Method Article

In vitro Zastosowanie czujnika bezprzewodowego w równowadze szczeliny zgięciowo-wyprostnej w jednoprzedziałowej endoprotezoplastyce stawu kolanowego

DOI:

10.3791/64993

⸱

May 5th, 2023

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

In This Article

Summary

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

Ten protokół przedstawia badanie zwłok bezprzewodowego czujnika używanego w przyśrodkowej jednoprzedziałowej endoprotezoplastyce stawu kolanowego. Protokół obejmuje instalację urządzenia do pomiaru kąta, standaryzowaną osteotomię jednoprzedziałowej endoprotezoplastyki stawu kolanowego w Oksfordzie, wstępną ocenę równowagi między zgięciem a wyprostem oraz zastosowanie czujnika do pomiaru ciśnienia w szczelinie zgięciowo-prostnej.

Abstract

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

Jednokompartmentowa endoprotezoplastyka stawu kolanowego (UKA) jest skuteczną metodą leczenia schyłkowej choroby zwyrodnieniowej stawów przednio-przyśrodkowej (AMOA). Kluczem do UKA jest równowaga między zgięciem a wyprostem, która jest ściśle związana z powikłaniami pooperacyjnymi, takimi jak zwichnięcie łożyska, zużycie łożyska i progresja zapalenia stawów. Tradycyjna ocena równowagi luki jest przeprowadzana poprzez pośrednie wyczuwanie napięcia więzadła pobocznego przyśrodkowego za pomocą miernika szczeliny. Opiera się na wyczuciu i doświadczeniu chirurga, które jest nieprecyzyjne i trudne dla początkujących. Aby dokładnie ocenić równowagę między szczeliną zgięciowo-prostą w UKA, opracowaliśmy kombinację czujników bezprzewodowych składającą się z metalowej podstawy, czujnika nacisku i bloku poduszki. Po osteotomii wprowadzenie kombinacji czujników bezprzewodowych umożliwia pomiar ciśnienia śródstawowego w czasie rzeczywistym. Dokładnie określa ilościowo parametry równowagi między zgięciem a wyprostem szczeliny, aby pokierować dalszym zgrzytaniem kością udową i osteotomią kości piszczelowej, aby poprawić dokładność równowagi szczeliny. Przeprowadziliśmy eksperyment in vitro z kombinacją czujników bezprzewodowych. wyniki wykazały, że różnica wyniosła 11,3 N po zastosowaniu tradycyjnej metody równoważenia szczeliny zgięciowo-wyprostnej wykonanej przez doświadczonego eksperta.

Introduction

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

Choroba zwyrodnieniowa stawu kolanowego (KOA) jest globalnym obciążeniem1, dla którego obecnie stosowana jest strategia leczenia krokowego. W przypadku schyłkowego jednokompartmentowego KOA, jednoprzedziałowa endoprotezoplastyka stawu kolanowego (UKA) jest skutecznym wyborem, z 10-letnim wskaźnikiem przeżycia wynoszącym ponad 90%2. Przyśrodkowy UKA zastępuje tylko mocno zużyty przedział przyśrodkowy i zachowuje naturalny przedział boczny, więzadło poboczne przyśrodkowe (MCL) i więzadło krzyżowe3. Zasada polega na tym, aby szczelina zgięciowa i szczelina wyprostna były w przybliżeniu takie same za pomocą osteotomii piszczelowej i szlifowania kości udowej, a także przywrócenie napięcia MCL po wszczepieniu protezy i łożyska4. W porównaniu z całkowitą endoprotezoplastyką stawu kolanowego, UKA ma większe trudności chirurgiczne i wymagania techniczne. Głównym źródłem jest prawidłowe zrównoważenie więzadeł w całym zakresie ruchu kolana3.

Tradycyjnie, po wstępnej osteotomii, chirurg wprowadza miernik szczeliny do przestrzeni stawowej i pośrednio określa, czy szczeliny zgięciowe i wyprostne są równe, wyczuwając napięcie MCL. Jednak definicja i odczucie równowagi nie są takie same, nawet dla doświadczonych chirurgów. Początkującym trudniej jest uchwycić wymóg równowagi. Brak równowagi między zgięciem a wyprostem może prowadzić do szeregu komplikacji5,6, co skutkuje zwiększonym współczynnikiem poprawek.

Wraz z postępem technologicznym, niektórzy badacze próbowali zastosować tensory do UKA7,8. Jednak wszystkie te badania dotyczą UKA o stałym łożysku, a tensor może uszkodzić MCL, gdy jest używany.

