Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

מכשיר בודק למדידת תכונות מכניות של רקמות רכות במהלך ארתרוסקופיה

Published: May 1, 2020 doi: 10.3791/60722
Automatic Translation
1
1Medical Engineering Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Osaka Sangyo University

Summary

בדיקה במהלך ניתוח ארתרוסקופיה נעשית בדרך כלל כדי להעריך את המצב של הרקמה הרך, אבל גישה זו תמיד היה סובייקטיבי ואיכותי. דו ח זה מתאר מכשיר גישוש שיכול למדוד את עמידות הרקמה הרכה באמצעות חיישן כוח תלת-צירית במהלך ארתרוסקופיה.

Abstract

הבדיקה בניתוח ארתרוסקופי מבוצעת על ידי משיכת או דוחף את הרקמה הרך, אשר מספק משוב להבנת המצב של הרקמה הרך. עם זאת, הפלט הינו איכותי בהתאם לתחושה של "המנתח". במסמך זה מתוארת מכשיר גישוש שפותח כדי לטפל בבעיה זו על ידי מדידת עמידות של רקמות רכות בדיקת חיישן כוח תלת-צירית. תחת שני התנאים (כלומר, למשוך-ולדחוף-חיטוט ברקמות מסוימות לחקות את הסחוס labrum ואת הסחוס), המכשיר הזה בודק נמצא להיות שימושי עבור מדידת כמה תכונות מכניות המפרקים במהלך ארסקופיה.

Introduction

תהליך הבדיקה, אשר מושך (או ווים) או דוחף רקמות רכות במפרקים עם בדיקה מתכתי, מאפשר להעריך את המצב של רקמות רכות במהלך ניתוח ארסקופי1,2. עם זאת, הערכה של החיטוט הוא סובייקטיבי מאוד איכותי (כלומר, התחושה של המנתח).

על בסיס הקשר זה, אם ההתנגדות של הרקמה הרך (למשל, כמוסה או labrum במפרק הירך, מניסקוס או רצועה במפרק הברך) במהלך משיכת יכול להיות נמדד ככמת, זה יכול להיות שימושי עבור מנתחים לשפוט את הצורך של תיקון עבור רקמת רך אינדיקציה אם התערבות כירורגית נוספת היא הכרחית גם לאחר תיקון ראשוני הושלמה3,4,5 יתר על כן, קריטריונים עבור משתנים כמותיים מרכזיים כדי לציין התערבות כירורגית הכרחי יש להקים עבור מנתחים. בנוסף, בכיוון ההפוך, דוחף את החללית ניתן להשתמש כדי להעריך את התכונות המכאניות של רקמות הסחוס הפרקולארית. בתחומי הנדסת רקמות ורפואה רגנרטיבית, כגון החלפת רקמות פגועות, מנוונת, או חולה סחוס, בהערכה באתרו של לחטט לדחוף יכול להיות קריטי2,6.

מאמר זה מדווח על התפתחות של מכשיר בדיקה עם חיישן כוח tri-צירית6 שיכול למדוד את העמידות של רקמות רכות כימות במהלך ארתרוסקופיה. התקן זה מורכב מרכיב בדיקה עם גודל חצי אורך (200 מ"מ) של בדיקה ארתרוסקופי רגילה, ורכיב אחיזה שבו חיישן מד מתח מוטבע כדי למדוד את כוח התוצאה של שלושה צירים בקצה של הגשוש (איור 1). חיישן מד המתח נעשה במיוחד עבור הבדיקה. מד המתח מוטבע בראש רכיב האחיזה, המתחבר לרכיב הגשוש. הרזולוציה של התקן החיטוט הזה הוא 0.005 N. הדיוק והדיוק נמדדו גם במשקל ממוסחר עם משקל ידוע (50 g). הדיוק היה 0.013 N והדיוק הוא 0.0035 N.

יתר על כן, היבט החלקה של הרכיב אחיזה יושמה כדי לשלוט על המרחק עם האצבע או האגודל של המנתח תוך משיכת או דוחף את הגשוש. במהלך מדידת ההתנגדות, הערך הנמדד תלוי הן במרחק הזמן של מכשיר הגישוש והן בכוח המשיכה, ולכן המרחק המושך של המכשיר הגישוש נשלט על-ידי ההיבט ההזזה. המרחק החוצה של רכיב האחיזה של מכשיר הגישוש הוגדר כ-3 מ"מ עבור המקרים הנציגים הבאים במחקר זה.

