études littéraires précédentes11,16,19.
    2. Calculer la valeur du coefficient entre la valeur maximale de la force de réaction verticale avec le push-probing et le module élastique par le dispositif d’indentation classique.

Results

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

Force de résistance du labrum acétabulaire dans les trois étapes chirurgicales avec pull-probing
Les mesures enregistrées par ce dispositif de sondage à chaque étape ont été répétées trois fois. Les résultats montrent que les forces résultantes moyennes les plus élevées de y et de z pour le labrum acétabulaire pour les trois étapes étaient 4,4 N (0,2 N SD) au labrum intact, 1,6 N (0,1 N SD) au labrum coupé, et 4,6 N (0,7 N SD) au labedrum réparé (Figure 5). La force transversale n’était que de 2,8 % de la force résultante la plus élevée lorsqu’elle sondait au labrum intact.

Relation entre les deux propriétés mécaniques à échelle différente par le dispositif de sondage avec push-probing et dispositif classique d’indentation
Les résultats montrent une relation positive significative entre les deux propriétés mécaniques obtenues : capteur de sondage vs module élastique, r = 0,965 et p = 0,0044 (figure 6); capteur de sondage vs rigidité, r = 0,975 et p = 0,0021).

figure-results-1
Figure 1 : Dispositif de sondage utilisé dans l’étude actuelle (A) Le dispositif de sondage se compose d’un composant de sonde et d’un composant d’adhérence avec un capteur de jauge de tension intégré qui peut mesurer tri-axially les forces à l’extrémité de la sonde (un le long de l’axe de la sonde, flèche jaune pointillée; deux autres perpendiculaires à l’axe de la sonde, flèches blanches pointillées) (B) Parce que le composant d’adhérence a une pièce coulissante, le composant de la sonde et l’aspect coulissant peut être déplacé vers l’adhérence avec l’index, flèche jaune solide. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

figure-results-2
Figure 2: Vue du logiciel pour le dispositif de sondage. Cette vue montre les valeurs tri-axially mesurées en temps réel de la force de résistance des tissus mous lors de l’approfondissement. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

figure-results-3
Figure 3 : Vue opérationnelle représentative du moniteur d’arthroscopie lors de l’approfondissement du labrum acétabulaire. Cette vue provient d’un portail antérolatéral typique. Le dispositif de sondage est inséré à partir d’une approche antérieure modifiée. Le sondage est effectué le long de l’axe de la sonde (flèche pointillée). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

figure-results-4
Figure 4 : Deux essais à l’échelle différente pour les propriétés mécaniques du tissu cartilatriciel d’imitation (A) Mesure de la force de réaction perpendiculaire à la surface du cartilage tout en glissant manuellement la sonde (B) Test classique d’indentation (comprimé verticalement à la surface du cartilage) pour comprendre la congruence entre ces deux essais de propriété mécanique. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

figure-results-5
Figure 5 : Forces de résistance du labrum acétabulaire avec traction. Forces de résistance du labrum acétabulaire avec pull-probing pour les trois étapes chirurgicales. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

figure-results-6
Figure 6 : Relation entre la force de réaction verticale sur la surface du cartilage avec le module de poussée et élastique par le test classique d’indentation. La force de réaction verticale sur la surface du cartilage avec push-sondant avait une forte corrélation positive (r = 0,965, p = 0,0044) avec le module élastique par le test classique d’indentation. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Discussion

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

Cette étude démontre que le dispositif de sondage est capable de mesurer tri-axially la résistance des tissus mous dans l’articulation pendant le sondage arthroscopique. Plus précisément, les deux choses suivantes ont été étudiées : 1) la différence dans la force de résistance du labrum acétabulaire avec le pull-sondage dans les trois étapes chirurgicales d’une réparation labrale typique et 2) la relation entre deux propriétés mécaniques différentes du tissu de cartilage d’imiter avec le push-pulling.

Selon cette étude, les valeurs quantitativement mesurées par pull-sondage avec ce dispositif peut être utile pour évaluer l’état du tissu mou articulaire. Les niveaux de résistance les plus élevés du labrum acétabulaire ont diminué quand le labrum a été coupé. En outre, les niveaux élevés de résistance ont été récupérés quand le labrum a été réparé. Ainsi, la force de sondage peut également être utile pour évaluer si l’intervention chirurgicale est suffisante. En outre, ce pull-probing peut être utilisé pour évaluer d’autres tissus mous ainsi, tels que les ligaments croisés antérieurs et postérieurs pour l’instabilité, les ligaments collatéraux médiaux et latéraux pour valgus ou l’équilibre varus dans les chirurgies du genou, labrum et la coiffe des rotateurs dans les chirurgies de l’épaule, ainsi que pour d’autres chirurgies arthroscopiques.