Pojawienie się czujników nie tylko zaspokaja zapotrzebowanie na wyświetlanie ciśnienia w szczelinie stawu kolanowego, ale różne czujniki często mają mniejsze ryzyko uszkodzenia MCL ze względu na ich mały rozmiar9,10. Ponadto obecnie stosowane czujniki są w całości wyposażone w transmisję przewodową, co może zakłócać działanie aseptyczne i nie jest wystarczająco wygodne w użyciu.

Aby dokładnie zmierzyć parametry równowagi między zgięciem a wyprostem, opracowaliśmy kombinację czujników bezprzewodowych dla UKA, która składa się z metalowej podstawy, bezprzewodowego czujnika z trzema sondami ciśnienia z przodu, środkowej i bocznej strony oraz bloku poduszki. Kombinacja czujników mierzy i wyświetla ciśnienie w przestrzeni stawowej w czasie rzeczywistym, aby pomóc chirurgom w dokładnej ocenie, czy cel równowagi został osiągnięty.

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

Protocol

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

Protokół został zatwierdzony przez Komisję Etyki Szpitala Xuanwu (numer grantu: 2021-224) i został przeprowadzony zgodnie z Deklaracją Helsińską. Uzyskano świadomą zgodę najbliższych krewnych na wykorzystanie zwłok.

1. Instalacja urządzenia do pomiaru kąta

  1. Włącz przełącznik urządzenia do pomiaru kąta kości udowej i piszczelowej. Otwórz oprogramowanie do pomiaru kąta na tablecie, zeskanuj kody QR dwóch urządzeń pomiarowych i kliknij Połączenie Bluetooth.
  2. Umieść dwa przyrządy do pomiaru kąta na stole poziomym, kliknij przycisk Kalibracja, aby skalibrować, i przywiąż je paskami 10 cm powyżej i poniżej kolana, aby zmierzyć kąt zgięcia kolana w czasie rzeczywistym (Rysunek 1).

2. Standaryzowana osteotomia Oxford UKA

  1. Ułóż zwłoki w pozycji leżącej na plecach z kończynami dolnymi udrapowanymi w zgięciu i odwodzeniu na zewnątrz stołu operacyjnego.
  2. Otwórz jamę stawową przez przyśrodkowe podejście przyrzepkowe za pomocą skalpela. Wykonaj cięcie 3 cm dystalnie do linii stawu wzdłuż wierzchołka przyśrodkowej granicy rzepki, kończąc się dystalnie na 1 cm przyśrodkowo do guzowatości piszczelowej. Upewnij się, że głębokość nacięcia sięga jamy stawowej.
  3. Usuń osteofity przyśrodkowego kłykcia kości udowej, dołu międzykłykciowego i przedniej kości piszczelowej za pomocą rongeur.
  4. Włóż łyżki do pomiaru wielkości kości udowej o różnych rozmiarach, aby zaczepić tylny kłykieć kości udowej, a gdy koniec łyżki znajduje się około 1 mm od powierzchni chrząstki, odpowiedni jest rozmiar protezy kości udowej odpowiadający łyżce.
  5. Wybierz zacisk G 3 mm. Połącz ze sobą zacisk G, prowadnicę piły piszczelowej i łyżkę do doboru rozmiaru kości udowej. Upewnij się, że trzon prowadnicy jest równoległy do długiej osi kości piszczelowej zarówno w płaszczyźnie czołowej, jak i strzałkowej, a jarzmo kostki skierowane jest w stronę ipsilateralnego przedniego górnego kręgosłupa biodrowego.
  6. Wykonuj pionowe i poziome nacięcia na kości piszczelowej. Użyj piły szablastej, aby wykonać pionowe cięcie piłą piszczelową. Upewnij się, że cięcie jest tylko przyśrodkowe do wierzchołka przyśrodkowej kości piszczelowej kręgosłupa. Przesuń pilarkę pionowo w dół, aż oprze się na powierzchni prowadnicy piły.
  7. Zdejmij podkładkę z prowadnicy do resekcji piszczeli i włóż podkładkę szczelinową 0. Użyj oscylacyjnego brzeszczotu, aby wyciąć płaskowyż. Zdejmij szczelinową podkładkę, podważ płaskowyż szerokim osteotomem i usuń go z kolanem w wyprostu.
  8. Zrób dziurę w dystalnym kłykciu kości udowej. Upewnij się, że otwór znajduje się 1 cm przed przednią krawędzią wcięcia międzykłykciowego i w jednej linii z jego przyśrodkową ścianą.
  9. Włóż pręt śródszpikowy do otworu. Połącz prowadnicę wiertła kości udowej z prętem śródszpikowym. Wykonaj wiercenie kości udowej za pomocą prowadnicy wiertarki udowej.
  10. Zamontuj prowadnicę do resekcji tylnej i włóż ją do wywierconego otworu. Upewnij się, że brzeszczot oscylacyjny jest prowadzony przez spód prowadnicy do resekcji tylnej części kości udowej i wykonaj osteotomię kłykcia tylnego kości udowej. Usuń prowadnicę i fragment kości.
  11. Wyciąć łąkotkę przyśrodkową. Pozostaw mały mankiet łąkotki, aby chronić MCL. Całkowicie usuń tylny róg.
  12. Włóż czop udowy 0. Przymocuj młyn sferyczny do króćca i wykonaj frezowanie dystalnej części kości udowej.