כפי שמוצג באיור 1, כוח ההתנגדות של הרקמות הרך יכול להיות נמדד tri-axially. הכוח הראשון נמצא. לאורך ציר הגשוש השני ניצב לציר הגישוש לאורך הכיוון של הוו של המקדח, והשלישי נמצא בכיוון המשגר. מדידת הכוחות נעשית באמצעות השיטה הכללית הבאה: חיישן הכוח של שלושת הצירים כולל שלושה גשרי ויטסטון המתאימים לצירי x, y ו-z. ערך ההתנגדות של מד המתח משתנה בהתאם לסדר הגודל של הטעינה המוחלת, והמתח של נקודת האמצע של הגשר משתנה כך שהכוח ניתן לזיהוי כאות חשמלי. טווח המדידה של התקן זה הוא 50 N לכיוון ציר הבדיקה ו-10 N בשני הכיוונים הנותרים.

תוכנה ייעודית פותחה עבור בדיקה זו שבה התוכנה מציגה את שלושת הכוחות x, y, ו z כיוונים (x הוא הכיוון הרוחבי, y הוא הכיוון האנכי (כיוון הקרס), ו z הוא ציר בדיקה) נמדד על ידי המכשיר הגישוש בזמן אמת עם תדר של 50 Hz כמו שלושה גרפים נפרדים (איור 2). באופן אופציונלי, כיסוי אלסטי דק המשמש בדרך כלל לשימוש פנימי של מכשירי אולטרסאונד ניתן להשתמש לאיטום כאן.

מכשיר זה בודק יכול ובכך לאפשר להערכת תנאים מסוימים של רקמות רכות. בנוסף, מכשיר זה בודק עשוי לאפשר להערכת תכונות מכניות של רקמות הסחוס הפרקולריות. לשם כך, כוח התגובה על משטח הסחוס מכני תוך הזזת קצה המכשיר הזה החיטוט קדימה על פני השטח עשוי להיות מתואם עם המאפיין המכני של הסחוס הקדמי.

מטרת מחקר זה היא להציג כיצד ניתן להשתמש במכשיר החיטוט. הראשון הם מדידות של לחקות מרחבית labrum כרקמה ייצוגית בזמן משיכה-גישוש עם מודל הירך פנטום. נחקר הוא ההבדל בהתנגדות של לבנה מרחבית בשלושה צעדים כירורגיים לתיקון labrum טיפוסי. השני הם מדידות של נציג לחקות את רקמת הסחוס באמצעות לדחוף לחטט. גם חקרו הוא מתאם בין שני תכונות מכניות שונות של רקמת הסחוס לחקות כפי שנמדד על ידי המכשיר הזה בודק והתקן כניסה קלאסית כדי לאמת את השיטה החדשה למדידת תכונות מכניות של הסחוס הפרקולארית.

Protocol

הפרוטוקול במחקר הנוכחי מורכב בעיקר משני ההיבטים הבאים: 1) כוח ההתנגדות של מרחלת לאברום עם משיכה למשוך ו 2) מדידה של כוח התגובה על דגימת הסחוס החיקוי עם לדחוף-בודק.

