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Article de méthode

Évaluation par capteur de l’équilibre de l’écart dans l’arthroplastie du genou unicompartimentale à port mobile

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DOI :

10.3791/63711

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12 juillet 2022

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1Graduate School of Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, 2Department of Orthopaedic Surgery, China-Japan Friendship Hospital, 3Graduate School of Beijing University of Chinese Medicine, 4Department of Orthopaedic Surgery, Peking University China-Japan Friendship School of Clinical Medicine

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Ici, nous présentons un protocole pour mesurer la force de contact de l’espace et l’équilibre de l’espace dans l’arthroplastie du genou unicompartimentale à port mobile (UKA). En plus des données cliniques et radiographiques, nous espérons déterminer la plage normale de la force de contact et établir le seuil de l’équilibre de l’écart.

Résumé

La procédure la plus importante de l’arthroplastie unicompartimentale du genou (UKA) consiste à équilibrer la flexion et l’extension du genou. Traditionnellement, l’équilibre était déterminé par l’évaluation subjective du débranchement de la jauge de sensation. Comme cela dépendait principalement de l’expérience des chirurgiens, la précision était toujours mise en doute. Au cours des 10 dernières années, des capteurs de pression ont été introduits pour guider l’équilibre de l’écart dans l’arthroplastie totale du genou (ATG). Cependant, la technique des capteurs a été introduite très récemment dans l’UKA. Voici notre évaluation par capteur de l’équilibre dans 20 cas UKA par un chirurgien expérimenté. Il s’agissait d’une matrice de capteur de force conçue sur mesure selon la forme de l’essai tibial de l’UKA mobile. Les résultats cliniques postopératoires et les résultats radiographiques ont été enregistrés à des fins de comparaison future. Notre objectif est d’utiliser cette méthode pour évaluer plus de 200 cas d’UKA par divers chirurgiens afin de normaliser le résultat de l’équilibre des écarts.

Introduction

L’UKA mobile est actuellement l’une des méthodes de traitement les plus efficaces de l’arthrose antéromédiale (AMOA) du genou1. L’équilibre entre l’écart de flexion et d’extension pendant l’opération est la clé du succès d’un UKA 2,3. La surcharge de l’écart peut aggraver l’usure du roulement mobile. De plus, la force de contact élevée de l’espace peut entraîner une déformation postopératoire du valgus et une dégénérescence du compartiment latéral4. Par conséquent, l’obtention d’une étanchéité optimale de l’écart ainsi que d’un équilibre acceptable dans l’UKA est une partie importante de la courbe d’apprentissage5. Selon le manuel de technique chirurgicale6 de l’UKA, le chirurgien doit utiliser la jauge de sensibilité pour insérer et boucher l’espace articulaire afin de « sentir » la force de contact. En évaluant la force nécessaire pour insérer et retirer l’insert, le chirurgien a pu estimer si l’équilibre de l’espace est acceptable. Par conséquent, le jugement dépendait principalement de l’expérience du chirurgien.

Au cours des dernières années, la mesure numérique de l’équilibre de l’espace peropératoire entre l’espace médial et latéral a été largement rapportée dans l’arthroplastie totale du genou (ATG)7,8,9. Des recommandations concernant le seuil du solde de l’écart avaient également été formulées7. Cependant, la technique des capteurs a été introduite très récemment dans l’UKA sans objectif d’équilibrage des écarts bien reconnu.

L’année dernière, un capteur de force spécialement conçu pour mesurer la force de contact de l’écart entre les articulations lors de l’UKA à roulement mobile a été introduit5. Dans le présent protocole de recherche, la méthode de mesure de la force d’écart guidée par capteur est démontrée. De plus, une série de cas de 20 patients ayant entrepris une UKA mobile est incluse pour évaluer la force de contact et l’équilibre de l’écart. L’objectif final de ce protocole est de déterminer la plage normale de la force de contact et d’établir le seuil d’équilibre de l’écart dans l’UKA mobile.

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Protocole

Cette étude a été approuvée par le comité d’éthique humaine de l’Hôpital de l’amitié sino-japonaise (numéro d’approbation 2020-50-k28).

1. Préparation et stérilisation du capteur de force

  1. Utilisez un ruban adhésif résistant à l’abrasion pour fixer le capteur de force sur la surface supérieure de l’essai tibial avant la stérilisation.
  2. Emballez et stérilisez le capteur de force à l’aide d’une stérilisation à basse température avec du plasma de peroxyde d’hydrogène (Figure 1).
    REMARQUE : Le capteur doit être fixé sur l’essai tibial pour éviter l’effet de la force de cisaillement.

2. Procédure d’UKA à roulement mobile

  1. Effectuer la procédure opératoire de l’UKA à roulement mobile conformément à l’instruction chirurgicale standard6 ou à la technique d’alignement cinématique introduite par Zhang et al.10.
  2. Arrêtez la procédure lorsque toutes les coupes osseuses sont terminées et que l’équilibre de l’espace est confirmé manuellement.