3. Wstępna ocena odstępu między zgięciem a wyprostem

  1. Wstawić próbkę udową. Oceń odstęp między zgięciem a wyprostem za pomocą miernika szczeliny.
  2. Użyj urządzeń do pomiaru kąta, aby monitorować kąt zgięcia. Określ odpowiednią równowagę między szczeliną zgięciowo-wyprostną, wkładając miernik szczeliny do przestrzeni stawowej z lekkim oporem, a postrzegane napięcie jako prawie równe, gdy kolano znajduje się w pozycji zgięcia pod kątem 20° (szczelina wyprostu) i 110° (szczelina zgięciowa). Jeśli szczeliny nie są równe, przeszlifuj kość udową zgodnie z wartością różnicy między szczelinami zgięcia i wyprostu, aż będą równe.

4. Zastosowanie kombinacji czujników do pomiaru ciśnienia w szczelinie zgięcia i wyprostu

  1. Wyjmij wyłącznik zasilania indukcji magnetycznej czujnika. Otwórz oprogramowanie do pomiaru ciśnienia na tablecie, zeskanuj kod QR czujnika i wejdź do interfejsu pomiaru.
  2. Kliknij przycisk Podłącz urządzenie; czujnik zostanie automatycznie skalibrowany po udanym połączeniu.
  3. Wybierz odpowiedni blok amortyzujący o odpowiedniej grubości zgodnie ze specyfikacją miernika. Umieść czujnik na metalowej podstawie i zainstaluj blok amortyzujący na czujniku (Rysunek 2).
  4. Kliknij przycisk Rozpocznij pracę na tablecie. Włóż kombinację czujnika bezprzewodowego do komory przyśrodkowej i dopasuj metalową podstawę do powierzchni osteotomii piszczelowej (Rysunek 3).
  5. Zmierz nacisk na zgięcie i wyprost przy 110° (Rysunek 4A,B) i 20° (Rysunek 4C, D) zgięcia kolana. Obliczać wartości średnie oddzielnie dla trzech kolejnych pomiarów.

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

Results

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

To badanie in vitro zostało przeprowadzone na 60-letniej kobiecie. Z protezą kości udowej w rozmiarze S i 3 mm łożyskiem docelowym, po wykonaniu szlifowania kości udowej i osteotomii piszczelowej, chirurg użył szczelinomierza do wstępnej oceny napięcia szczeliny zgięciowo-prostnej i uważał, że równowaga została osiągnięta.

Po zainstalowaniu próby udowej, bezprzewodowy czujnik został wprowadzony do przestrzeni stawu przyśrodkowego, a ciśnienie wewnątrzstawowe zostało zmierzone trzy raz...

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

Discussion

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

UKA z ruchomym łożyskiem jest skutecznym sposobem leczenia przednio-przyśrodkowego KOA. Ma zalety w postaci mniejszej ilości urazów, szybkiej rekonwalescencji i utrzymania prawidłowej propriocepcji kolana 11,12,13. Kluczem do UKA jest równowaga między zgięciem a wyprostem; to znaczy uczynienie szczeliny zgięciowej i szczeliny wyprostu tak równą, jak to możliwe, przy założeniu przywrócenia napięcia MCL14. ...

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Ta praca była wspierana przez Beijing Hospitals Authority Clinical Medicine Development of Special Funding Support [numery grantów: XMLX202139]. Chcielibyśmy wyrazić naszą wdzięczność Diego Wangowi za cenne sugestie.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
urządzenie do pomiaru kątaAIQIAO (SZANGHAJ) TECHNOLOGIA MEDYCZNA CO., LTD.20203010141przyrząd do pomiaru kąta kości udowej, przyrząd do pomiaru kąta kości piszczelowej
Oxford Partial Knee SystemBiomet UK LTD.20173130347Oxford UKA
Kombinacja czujników bezprzewodowychAIQIAO (SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD.20212010325metalową podstawą,  bezprzewodowy czujnik z trzema sondami ciśnienia i blokiem amortyzującym

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