Des résultats similaires ont été précédemment rapportés utilisant 10 spécimens frais de hanche de cadavre avec un dispositif semblable de sondage3. Les niveaux de résistance les plus élevés du labrum ont été considérablement réduits lorsque le labrum a été coupé (labrum intact, 8,2 N; labrum coupé, 4,0 N). En outre, le niveau de résistance élevé du labrum a été sensiblement récupéré lors de la réparation du labrum (coupe, 4,0 N; réparé, 7,8 N). En outre, le niveau de résistance pour le labrum coupé (3.0-5.0 N) a été statistiquement séparé avec 95% de confiance de ceux de l’intact (6.5-9.9 N) et labrum réparé (6.7-9.1 N). Par conséquent, un seuil pour détecter des lésions dans le labrum pourrait être déterminé, qui est d’environ 5 N (4-6 N sur les cadavres) du niveau de résistance le plus élevé du labrum. Selon l’étude actuelle, un tel seuil sur la hanche fantôme pourrait être d’environ 2-3 N.

Une autre conclusion intéressante dans l’étude actuelle est la relation positive significative entre la force de réaction sur la surface du cartilage d’imitation par le dispositif de poussée-sondage et le module élastique par le dispositif classique d’indentation. Lorsque le sondage est effectué comme le montre la figure 4, puis que la pointe de la sonde se déplace à la surface, une force de réaction se produit. En conséquence, la pointe de la sonde est poussée vers le haut par la force de réaction. Ceci est mesuré comme la force perpendiculaire de l’axe de la sonde. Dans cette situation, si la propriété mécanique du tissu du cartilage d’imitation est petite (c.-à-d. molle), la force du pousse-sondage à la surface du cartilage pourrait être partiellement absorbée. Ensuite, sa force de réaction à la surface jusqu’à la pointe de la sonde devrait être affaiblie par rapport à celle dans le cas de push-probing sur le tissu du cartilage dur. En conséquence, la force perpendiculaire de l’axe de la sonde serait diminuée. Par conséquent, si l’angle de l’axe de sondage à la surface du cartilage mimique peut être contrôlé par une nouvelle technologie, comme un capteur gyroscopique portable9,10, les propriétés mécaniques in situ du tissu cartilagineux peuvent être évaluées.

Plusieurs groupes de recherche ont essayé de développer des dispositifs pour évaluer quantitativement la qualité du cartilage articulaire in vivo pendant l’arthroscopie11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 utilisant diverses méthodes, tels que l’échographie bio-microscopie11, imagerie par ultrasons arthroscopique12, spectroscopie de réflexion optique13, irradiation laser pulsée14, spectroscopie proche infrarouge15, et ultrasons à base16, mécanique16,17,18,19,20,21, et les dispositifs d’indentation électromécanique22. La plupart des dispositifs à l’exception des indentations11,12,13,14,15 peuvent mesurer l’épaisseur de la couche de cartilage; toutefois, ils ne peuvent pas mesurer la valeur des biens mécaniques connexes. Bien que les appareils d’échographie et d’indentation mécanique16,17,18 puissent mesurer certaines propriétés mécaniques du cartilage articulaire, la surface de l’extrémité de l’appareil doit être touchée verticalement à la surface du cartilage articulaire, qui est suivie par des méthodes conventionnelles d’essai de compression. Le dispositif d’indentation électromécanique restant22,23 qui a été récemment développé a une forme sphérique à l’extrémité de l’appareil; ici, il pourrait être difficile de déterminer comment toucher la pointe à la surface du cartilage pendant l’arthroscopie en raison de sa taille relativement plus grande obscurcissant le point de mesure par la pointe elle-même. En outre, la valeur quantitative (appelée QP22,23)n’est pas consécutive et semble plutôt être un score de dommages (de 4 à 20 pour l’évaluation du cartilage). Par exemple, la valeur de 4 QP ne vaut pas le double de la valeur de 2 QP.

Un point important est que l’appareil adhère autant que possible à une forme de la sonde classique. En outre, une unité de paramètres conventionnelle et connue (c.-à-d. newton) pour le dispositif de sondage est appliquée en partie parce qu’elle est consécutivement quantitative. Dans ce contexte, le dispositif de sondage décrit ici peut reproduire les conditions de sondage conventionnel en fonction du « sentiment du chirurgien ». Ainsi, ce dispositif de sondage s’est avéré utile pour mesurer certaines propriétés mécaniques dans les articulations pendant l’arthroscopie.