1. כוח ההתנגדות של מרחבת עם בודק משיכה

  1. הכנת הפאנטום למדידות עם בדיקת משיכה
    1. לתקן את הירך פנטום, אשר מורכב האגן השמאלי ועצם הירך, השרירים העיקריים של הירך, מרחביין labrum, היפ הקפסולה, ואת הסחוס הראשי של מפרק הירך על התקן קיבעון סטנדרטי5.
    2. לחטוף בפנים לסובב את עצם הירך מעט כדי להרחיק אותו מן האגן, יצירת מקום משותף מחקה ארתרוסקופיה הירך.
  2. הכנה למצלמה עבור ארתרוסקופיה
    1. הכינו 4 מ"מ 70 מעלות אוטומטית להציג ארסקופ לתצוגה ישירה ולחבר מצלמת ארסקופיה ניידת. חבר את מקור האור של מצלמה ארתרוסקופיה ניידת לארלוסקופ 70 °. חיבור כבלי USB ממצלמת ארתרוסקופיה ומקור האור למחשב. לאחר מכן, פתח תוכנה מתקדמת להקלטת מסך עבור תצוגת ארתרוסקופיה במחשב.
  3. הכנת פורטלים
    הערה: ההכנה מלווה בשיטת ארתרוסקופיה רגילה של הירך7.
    1. הכנס מחט can, חוט מדריך לתוך המפרק הירך מהקצה של ירך גדול כדי להפוך את הפורטל רגיל מגיע שצלעות.
    2. הכנס צינורית 5.5 מ"מ עם מכשיר לאורך קו חוט המנחה.  לאחר מכן, הסר את האוטוראטור, והכנס את ארלוסקופ 70 עם מצלמת הארסקופיה הניידת לאורך הצינורית, ובכך תפיק את השער הראשון.
    3. לאשר אם המשולש הקופסית בין הראש לבנה לבין הירך7 נראה בתצוגה מתוך הפורטל הזה. הבא, להפוך את הפורטל השני כפורטל הקדמי שונה7.
  4. Capsulotomy, פתיחת הקפסולה הירך
    1. כשהשער הקדמי נוצר, שמור על הארלוסקופ בפורטל הכניסה. הכנס צינורית 4.5 מ"מ עם הסותם לאורך חוט מדריך, להסיר את הסותם, ולאחר מכן להוסיף אזמל ארסקופי מתוך הפורטל הקדמי. בצע capsulotomy הפורטל מסביב לפורטל הקדמי, הזזת מדיום אזמל ולאחר מכן כדי ליצור שטח נוסף עבור הפורטל הקדמי בקפסולה הירך.
    2. מניחים את הארסקופ. לתוך השער הקדמי סובבו את תצוגת המצלמה של הארלוסקופ עד שתראו את הצינורית בשער הכניסה. הכניסו את האזמל הארסקופי. מהפורטל ההולם בצע capsulotomy הבינפורטל לרוחב, אשר מתחבר בין שני השערים מהשעה 10 עד השעה 14:00. אז, להשאיר את זה capsulotomy 5 מ"מ מן labrum, מדידת כ 15 מ"מ אורך.
  5. כיוונון של התקן הגישוש
    1. אשר את החיבור בין יחידת אספקת החשמל והמחשב באמצעות כבל USB. . הפעל את יחידת אספקת החשמל פתח את התוכנה עבור התקן הגישוש, המתואר במבוא.
    2. קלט את נתוני המטריצה בפעם הראשונה, אשר מחושב מראש במהלך הכיול של חיישן מד המתח. כייל מראש אם הערך שנמדד אינו זהה לערך ברירת המחדל של המשקל כאשר הוא ממוקם בקצה הגשוש.
    3. אפס את ערך כוח המדידה לאפס מיד לפני כל מדידה. בנוסף, לאשר אם מתג הרגל המחובר עם מערכת ההקלטה של המכשיר הגישוש עובד היטב.
  6. מדידה של עמידות בפני מרחבת בזמן המשיכה לגשש
    1. מניחים את הארלוסקופ. לתוך השער ההולם הכנס את המכשיר הגישוש מתוך הפורטל הקדמי וללכת רחוק יותר לתוך המפרק הירך עד קצה המכשיר הוא מתחת לחלק הפנימי של labrum מרחמת.
    2. אפס את ההגדרה כמעל. משוך את קצה המכשיר החיטוט לכיוון המפרק (זהו הצעד הכירורגי הראשון כמו "Labrum שלמים") (איור 3).
    3. הסר את מכשיר הגישוש מתוך הפורטל הקדמי ולאחר מכן הכנס את האזמל הארסקופי לתוך המפרק. אז, לנתק את הקדמי-מעולה labrum longitudinally (על ידי 10 מ"מ) מן השפה מרחפת בחדות באמצעות אזמל.
    4. מעבר מאזמל למכשיר הגישוש באזור הקדמי. לחבר את labrum לאורך ציר בדיקה באותו מיקום של labrum כדי למדוד את כוח ההתנגדות של labrum (זה מזוהה כשלב השני, "לחתוך Labrum"). שוב, זכור לאפס את ההגדרה לפני מדידה זו.
    5. הכנס עוגן המוגדר עבור תיקון labrum לתוך הפורטל הקדמי. מקם את העוגן בקצה העוגן שנקבע בקצה הגרמי המרחלי. הכנס את כלי התפירה לתוך הפורטל הקדמי לאחר הסרת ערכת העיגון. הדקו את האברום בקצה המתלהב. חזור על הליך תיקון זה פעם נוספת לביצוע התפר השני.
    6. למדוד את כוח ההתנגדות של labrum שוב על ידי הזנות labrum לאורך הציר החיטוט (זה כשלב השלישי, "לתקן Labrum"). זכור ללחוץ על דוושת הרגל בעת הקלטת כל צעד כירורגי.