3. Installation du capteur de force

  1. Installez d’abord le capteur de force avec la traînée tibiale, puis installez le composant fémoral.
  2. Assurez-vous que le capteur, la ligne USB et l’ordinateur portable sont correctement connectés. Après cela, insérez la jauge d’épaisseur dans l’espace entre les composants et placez l’articulation du genou à une flexion profonde de 120° comme point de départ de la mesure. (Figure 2).
    REMARQUE : Utilisez un rapporteur stérilisé pour vous assurer de la précision de l’angle de flexion du genou.

4. Mesure et enregistrement des données brutes de la force de contact

  1. Enregistrez les données brutes de la valeur de la force à l’aide d’un programme informatique développé pour ce capteur.
  2. Tout d’abord, faites attention au côté droit de l’interface de fonctionnement (Figure 3) et réglez la fréquence d’enregistrement à 10 Hz et la durée d’enregistrement à 5 s. Ensuite, cliquez sur le bouton Retour d’information lorsque le genou est placé à l’angle de flexion de 120°.
  3. Une fois le processus d’enregistrement terminé, cliquez à nouveau sur le bouton Data Feedback lorsque la flexion du genou est de 90°, puis de 60°, 45°, 20° et 0° (Figure 3).
    REMARQUE : Les données brutes sont enregistrées dans .txt fichiers par le programme informatique, et une gestion supplémentaire est nécessaire pour acquérir la valeur de force.

5. Gestion des données brutes

  1. Saisissez le fichier .txt dans une feuille de calcul (table numérique) pour la conversion des données brutes. Calculez la valeur moyenne de 50 enregistrements comme force de contact.
    REMARQUE : Le programme peut également afficher la distribution de la force de contact.

6. Observations cliniques et radiographiques

  1. Enregistrez les données démographiques du patient telles que l’âge, le sexe, le diagnostic et le score de l’American Knee Society (AKSS).
  2. Prenez des radiographies des membres inférieurs antéropostérieurs, latéraux et porteurs de poids sur toute la longueur avant l’opération et dans la semaine suivant l’opération.
  3. Mesurez l’alignement varus/valgus des prothèses fémorale et tibiale (Figure 4-1), l’alignement flexion/extension de la prothèse fémorale et la pente tibiale postérieure (Figure 4-2).
  4. Mesurez l’angle hanche-genou-cheville sur les radiographies complètes des membres inférieurs avant et après l’opération. Mesurer la continuité de la prothèse (Figure 4-3) et l’angle de convergence/divergence, qui implique l’axe de la prothèse fémorale par rapport à la surface de la prothèse tibiale (Figure 4-4).
  5. Assurez-vous que ces données sont intégrées et peuvent être analysées à l’avenir.
    REMARQUE : La méthode de mesure radiographique des angles 6,11 est illustrée à la figure 4.

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Résultats

Données démographiques de la cohorte
Les 20 premiers patients qui ont entrepris l’UKA avec mobile ont été recrutés à l’hôpital de l’amitié sino-japonaise de mars à juin 2021. Les opérations ont toutes été effectuées par un médecin senior ayant plus de 2 000 cas d’expérience UKA. Les données démographiques ainsi que les données sur les prothèses sont présentées dans le tableau 1. L’âge variait de 58 à 82 ans, et les diagnostics étaient tous AMOA.

Rés...

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Discussion

Cette étude a fourni un protocole détaillé de la technologie des capteurs pour évaluer l’écartement des joints, la force de contact et l’équilibre dans l’UKA à roulement mobile. Nous espérons établir un objectif de force de contact standard ainsi que de différence d’équilibrage des écarts, ce qui permettrait aux chirurgiens orthopédistes de déterminer plus facilement l’épaisseur du roulement et l’équilibrage des écarts à l’avenir.

La surcharge de l’espace arti...

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Déclarations de divulgation

Étant donné que le programme d’ordinateur et les équations de la table numérique sont protégés par le droit des brevets, les auteurs peuvent être contactés pour obtenir ces informations. Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts concurrents.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par la Capital Health Research and Development of Special (numéro de subvention 2020-2-4067), la Fondation des sciences naturelles de Pékin (numéro de subvention 7202183) ; Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subventions 81972130, 81902203 et 82072494), et le projet des professionnels de la santé d’élite de l’hôpital de l’amitié sino-japonaise (NO. ZRJY2021-GG08). Étant donné que le programme d’ordinateur et les équations de la table numérique sont protégés par le droit des brevets, les auteurs peuvent être contactés pour obtenir ces informations.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Oxford UKAZimmer/BiometPour les numéros de catalogue, reportez-vous à Oxford Partial Knee Microplasty Instrumentation (composant fémoral, composant tibial, port du ménisque)
Ruban téflon3MRuban adhésif résistant à l’abrasion largement utilisé dans les expériences biomécaniques
VerasenseOrthoSensorVerasenseTKA
sensor ExcelMicrosoftlogiciel de table numérique
système de stérilisation STERRAD 100SJohnson& JohnsonSTERRAD 100SStérilisation à basse température avec plasma de peroxyde d’hydrogène
Capteur de force UKAQingrui Boyuanen interneCo-conçu et produit par Qingrui Boyuan Technology
Programme informatique pour l’enregistrement des données brutesQingrui Boyuanen interneCo-conçu et produit par Qingrui Boyuan Technology
RapporteurShanghai M& G Papeterie Inc.toutStérilisé dans le système de stérilisation
Ligne USBLenovon’importe quel
ordinateur portableLenovon’importe quelle configuration de base