En conclusion, le dispositif de sondage décrit ici, qui peut mesurer quantitativement la résistance des tissus mous avec un capteur de force tri-axial par le tir- et le push-probing, peut être utile pour évaluer quantitativement les lésions complètes ou les conditions des tissus mous articulaires, qui est une amélioration de l’évaluation qualitative actuelle de l’enquête conventionnelle.

Disclosures

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

L’auteur n’a rien à divulguer.

Acknowledgements

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

Ces travaux ont été partiellement soutenus par les subventions JSPS KAKENHI JP19K09658 et JP18KK0104 et une subvention de la Fondation japonaise pour la recherche et la promotion de l’endoscopie (JFE). L’auteur tient à remercier le professeur Darryl D. D’Lima et le collaborateur scientifique professionnel Erik W. Dorthe du Shiley Center for Orthopaedic Research and Education de la Clinique Scripps pour la permission de reproduire l’appareil personnalisé pour le test d’indentation classique de l’établissement, et pour avoir soutenu l’auteur dans des études de collaboration.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Canule d’accès à la hanche ARTHROGARDE 4,5 mm GREENSmith& Canule d’arthroscopie neveu72201741
70° Autoclavable, vue directeSmith& Neveu7220208870 degrés
arthroscope BandicamBandicam Companyun logiciel d’enregistrement d’écran avancé
da Vinci 2.0 A DuoXYZ impression JaponImprimante 3D
Disposable Hip PacSmith& Neveu7209874Un ensemble de 3 fils-guides et 2 aiguilles d’arthroscopie
Fantôme de la hancheSawbones USA, A Pacific Research CompanySKU :1516-23Le modèle fantôme pour l’arthroscopie de la hanche
LabviewNational Instruments Logicield’ingénierie des systèmes pour les applications qui nécessitent des tests, des mesures et un contrôle avec un accès rapide au matériel
LAC-1SMACÉlectromécanique actionneur
LSB200FutekFSH00092A capteur de pesage
NanopassStrykerCAT02298Un instrument de suture pour la réparation du labrum
Osteoraptor 2.3 Suture AnchorSmith& Neveu72201991Kit d’ancrage pour la réparation du labrum
Logiciel PC pour capteur de sondeLogiciel PC Moosoftpour capteur de sonde
Hydrogels d’alcool poly-vinyliqueSunarrow LimitedHydrogels d’alcool poly-vinylique
Caméra d’arthroscopie portableSawbones USA, A Pacific Research CompanySKU :5701Caméra d’arthroscopie portable
Capteur de sondeTakumi Precise Metal Work Manufacturing LtdAppareil de sonde pour mesurer la force de résistance aux tissus mous de l’articulation lors du sondage Lame
samouraïStrykerCAT00227Scalpel arthroscopique
Dispositif de fixation standardSawbones USA, A Pacific Research CompanySKU :1703-19Le dispositif de fixation pour le fantôme de la hanche
Capteur de jauge de contrainteNippon Liniax Co.,LTDMFS20-100Le capteur fonctionne avec trois ponts de Wheatstone
Bille de carbure de tungstène C2 ultra-dure, 1 mm de diamètreMcMaster-Carr9686K81Boule de carbure de tungstène C2 ultra-dure, 1 mm de diamètre
de