2. מדידה של כוח התגובה לחקות דגימות סחוס עם לדחוף לחטט

הערה: במחקר השני, כוח התנגדות אנכית על כל משטח הסחוס לחקות נמדד (איור 4A) עם לדחוף לחקור על משטח הסחוס ב 30 ° להטות את הקו האופקי מזוהה כאלמנט אחד של התכונות המכאניות של סחוס מכני.

  1. הכנת דגימות עבור מדידות עם בודק דחיפה.
    1. . הכן את דגימות הסחוס במחקר הנוכחי, חמישה סוגים של דגימות הסחוס החיקוי שימשו, אשר נעשו מפני הידרוג'לים אלכוהול פולי ויניל8.
    2. שינוי צורה של דגימות מגודל בצובר של דגימות שסופקו כדי 15 מ"מ x 20 מ"מ x 3 מ"מ כמו צלחת הסחוס חיקוי. מניחים כל דוגמה על צלחת בסיס, אשר יש פקק זעיר לעבר הצד של הבדיקה לדחוף.
  2. מדידה של עמידות הסחוס עם בודק דחיפה
    1. להחזיק ולתקן את המיקום ואת הכיוון של המכשיר הגישוש שבו קצה המכשיר כמעט נוגע במשטח של דגימת סחוס החיקוי תוך שמירה על זווית 30 ° לקו האופקי.
    2. לאחר תמקדים את ההגדרה, לדחוף ולמשוך את הקצה של המכשיר הגישוש על המדגם הסחוס מחקה שלוש פעמים על ידי לחיצה על דוושת הרגל.
    3. חזור על צעד מדידה זה לחמשת הדגימות לאחר הצבת כל אחת מלוחיות הרישוי.
  3. מדידה של עמידות הסחוס על ידי התקן כניסה קלאסית
    1. למדוד את המודולאליים המקובלת ונוקשות של כל מדגם באמצעות התקן כניסה קלאסית (איור 4B).
      הערה: המכשיר המותאם אישית עבור בדיקת הכניסה הקלאסית למדוד את המודוללי האלסטי של דגימת הסחוס במחקר הנוכחי היה חריץ כדורית עם טיפ קוטר 1 מ"מ ו מפעיל אלקטרו מכאני (רזולוציה, 5 μm). תא המפעיל, ההזחה והטעינה התאספו באמצעות סוגריים מודפסים תלת-ממדיים מותאמים אישית על-ידי כניסת מדפסות במדפסת תלת-ממדית (איור 4B) כדי לתפקד כמערכת כניסות ייחודיות. כל דוגמית הונחה על לוח הבסיס של התקן ההזחה. נקודת האמצע של הדגימה היושרת לקצה הכניסה. קצה הכניסה הובא במגע ראשוני עם המדגם באמצעות מראש של 0.02 N. קצה הכניסה נדחס אז 150 יקרומטר לתוך משטח הסחוס. הכוח והעקירה נרשמו במהלך הכניסה. החלק הליניארי של עקומת כוח ההזחה שימש לחישוב הנוקשות והמודולארים האלסטיים כפי שדווח על ידי הייז ואח '.24 באמצעות עובי המדגם. הנתונים על ידי התקן זה לא היה אימות, אבל ערכים מכניים של דגימות סחוס על ידי התקן זה אושרו בעבר; מודול אלסטי היה 0.46 mpa (0.27 mpa סטנדרטי (SD)), אשר עקבית עם זה נמצא במספר מחקרים הספרות הקודמות11,16,19.
    2. חשב את ערך המקדם בין הערך המירבי של כוח התגובה האנכי עם בודק הדחיפה והמודוללי האלסטי באמצעות התקן הכניסה הקלאסי.