Références

  1. Mohammad, H. R., Matharu, G. S., Judge, A., Murray, D. W. New surgical instrumentation reduces the revision rate of unicompartmental knee replacement: A propensity score matched comparison of 15,906 knees from the National Joint Registry. Knee. 27 (3), 993-1002 (2020).
  2. Bae, J. H., et al. Epidemiology of bearing dislocations after mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty: Multicenter analysis of 67 bearing dislocations. Journal of Arthroplasty. 35 (1), 265-271 (2020).
  3. Sun, X., et al. Bearing dislocation of mobile bearing unicompartmental knee arthroplasty in East Asian countries: a systematic review with meta-analysis. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 16 (1), 28(2021).
  4. Ro, K. H., Heo, J. W., Lee, D. H. Bearing dislocation and progression of osteoarthritis after mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty vary between Asian and Western patients: A meta-analysis. Clinical Orthopaedics and Related Research. 476 (5), 946-960 (2018).
  5. 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).
  6. Oxford Partial Knee microplasty instrumentation manual of the Surgical Technique. Zimmer-Biomet. , Available from: https://www.zimmerbiomet.com/content/dam/zimmer-biomet/medical-professionals/000-surgical-techniques/knee/oxford-partial-knee-microplasty-instrumentation-surgical-technique.pdf (2019).
  7. Gustke, K. A., Golladay, G. J., Roche, M. W., Elson, L. C., Anderson, C. R. A new method for defining balance: promising short-term clinical outcomes of sensor-guided TKA. Journal of Arthroplasty. 29 (5), 955-960 (2014).
  8. Lakra, A., et al. The learning curve by operative time for soft tissue balancing in total knee arthroplasty using electronic sensor technology. Journal of Arthroplasty. 34 (3), 483-487 (2019).
  9. MacDessi, S. J., et al. Does soft tissue balancing using intraoperative pressure sensors improve clinical outcomes in total knee arthroplasty? A protocol of a multicentre randomised controlled trial. BMJ Open. 9 (5), 027812(2019).
  10. Zhang, Q., et al. A novel extramedullary technique to guide femoral bone preparation in mobile unicompartmental knee arthroplasty based on tibial cut and overall alignment. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 15 (1), 92(2020).
  11. Hurst, J. M., Berend, K. R., Adams, J. B., Lombardi, A. V. Radiographic comparison of mobile-bearing partial knee single-peg versus twin-peg design. Journal of Arthroplasty. 30 (3), 475-478 (2015).
  12. vander List, J. P., Zuiderbaan, H. A., Pearle, A. D. Why do medial unicompartmental knee arthroplasties fail today. Journal of Arthroplasty. 31 (5), 1016-1021 (2016).
  13. MacDessi, S. J., Gharaibeh, M. A., Harris, I. A. How accurately can soft tissue balance be determined in total knee arthroplasty. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 34 (2), 290-294 (2019).
  14. Su, Z., Wang, Z., Chen, H. A force line trajectory measuring system and algorithms for unicondylar knee replacement surgery. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 2217-2221 (2019).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Brimacombe, J. M., Wilson, D. R., Hodgson, A. J., Ho, K. C., Anglin, C. Effect of calibration method on Tekscan sensor accuracy. Journal of Biomechanical Engineering. 131 (3), 034503(2009).
  18. Heyse, T. J., et al. Balancing mobile-bearing unicondylar knee arthroplasty in vitro. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 25 (12), 3733-3740 (2017).
  19. Gustke, K. A., Golladay, G. J., Roche, M. W., Elson, L. C., Anderson, C. R. Primary TKA patients with quantifiably balanced soft-tissue achieve significant clinical gains sooner than unbalanced patients. Advances in Orthopedics. 2014, 628695(2014).
  20. Nodzo, S. R., Franceschini, V., Gonzalez Della Valle, A. Intraoperative load-sensing variability during cemented, posterior-stabilized total knee arthroplasty. Journal of Arthroplasty. 32 (1), 66-70 (2017).

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