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chami, G., Ward, J. W., Phillips, R., Sherman, K. P. Haptic feedback can provide an objective assessment of arthroscopic skills. Clinical Orthopaedics and Related Research. 466, 963-968 (2008).
  2. Tuijthof, G. J., Horeman, T., Schafroth, M. U., Blankevoort, L., Kerkhoffs, G. M. Probing forces of menisci: what levels are safe for arthroscopic surgery. Knee Surgery, Sports Traumatology, & Arthroscopy. 19 (2), 248-254 (2011).
  3. Hananouchi, T., Aoki, S. K. Quantitative evaluation of capsular and labral resistances in the hip joint using a probing device. Bio-Medical Materials and Engineering. 30 (3), 333-340 (2019).
  4. Hananouchi, T., et al. Resistance of Labrum using A Quantitative probing device in Hip Arthroscopy. Orthopaedic Research Society Annual Meeting. , San Diego, USA, March 19-22 (2017).
  5. Hananouchi, T. Evaluation of a quantitative probing to assess condition of soft tissue during arthroscopic surgery for regenerative medicine. Tissue Engineering International and Regenerative Medicine Society. (Termis-EU 2014). , Geneva, Italy June 10-13 (2014).
  6. Hananouchi, T., Dorthe, E. W., Chen, Y., Du, J., D'Lima, D. D. A Probing Device for in-situ Mechanical Property Evaluation of Cartilage Tissue. The 11th annual meeting of JOSKAS (Japanese Orthopaedic Society of Knee, Arthroscopy and Sports Medicine). , Sapporo, Japan June 13-15 (2019).
  7. Aoki, S. K., Beckmann, J. T., Wylie, J. D. Hip Arthroscopy and the Anterolateral Portal: Avoiding Labral Penetration and Femoral Articular Injuries. Arthroscopy Techniques. 1 (2), 155-160 (2012).
  8. Sato, H., et al. Development and use of a non-biomaterial model for hands-on training of endoscopic procedures. Annals of Translational Medicine. 5 (8), 182(2017).
  9. Boddy, K. J., et al. Exploring wearable sensors as an alternative to marker-based motion capture in the pitching delivery. PeerJ. 7, 6365(2019).
  10. Aroganam, G., Nadarajah Manivannan, N., Harrison, D. Review on Wearable Technology Sensors Used in Consumer Sport Applications. Sensors. 19 (9), 1983(2019).
  11. Gelse, K., et al. Quantitative ultrasound biomicroscopy for the analysis of healthy and repair cartilage tissue. European Cells & Materials. 19, 58-71 (2010).
  12. Virén, T., et al. Quantitative evaluation of spontaneously and surgically repaired rabbit articular cartilage using intra-articular ultrasound method in situ. Ultrasound in Medicine and Biology. 36 (5), 833-839 (2010).
  13. Johansson, A., Sundqvist, T., Kuiper, J. H., Öberg, P. Å A spectroscopic approach to imaging and quantification of cartilage lesions in human knee joints. Physics in Medicine & Biology. 56 (6), 1865-1878 (2011).
  14. Sato, M., Ishihara, M., Kikuchi, M., Mochida, J. A diagnostic system for articular cartilage using non-destructive pulsed laser irradiation. Lasers in Surgery and Medicine. 43 (5), 421-432 (2011).
  15. Spahn, G., Felmet, G., Hofmann, G. O. Traumatic and degenerative cartilage lesions: arthroscopic differentiation using near-infrared spectroscopy (NIRS). Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 133 (7), 997-1002 (2013).
  16. Kiviranta, P., Lammentausta, E., Töyräs, J., Kiviranta, I., Jurvelin, J. S. Indentation diagnostics of cartilage degeneration. Osteoarthritis Cartilage. 16 (7), 796-804 (2008).
  17. Franz, T., et al. In situ compressive stiffness, biochemical composition, and structural integrity of articular cartilage of the human knee joint. Osteoarthritis Cartilage. 9 (6), 582-592 (2001).
  18. Kitta, Y., et al. Arthroscopic measurement of cartilage stiffness of the knee in young patients using a novel indentation sensor. Osteoarthritis Cartilage. 22, Supplement 110-111 (2014).
  19. Lyyra, T., Jurvelin, J., Pitkänen, P., Väätäinen, U., Kiviranta, I. Indentation instrument for the measurement of cartilage stiffness under arthroscopic control. Medical Engineering & Physics. 17 (5), 395-399 (1995).
  20. Niederauer, G. G., et al. Correlation of cartilage stiffness to thickness and level of degeneration using a handheld indentation probe. Annals of Biomedical Engineering. 32 (3), 352-359 (2004).
  21. Appleyard, R. C., Swain, M. V., Khanna, S., Murrel, G. A. C. The accuracy and reliability of a novel handheld dynamic indentation probe for analyzing articular cartilage. Physics in Medicine & Biology. 46, 541-550 (2001).
  22. Sim, S., et al. Non-destructive electromechanical assessment (Arthro-BST) of human articular cartilage correlates with histological scores and biomechanical properties. Osteoarthritis Cartilage. 22 (11), 1926-1935 (2014).
  23. Mickevicius, T., Maciulaitis, J., Usas, A., Gudas, R. Quantitative Arthroscopic Assessment of Articular Cartilage Quality by Means of Cartilage Electromechanical Properties. Arthroscopy Techniques. 7 (7), 763-766 (2018).
  24. Hayes, W. C., Keer, L. M., Herrmann, G., Mockros, L. F. A mathematical analysis for indentation tests of articular cartilage. The Journal of Biomechanics. 5 (5), 541-551 (1972).

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