Representative Results

כוח ההתנגדות של מרחבת בשלושה שלבים כירורגיים עם למשוך לגשש
המידות שנרשמו על ידי מכשיר הגישוש בכל שלב חזרו על עצמן שלוש פעמים. התוצאות מראות כי הממוצע הגבוה ביותר כוחות כתוצאה של y ו-z עבור מרחבית labrum עבור שלושת השלבים היו 4.4 N (0.2 N SD) ב labrum שלם, 1.6 N (0.1 N SD) ב גזור labrum, ו 4.6 N (0.7 N SD) ב לתיקון labrum (איור 5). הכוח הרוחבי היה רק 2.8% מכוח התוצאה הגבוה ביותר בזמן שהוא בודק את האברום השלם.

מערכת יחסים בין שני מאפיינים מכניים שונים בקנה מידה על ידי המכשיר בודק עם בדיקת דחיפה וכניסות קלאסיות
התוצאות מציגות מערכת יחסים חיובית משמעותית בין שתי התכונות המכאניות המתקבלות: חיישן החיטוט לעומת מודול האלסטי, r = 0.965 ו-p = 0.0044 (איור 6); בודק קשיות לעומת חיישן, r = 0.975 ו p = 0.0021).

Figure 1
איור 1: התקן גישוש המשמש במחקר הנוכחי (א) המכשיר החיטוט מורכב רכיב בדיקה ורכיב אחיזה עם חיישן מתח מוטבע למדוד שיכול tri-axially מדידת כוחות בקצה של הגשוש (אחד לאורך הציר בדיקה, חץ צהוב מנוקד; שניים נוספים בניצב לציר הגשוש, חיצים לבנים מנוקדים) (ב) מכיוון שרכיב האחיזה כולל קטע הזזה, רכיב הבדיקה וההיבט ההזזה יכולים להיות מועברים לאחיזה עם האצבע המורה, החץ הצהוב המוצק. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תצוגה של התוכנה עבור התקן הבדיקה. תצוגה זו מציגה את הזמן האמיתי tri-axially הערכים של כוח ההתנגדות של רקמות רכות במהלך הבדיקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: התצוגה המבצעית הייצוגית של צג ארתרוסקופיה במהלך בדיקה של משיכה של האברום מרחבי. השקפה זו היא מתוך פורטל טיפוסי של הבעת הצלעות. מכשיר החיטוט מוכנס מגישה קדמית ששונתה. בודק המשיכה מבוצע לאורך ציר הגשוש (חץ מנוקד). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: שתי בדיקות בקנה מידה שונה עבור תכונות מכניות של רקמת הסחוס המחריתיים (א) מדידה של כוח התגובה בניצב משטח הסחוס תוך הזזה ידנית של הגשוש (ב) כניסה קלאסית מבחן (דחוס אנכית למשטח הסחוס) כדי להבין את החפיפה בין שני אלה בדיקות מכני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: כוחות ההתנגדות של מרחלי הראש עם בודק משיכה. כוחות ההתנגדות של מרחבי הראש עם למשוך את שלושת הצעדים כירורגי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: הקשר בין כוח התגובה האנכי על משטח הסחוס עם לדחוף בודק מודול אלסטי על ידי מבחן כניסה קלאסית. כוח התגובה האנכית על משטח הסחוס עם לדחוף בודק היה מתאם חיובי חזק (r = 0.965, p = 0.0044) עם מודול אלסטי על ידי מבחן כניסה קלאסית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Discussion

מחקר זה ממחיש כי המכשיר החיטוט הוא מסוגל למדוד tri-axially עמידות של רקמות רכות במפרק במהלך הבדיקה ארתרוסקופי. באופן ספציפי, שני הדברים הבאים נחקרו: 1) את ההבדל בכוח ההתנגדות של מרחבית labrum עם משיכת למשוך שלושה צעדים כירורגיים של תיקון labrum טיפוסי 2) הקשר בין שני תכונות מכניות שונות של רקמת הסחוס חיקוי עם דחיפה למשוך.

על פי מחקר זה, את הערכים למדוד כימות על ידי משיכה-גישוש עם המכשיר הזה יכול להיות שימושי להערכת מצבו של הרקמה הרכה משותפת. רמות ההתנגדות הגבוהה ביותר של האברום מרחבה ירד כאשר לאברום נחתך. יתר על כן, רמות עמידות גבוהה התגלו כאשר labrum תוקן. לפיכך, כוח הגישוש יכול גם להיות שימושי להערכת האם התערבות כירורגית מספיקה. יתר על כן, זה משיכה למשוך יכול להיות מנוצל להערכת רקמות רכות אחרות כמו גם, כגון הרצועות הקדמיות והאחורי מצלבים עבור חוסר יציבות, המדילי והרצועות הנלווה לרוחב עבור valgus או וארוס בניתוחי ברכיים, labrum ומסובבי הכתף בכתפיים ניתוחים, כמו גם עבור ניתוחים ארסקופיים אחרים.

תוצאות דומות דווחו בעבר באמצעות 10 דגימות הירך גופה טרי עם מכשיר דומה בודק3. רמות העמידות הגבוהה ביותר של labrum הופחת באופן משמעותי כאשר לאברום נחתך (שלמים labrum, 8.2 N; גזור labrum, 4.0 N). יתר על כן, רמת העמידות הגבוהה של labrum התאושש באופן משמעותי כאשר labrum תוקן (לגזור, 4.0 N; תוקן, 12.6 N). יתר על כן, רמת ההתנגדות עבור לחתוך labrum (3.0-5.0 N) היה מופרד סטטיסטית עם 95% ביטחון מאלה של שלמות (6.5-9.9 N) ותוקן labrum (6.7-9.1 N). לכן, הסף לגילוי נגעים ב-labrum עשוי להיקבע, וזה כ 5 N (4-6 N על גוויות) של רמת העמידות הגבוהה ביותר של labrum. על פי המחקר הנוכחי, כזה סף על הירך פנטום יכול להיות סביב 2-3 N.

עוד ממצא מעניין במחקר הנוכחי הוא מערכת יחסים חיובית משמעותית בין כוח התגובה על משטח הסחוס לחקות על ידי המכשיר לדחוף את מודול האלסטי על ידי התקן כניסה קלאסית. כאשר הבדיקה לדחוף מבוצעת כפי שמוצג באיור 4 ולאחר מכן את קצהו של הגשוש נע על פני השטח, כוח התגובה מתרחשת. כתוצאה מכך, הקצה של הגשוש נדחף על ידי כוח התגובה. הדבר נמדד ככוח הניצב של ציר הגשוש. במצב זה, אם המאפיין המכני של רקמת סחוס החיקוי הוא קטן (כלומר, רך), הכוח של החיטוט בודק את פני השטח של הסחוס עשוי להיות חלק נספג. לאחר מכן, כוח התגובה שלה על פני השטח לקצה של החללית צריך להיות נחלש לעומת זאת במקרה של לדחוף בדיקה על רקמת סחוס קשה. כתוצאה מכך, הכוח הניצב של ציר הגשוש ירד. לכן, אם הזווית של ציר החיטוט למשטח הסחוס לחקות יכול להיות נשלט על ידי טכנולוגיה חדשה, כגון חיישן לביש9,10, באתרו תכונות מכניות של רקמת הסחוס ניתן להעריך.

כמה קבוצות מחקר ניסו לפתח התקנים כדי להעריך את האיכות של הסחוס הvivo במהלך20,21ארתרוסקופיה11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 בשיטות שונות, כגון אולטרסאונד ביו-מיקרוסקופיה11, הדמיה של אולטרסאונד ארתרוסקופי12, ספקטרוסקופיית אופטי13, הקרנה לייזר פעמו14,מכשירספקטרוסקופיית באמצעות אינפרא-,אדום15, ו-אולטראסאונד מבוסס16, מכני16,17,18,19 רוב המכשירים למעט אלה כניסות11,12,13,14,15 יכול למדוד את העובי של שכבת הסחוס; עם זאת, הם אינם יכולים למדוד ערכים מכניים הקשורים לרכוש. למרות אולטרסאונד ומכני מבוססי התקנים כניסה16,17,18 יכול למדוד כמה תכונות מכניות של סחוס מכני, את פני השטח של קצה המכשיר חייב להיות נגע אנכית אל פני השטח של הסחוס החיצוני, אשר אחריו שיטות קונבנציונליות של בדיקות דחיסה. להתקן הכניסה האלקטרו-מכאני הנותר22,23 שפותחו לאחרונה יש צורה כדורית בקצה ההתקן; כאן, זה עלול להיות קשה לקבוע כיצד לגעת בקצה למשטח הסחוס במהלך ארסקופיה בגלל גודל גדול יחסית שלה מטשטש את נקודת מדידה על ידי הטיפ עצמו. בנוסף, ערך כמותי (נקרא כמו qp22,23) הוא לא עוקב ולכן נראה תוצאה של נזק (מ 4 עד 20 עבור הערכת הסחוס). לדוגמה, הערך של 4 QP אינו שווה פי שניים מערך ה-QP.

נקודה חשובה אחת היא כי המכשיר מדבקה ככל האפשר לצורה של הגשוש הקלאסי. יתר על כן, יחידת פרמטרים קונבנציונאלי וידוע (כלומר, ניוטון) עבור המכשיר הגישוש מוחל בחלקו משום שהוא ברציפות כמותית. בהקשר זה, המכשיר הגישוש המתואר כאן יכול לשכפל את התנאים של הבדיקה המקובלת על בסיס "תחושה של המנתח". כך, מכשיר זה הבדיקה מראה שימושי למדידת תכונות מכניות מסוימות במפרקים במהלך ארסקופיה.

לסיכום, המכשיר הגישוש המתואר כאן, אשר יכול למדוד את ההתנגדות של רקמות רכות עם חיישן כוח tri-צירית דרך הן למשוך-ולדחוף את הבדיקה, יכול להיות שימושי עבור כימות להערכת נגעים מקיפים או תנאים של רקמות רכות משותפת, אשר שיפור של הערכה איכותית הנוכחי של בדיקה קונבנציונאלי.

Disclosures

. לסופר אין מה לגלות

Acknowledgments

עבודה זו היתה נתמכת חלקית על ידי JSPS KAKENHI מענקים JP19K09658 ו JP18KK0104 והקרן היפנית למחקר וקידום של אנדוסקופיה (JSPS) גרנט. המחבר רוצה להודות לפרופ ' דריל ד. ד'לימה ומומחה לשיתוף פעולה מדעי מקצועי אריק W. Dorthe במרכז שילו למחקר וחינוך אורטופדיים במרפאת סקריפס לקבלת רשות לשכפל את המכשיר המותאם אישית עבור בדיקת הכניסה הקלאסית במוסד, ועל תמיכה המחבר עם מחקרים שיתוף פעולה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4.5 mm ARTHROGARDE Hip Access Cannula GREEN Smith&Nephew 72201741 Arthroscopy cannula
70° Autoclavable, Direct View Smith&Nephew 72202088 70 degrees arthroscope
Bandicam Bandicam Company an advanced screen recording software
da Vinci 2.0 A Duo XYZ printing Japan 3D printer
Disposable Hip Pac Smith&Nephew 7209874 A set of 3 guidewires and 2 arthroscopy needles
Hip phantom Sawbones USA, A Pacific Research Company SKU:1516-23 The phantom model for hip arthroscopy
Labview National Instruments Systems engineering software for applications that require test, measurement, and control with rapid access to hardware
LAC-1 SMAC Electromechanical actuator
LSB200 Futek FSH00092 A load cell
Nanopass Stryker CAT02298 A suturing instrument for the labrum repair
Osteoraptor 2.3 Suture Anchor Smith&Nephew 72201991 Anchor set for the labrum repair
PC software for Probing sensor Moosoft PC software for Probing sensor
Poly-vinyl alcohol hydrogels Sunarrow Limited Poly-vinyl alcohol hydrogels
portable arthroscopy camera Sawbones USA, A Pacific Research Company SKU:5701 Portable arthroscopy camera
Probing sensor Takumi Precise Metal Work Manufacturing Ltd Probing device to measure resistance force to soft tissue in joint while probing
Samurai Blade Stryker CAT00227 Arthroscopic scalpel
Standard fixation device Sawbones USA, A Pacific Research Company SKU:1703-19 The fixation device for the hip phantom
Strain gauge sensor Nippon Liniax Co.,LTD MFS20-100 The sensor works with three Wheatstone bridges
Ultra-Hard C2 Tungsten Carbide Ball, 1 mm Diameter McMaster-Carr 9686K81 Ultra-Hard C2 Tungsten Carbide Ball, 1 mm Diameter

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

רפואה סוגיה 159 המכשיר בודק רכוש מכני רקמות רכות במפרק סחוס הרקמה מרחבבית labrum רקמת הנדסה רפואת התחדשות
מכשיר בודק למדידת תכונות מכניות של רקמות רכות במהלך ארתרוסקופיה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hananouchi, T. A Probing Device for… More

Hananouchi, T. A Probing Device for Quantitatively Measuring the Mechanical Properties of Soft Tissues during Arthroscopy. J. Vis. Exp. (159), e60722, doi:10.3791/60722 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter