Summary
يتم التحقيق أثناء جراحة التنظير عادة لتقييم حالة الأنسجة الرخوة ، ولكن هذا النهج كان دائمًا ذاتيًا ونوعيًا. يصف هذا التقرير جهاز فحص يمكنه قياس مقاومة الأنسجة الرخوة كمياً باستخدام مستشعر قوة ثلاثي المحور أثناء تنظير المفصل.
Abstract
يتم إجراء الفحص في جراحة بالمنظار عن طريق سحب أو دفع الأنسجة الرخوة ، مما يوفر ردود فعل لفهم حالة الأنسجة الرخوة. ومع ذلك، الإخراج هو نوعي فقط على أساس "شعور الجراح". ويرد هنا وصف جهاز التحقيق وضعت لمعالجة هذه المسألة من خلال قياس مقاومة الأنسجة الرخوة من الناحية الكمية مع جهاز استشعار قوة ثلاثية المحور. تحت كلا الشرطين (أي سحب ودفع فحص بعض الأنسجة تحاكي labrum acetabular والغضاريف) ، وجد أن هذا الجهاز التحقيق مفيد لقياس بعض الخصائص الميكانيكية في المفاصل أثناء تنظير المفصل.
Introduction
عملية التحقيق، والتي تسحب (أو السنانير) أو يدفع الأنسجة الرخوة في المفاصل مع مسبار معدني، يسمح لتقييم حالة الأنسجة الرخوة أثناء الجراحة بالمنظار1،2. ومع ذلك ، فإن تقييم التحقيق هو ذاتي جدا ونوعية (أي ، شعور الجراح).
على أساس هذا السياق، إذا كان يمكن قياس مقاومة الأنسجة الرخوة (مثل كبسولة أو labrum في مفصل الورك، الغضروف المفصلي أو الرباط في مفصل الركبة) أثناء السحب كميا، يمكن أن يكون من المفيد للجراحين للحكم على ضرورة إصلاح الأنسجة الرخوة والإشارة إلى ما إذا كان التدخل الجراحي الإضافي ضروري حتى بعد الانتهاء من الإصلاح الأولي3،,4،,5. وعلاوة على ذلك، يجب وضع معايير للمتغيرات الكمية الرئيسية للإشارة إلى التدخل الجراحي اللازم للجراحين. بالإضافة إلى ذلك ، في الاتجاه المعاكس ، يمكن استخدام دفع المسبار لتقييم الخصائص الميكانيكية للأنسجة الغضروف المفصلي. في مجالات هندسة الأنسجة والطب التجديدي، مثل استبدال التالفة، منحط، أو أنسجة الغضروف المريضة، في التقييم الموضعي للدفع التحقيق يمكن أن تكون حرجة2،6.
هذه المادة تقارير عن تطوير جهاز التحقيق مع جهاز استشعار قوة ثلاثية المحور6 التي يمكن قياس مقاومة الأنسجة الرخوة كميا أثناء تنظير المفصل. هذا الجهاز التحقيق يتكون من عنصر التحقيق مع حجم نصف طول (200 مم) من مسبار بالمنظار العادي، وعنصر قبضة التي يتم تضمين جهاز استشعار قياس الإجهاد لقياس القوة الناتجة من ثلاثة محاور في طرف المسبار (الشكل 1). تم إجراء جهاز استشعار قياس الإجهاد خصيصًا لإجراء التحقيق. يتم تضمين مقياس الضغط في الجزء العلوي من مكون القبضة، الذي يتصل بمكون المسبار. دقة هذا الجهاز التحقيق هو 0.005 N. كما تم قياس الدقة والدقة من خلال وزن تجاري مع وزن معروف (50 غرام). وكان الدقة 0.013 N ودقة 0.0035 N.
وعلاوة على ذلك، تم تنفيذ جانب انزلاقي من عنصر قبضة للسيطرة على المسافة مع السبابة الجراح أو الإبهام أثناء سحب أو دفع التحقيق. خلال عملية قياس المقاومة ، تعتمد القيمة المقاسة على كل من مسافة سحب جهاز التحقيق وقوة السحب ، وهذا هو السبب في أن مسافة السحب لجهاز التحقيق يتم التحكم بها من جانب الانزلاق. تم تعيين مسافة انزلاق عنصر قبضة جهاز التحقيق إلى 3 ملم للحالات التمثيلية التالية في هذه الدراسة.
كما هو مبين في الشكل 1، يمكن بالتالي قياس قوة المقاومة للأنسجة الرخوة ثلاثية axially. القوة الأولى على طول محور المسبار. والثاني عمودي على محور المسبار على طول اتجاه خطاف المسبار، والثالث في الاتجاه العرضي. ويتم قياس القوات باستخدام الطريقة العامة التالية: يشمل مستشعر القوة الثلاثي المحاور ثلاثة جسور من ويتستون تقابل المحاور س وص والى ع. تتغير قيمة مقاومة قياس السلالة وفقًا لحجم الحمل المطبق ، وتتغير جهد نقطة الوسط للجسر بحيث يمكن اكتشاف القوة كإشارة كهربائية. نطاق قياس هذا الجهاز هو 50 N في اتجاه محور التحقيق و 10 N في الاتجاهين المتبقيين.
وقد تم تطوير برامج مخصصة لهذا المسبار الذي يظهر البرنامج القوى الثلاثة في الاتجاهات س ، ص ، و ض (س هو الاتجاه العرضي ، ص هو الاتجاه العمودي (اتجاه الخطاف) ، و ض هو محور التحقيق) تقاس من قبل جهاز التحقيق في الوقت الحقيقي مع تردد 50 هرتز وثلاثة رسوم بيانية منفصلة (الشكل 2). اختياريا، يمكن استخدام غطاء مرن رقيقة تستخدم عادة للاستخدام داخل العملية من أجهزة الموجات فوق الصوتية لتسرب المياه هنا.
وبالتالي فإن هذا الجهاز التحقيقي يمكن أن يسمح بتقييم بعض الشروط من الأنسجة الرخوة. بالإضافة إلى ذلك، قد يسمح جهاز التحقيق هذا بتقييم الخصائص الميكانيكية للأنسجة الغضروف المفصلي. وتحقيقا لهذه الغاية، قد تكون مرتبطة قوة رد الفعل على سطح الغضروف المفصلي في حين انزلاق غيض من هذا الجهاز التحقيق إلى الأمام على السطح مع الخاصية الميكانيكية للغضاريف المفصلية.
الغرض من هذه الدراسة هو تقديم كيفية استخدام جهاز التحقيق. أولا قياسات ل labrum تقليد acetabular كما الأنسجة التمثيلية في حين سحب التحقيق مع نموذج الورك الوهمية. التحقيق هو الفرق في مقاومة labrum acetabular في ثلاث خطوات جراحية لإصلاح لابر نموذجي. ثانياً قياسات لتقليد ممثل أنسجة الغضروف من خلال التحقيق في الدفع. كما تم التحقيق فيها هو وجود علاقة بين اثنين من الخصائص الميكانيكية المختلفة للأنسجة الغضروف تقليد كما يقاس هذا الجهاز التحقيق وجهاز المسافة البادئة الكلاسيكية للتحقق من صحة طريقة جديدة لقياس الخصائص الميكانيكية للغضاريف المفصلية.
Protocol
البروتوكول في هذه الدراسة يتكون في المقام الأول من الجانبين التاليين: 1) قوة مقاومة ل labrum acetabular مع سحب التحقيق و 2) قياس قوة رد الفعل على عينة الغضروف تقليد مع دفع التحقيق.
1. قوة مقاومة من labrum acetabular مع سحب التحقيق
- الاستعداد الوهمي للقياسات مع سحب التحقيق
- إصلاح الورك الوهمية، والتي تتكون من عظم الحوض الأيسر وعظم الفخذ، والعضلات الرئيسية للورك، labrum acetabular، كبسولة الورك، والغضروف المفصلي من مفصل الورك على جهاز التثبيت القياسية5.
- خطف وتناوب داخليا عظم الفخذ قليلا لمسافة من الحوض، وتوليد الفضاء المشترك محاكاة تنظير مفصل الورك.
- إعداد الكاميرا للتنظير
- إعداد 4 مم 70 درجة عرض قابل للوسخ المباشر عرض منظار المفصل والاتصال كاميرا تنظير المفصل المحمولة. قم بتوصيل مصدر ضوء كاميرا مفصلية محمول بمنظار المفصل 70 درجة. قم بتوصيل كابلات USB من كاميرا التنظير ومصدر الضوء بجهاز كمبيوتر. ثم، فتح شاشة متقدمة تسجيل البرمجيات لعرض تنظير على جهاز الكمبيوتر.
- إعداد البوابات
ملاحظة: يتبع التحضير طريقة تنظير مفصل الورك التقليدية القياسية7.- إدراج إبرة معبّرة وسلك دليل في مفصل الورك من طرف التروسنتر أكبر لجعل بوابة طبيعية anterolateralral.
- إدراج قنية 5.5 ملم مع مُموج على طول خط السلك الإرشادي. ثم، إزالة المُنْقَر، وأدخل منظار المفصل 70 درجة مع كاميرا تنظير المفصليات المحمولة على طول القنية، وبالتالي توليد البوابة الأولى.
- تأكد من ما إذا كان المثلث الكباوي بين اللابروم ورأس الفخذ7 هو رؤية في طريقة العرض من هذا المدخل. بعد ذلك، جعل البوابة الثانية كمدخل أمامي معدل7.
- Capsulotomy، وفتح كبسولة الورك
- عند إنشاء البوابة الأمامية، احتفظ بمنظار المفصل في المدخل المفصلي. أدخل قنية 4.5 ملم مع مُخالة على طول السلك الإرشادي، وأزل المُزاج، ثم أدخل مشرطًا بالمنظار من البوابة الأمامية. تنفيذ capsulotomy بوابة بيري حول البوابة الأمامية, نقل مشرط وسائل الإعلام و بشكلٍ آخر لتوليد مساحة أكبر للبوابة الأمامية في كبسولة الورك.
- ضع منظار المفصل في البوابة الأمامية. قم بتدوير عرض الكاميرا من منظار المفصل حتى رؤية القنية في البوابة اللاتينية. أدخل المشرط بالمنظار من البوابة اللاتيلية. إجراء عملية نقل متداخلة، والتي تربط بين البوّايتين من حوالي الساعة 10 إلى الساعة 2. ثم، ترك هذا capsulotomy 5 ملم من labrum، وقياس ما يقرب من 15 ملم في الطول.
- إعداد جهاز التحقيق
- قم بتأكيد الاتصال بين وحدة مصدر الطاقة والكمبيوتر مع كابل USB. قم بتشغيل وحدة مصدر الطاقة. افتح البرنامج الخاص بجهاز التحقيق، والذي تم وصفه في المقدمة.
- إدخال بيانات المصفوفة لأول مرة، والتي يتم حسابها مسبقاً أثناء معايرة جهاز استشعار قياس الإجهاد. إعادة المعايرة إذا كانت القيمة المقاسة ليست نفس قيمة الوزن الافتراضية عند وضعها في طرف المسبار.
- إعادة تعيين قيمة قوة القياس إلى الصفر مباشرة قبل كل قياس. بالإضافة إلى ذلك، تأكد من ما إذا كان مفتاح القدم متصلاً بنظام التسجيل لجهاز التحقيق يعمل بشكل جيد.
- قياس مقاومة ل labrum acetabular أثناء سحب التحقيق
- ضع منظار المفصل في البوابة الداخلية. أدخل جهاز التحقيق من البوابة الأمامية واذهب إلى أبعد من ذلك في مفصل الورك حتى يكون طرف الجهاز أسفل الجانب الداخلي من ال Labrum acetabular.
- صفر الإعداد كما هو أعلاه. سحب غيض من جهاز التحقيق في اتجاه المفصل (وهذا هو الخطوة الجراحية الأولى باسم "Labrum سليمة") (الشكل 3).
- إزالة جهاز التحقيق من البوابة الأمامية ثم إدراج مشرط بالمنظار في المفصل. ثم، فصل labrum الأمامية متفوقة طوليا (من قبل 10 مم) من حافة acetabular بحدة باستخدام مشرط.
- التبديل من مشرط لجهاز التحقيق في المنطقة الأمامية. ربط labrum على طول محور التحقيق في نفس الموقف من labrum لقياس قوة المقاومة من labrum (هذا هو تحديد الخطوة الثانية ، "Labrum قطع"). مرة أخرى، تذكر أن الصفر الإعداد قبل هذا القياس.
- إدراج مجموعة ارتساء لإصلاح labrum في المدخل الأمامي. ضع المرساة على طرف المرساة التي تم تعيينها عند الحافة العظمية acetabular. أدخل أداة الخياطة في البوابة الأمامية بعد إزالة مجموعة الارتساء. تشديد labrum على حافة acetabular. كرر إجراء الإصلاح هذا مرة أخرى لصنع غرزة الثانية.
- قياس قوة المقاومة من labrum عن طريق ربط مرة أخرى labrum على طول محور التحقيق (وهذا هو الخطوة الثالثة ، "Labrum إصلاح"). تذكر أن تضغط على دواسة القدم عند تسجيل كل خطوة جراحية.
2. قياس قوة رد الفعل لتقليد عينات الغضاريف مع دفع التحقيق
ملاحظة: في الدراسة الثانية، تم قياس قوة مقاومة عمودية على كل سطح غضروف(الشكل 4A)مع دفع التحقيق على سطح الغضاريف في 30 درجة ميل إلى الخط الأفقي وحددت كعنصر واحد من الخصائص الميكانيكية للغضاريف المفصلية.
- إعداد العينات للقياسات مع دفع التحقيق.
- إعداد عينات الغضاريف. في الدراسة الحالية، تم استخدام خمسة أنواع من عينات الغضاريف تقليد، والتي كانت مصنوعة من البولي الفينيل الكحول هيدروجيلس8.
- إعادة تشكيل العينات من الحجم الأكبر للعينات المقدمة إلى 15 ملم × 20 ملم × 3 ملم كلوحة غضروف تقليد. ضع كل عينة على لوحة أساسية ، والتي تحتوي على سدادة صغيرة نحو جانب عملية التحقيق.
- قياس مقاومة الغضاريف مع دفع التحقيق
- عقد وإصلاح موقف واتجاه جهاز التحقيق الذي غيض من الجهاز اللمسات تقريبا سطح عينة الغضروف تقليد مع الحفاظ على 30 درجة الميل إلى الخط الأفقي.
- بعد التصفير الإعداد، ودفع وسحب غيض من جهاز التحقيق على عينة الغضروف تقليد ثلاث مرات عن طريق الضغط على دواسة القدم.
- كرر هذه الخطوة القياس للعينات الخمس بعد وضع على كل من لوحات.
- قياس مقاومة الغضاريف بواسطة جهاز المسافة البادئة الكلاسيكية
- قياس معامل مرنة التقليدية وصلابة كل عينة باستخدام جهاز المسافة البادئة الكلاسيكية (الشكل 4B).
ملاحظة: كان الجهاز المخصص لاختبار المسافة البادئة الكلاسيكية لقياس معامل مرن لعينة الغضروف تقليد في الدراسة الحالية على مسافة كروية مع طرف قطره 1 مم ومحرك كهربائي (القرار، 5 ميكرومتر). تم تجميع المحرك، وعجّل، وحمولة الخلية باستخدام العرف 3D- طباعة الأقواس بواسطة خيوط جيش التحرير الشعبي على طابعة 3D(الشكل 4B)لتعمل كنظام المسافة البادئة uniaxial التقليدية. تم وضع كل عينة على اللوح الأساسي لجهاز المسافة البادئة. تمت محاذاة نقطة منتصف النموذج مع طرف المسافة البادئة. تم جلب طرف المسافة البادئة في اتصال أولي مع العينة باستخدام حمولة مسبقة من 0.02 N. ثم تم ضغط طرف المسافة البادئة 150 ميكرومتر في سطح الغضاريف. وسجلت القوة والتشريد أثناء المسافة البادئة. وقد استخدم الجزء الخطي من منحنى إزاحة القوة إلى المسافة البادئة لحساب صلابة و معامل المرونة كما أبلغ عنه هايز وآخرون24 باستخدام سمك العينة. البيانات التي تم بواسطة هذا الجهاز لم التحقق من صحة, ولكن القيم الميكانيكية للعينات الغضروف من قبل هذا الجهاز تم تأكيدها سابقا; كان معامل مرنة 0.46 MPa (0.27 MPa الانحراف المعياري (SD))، وهو ما يتفق مع تلك الموجودة في العديد من الدراسات الأدب السابقة11،16،19. - حساب قيمة المعامل بين القيمة القصوى لقوة رد الفعل الرأسي مع الدفع التحقيق والمعامل المرن بواسطة الجهاز المسافة البادئة الكلاسيكية.
- قياس معامل مرنة التقليدية وصلابة كل عينة باستخدام جهاز المسافة البادئة الكلاسيكية (الشكل 4B).
Representative Results
قوة مقاومة من labrum acetabular في الخطوات الجراحية الثلاث مع سحب التحقيق
وتكررت القياسات التي سجلها هذا الجهاز في كل خطوة ثلاث مرات. تظهر النتائج أن أعلى متوسط للقوات الناتجة من y و z ل labrum acetabular للخطوات الثلاث كانت 4.4 N (0.2 N SD) في labrum سليمة، 1.6 N (0.1 N SD) في labrum cut، و 4.6 N (0.7 N SD) في labrum إصلاحها (الشكل 5). كانت القوة العرضية فقط 2.8٪ من أعلى قوة الناتجة في حين التحقيق في labrum سليمة.
العلاقة بين اثنين من الخصائص الميكانيكية تحجيم مختلف من قبل جهاز التحقيق مع دفع التحقيق والجهاز المسافة البادئة الكلاسيكية
وتظهر النتائج وجود علاقة إيجابية كبيرة بين الخواص الميكانيكية التي تم الحصول عليها: مستشعر التحقيق مقابل معامل مرن، ص = 0.965 و p = 0.0044(الشكل 6)؛ التحقيق الاستشعار مقابل تصلب، ص = 0.975 و p = 0.0021).
الشكل 1: جهاز التحقيق المستخدم في الدراسة الحالية (A) يتكون جهاز التحقيق من مكون مسبار ومكون قبضة مع مستشعر قياس سلالات مدمج يمكنه قياس القوى ثلاثية الحساسية على طرف المسبار (واحد على طول محور المسبار ، السهم الأصفر المنقطة ؛ اثنين آخرين عموديين على محور المسبار ، أسهم بيضاء منقط) (B) لأن مكون القبضة يحتوي على قطعة منزلقة ، يمكن نقل مكون المسبار والجانب المنزلق إلى قبضة السبابة ، السهم الأصفر الصلب. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: عرض البرنامج لجهاز التحقيق. يُظهر هذا المنظر قيم قياس ثلاثية المدى في الوقت الحقيقي لقوة المقاومة للأنسجة الرخوة أثناء التحقيق. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: عرض تمثيلي تشغيلي لشاشة تنظير المفصل أثناء فحص السحب ل labrum العُسَب. هذا الرأي هو من بوابة نموذجي anterolateralral. يتم إدراج جهاز التحقيق من نهج تعديل الأمامي. يتم إجراء عملية سحب التحقيق على طول محور المسبار (السهم المنقط). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: اختباران مختلفان للخصائص الميكانيكية لتقليد أنسجة الغضروف المفصلي (A) قياس قوة التفاعل عمودي على سطح الغضاريف في حين أن يدويا انزلاق المسبار (B) اختبار المسافة البادئة الكلاسيكية (مضغوط عموديا على سطح الغضاريف) لفهم التطابق بين هذين الاختبارين الملكية الميكانيكية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: قوى المقاومة من labrum acetabular مع سحب التحقيق. قوات المقاومة من labrum acetabular مع سحب التحقيق للخطوات الجراحية الثلاث. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: العلاقة بين قوة التفاعل الرأسي على سطح الغضاريف مع فحص الدفع والمُعدل المرن بواسطة اختبار المسافة البادئة الكلاسيكية. قوة رد الفعل العمودي على سطح الغضروف مع دفع التحقيق كان لها ارتباط إيجابي قوي (ص = 0.965، ع = 0.0044) مع معامل مرن من قبل اختبار المسافة البادئة الكلاسيكية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Discussion
هذه الدراسة تثبت أن جهاز التحقيق قادر على قياس ثلاثي axially مقاومة الأنسجة الرخوة في المفصل أثناء التحقيق بالمنظار. على وجه التحديد، تم التحقيق في الأمرين التاليين: 1) الفرق في قوة المقاومة من labrum acetabular مع سحب التحقيق في الخطوات الجراحية الثلاث لإصلاح لابر نموذجي و 2) العلاقة بين اثنين من الخصائص الميكانيكية المختلفة من أنسجة الغضاريف تقليد مع دفع سحب.
وفقا لهذه الدراسة، يمكن أن تكون القيم التي تقاس كميا عن طريق سحب التحقيق مع هذا الجهاز مفيدة لتقييم حالة الأنسجة الرخوة المشتركة. انخفضت أعلى مستويات المقاومة من labrum acetabular عندما تم قطع labrum. وعلاوة على ذلك، تم استرداد مستويات المقاومة العالية عندما تم إصلاح labrum. وبالتالي، يمكن أن تكون قوة التحقيق مفيدة أيضًا في تقييم ما إذا كان التدخل الجراحي كافًا. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام هذا السحب التحقيق لتقييم الأنسجة الرخوة الأخرى كذلك، مثل الأربطة الصليبية الأمامية والخلفية لعدم الاستقرار، والأربطة الجانبية المتوسطة والجانبية لفالغوس أو توازن فاروس في جراحات الركبة، labrum والكفة الدوارة في عمليات جراحية الكتف، وكذلك لعمليات جراحية بالمنظار الأخرى.
وكانت النتائج مماثلة ذكرت سابقا باستخدام 10 عينات الورك جثة جديدة مع جهاز التحقيق مماثلة3. تم تخفيض أعلى مستويات المقاومة من labrum بشكل كبير عندما تم قطع labrum (labrum سليمة، 8.2 N؛ خفض labrum، 4.0 N). وعلاوة على ذلك، تم استعادة مستوى المقاومة العالية لل labrum بشكل كبير عند إصلاح labrum (قطع، 4.0 N؛ تم إصلاحه، 7.8N). وعلاوة على ذلك، تم فصل مستوى المقاومة لقطع labrum (3.0-5.0 N) إحصائيا مع الثقة 95٪ من تلك سليمة (6.5-9.9 N) وإصلاح labrum (6.7-9.1 N). لذلك، يمكن تحديد عتبة للكشف عن الآفات في labrum، وهو ما يقرب من 5 N (4-6 N على الجثث) من أعلى مستوى مقاومة من labrum. وفقا للدراسة الحالية، قد يكون مثل هذه العتبة على الورك الوهمية حوالي 2-3 N.
ومن النتائج المثيرة للاهتمام الأخرى في الدراسة الحالية العلاقة الإيجابية الهامة بين قوة التفاعل على سطح الغضاريف المقلدة بواسطة جهاز التحقيق الدفعي والم ومعامل المرونة بواسطة جهاز المسافة البادئة الكلاسيكية. عندما يتم إجراء عملية فحص الدفع كما هو موضح في الشكل 4 ثم يتحرك طرف المسبار على السطح ، تحدث قوة رد فعل. ونتيجة لذلك، يتم دفع غيض من التحقيق من قبل قوة رد الفعل. ويقاس هذا على أنه القوة المتعامدة لمحور المسبار. في هذه الحالة، إذا كانت الخاصية الميكانيكية لتقليد أنسجة الغضاريف صغيرة (أي لينة)، قد يتم امتصاص قوة الدفع التحقيق إلى سطح الغضروف جزئيا. ثم، ينبغي إضعاف قوة رد الفعل على السطح إلى طرف المسبار مقارنة مع ذلك في حالة الدفع التحقيق على أنسجة الغضروف الصلبة. ونتيجة لذلك، ستنخفض القوة المتعامدة لمحور المسبار. لذلك، إذا كان يمكن التحكم في زاوية محور التحقيق إلى سطح الغضاريف تقليد بواسطة التكنولوجيا الجديدة، مثل جهاز استشعار الدوران يمكنارتداؤها 9،10، يمكن تقييم الخصائص الميكانيكية في الموقع للأنسجة الغضروف.
وقد حاولت عدة مجموعات بحثية تطوير أجهزة لتقييم كمي لجودة الغضروف المفصلي في الجسم الحي أثناء تنظيرالمفصل 11،12،13،14،15،16،17،18،19،20،21،22 باستخدام أساليب مختلفة ، مثل الموجات فوق الصوتية المجهر الحيوي11، التصوير بالموجات فوق الصوتية بالمنظار12، بصري التأمل الطيفي13، نبض الليزر تشعيع14، شبه الأشعة تحت الحمراء الطيفي15، والموجات فوق الصوتية القائمة 16 ، الميكانيكية1616،17،18،19،,21، وأجهزة المسافات الكهروميكانيكية22.20 معظم الأجهزة باستثناء تلك المسافة البادئة11،12،13،14،15 يمكن قياس سمك طبقة الغضاريف ؛ ومع ذلك، لا يمكن قياس قيم الخصائص الميكانيكية ذات الصلة. على الرغم من أن الموجات فوق الصوتية والأجهزة الميكانيكية القائمة على المسافة البادئة16،17،18 يمكن قياس بعض الخصائص الميكانيكية للغضاريف المفصلية ، يجب لمس سطح طرف الجهاز عموديا على سطح الغضاريف المفصلية ، والذي يتبعه الطرق التقليدية لاختبار الضغط. المتبقية الجهاز المسافات البادئة الكهروميكانيكية22,23 التي تم تطويرها مؤخرا لديه شكل كروي في غيض من الجهاز; هنا، قد يكون من الصعب تحديد كيفية لمس طرف إلى سطح الغضروف أثناء تنظير المفصل بسبب حجمه الأكبر نسبيا حجب نقطة القياس من طرف نفسه. بالإضافة إلى ذلك، فإن القيمة الكمية (تسمى QP22،23)ليست متتالية بل يبدو أنها درجة ضرر (من 4 إلى 20 لتقييم الغضاريف). على سبيل المثال، قيمة QP 4 لا تساوي ضعف قيمة QP 2.
نقطة واحدة هامة هي أن الجهاز يتمسك قدر الإمكان إلى شكل من أشكال التحقيق الكلاسيكية. وعلاوة على ذلك، يتم تطبيق وحدة معلمة تقليدية ومعروفة (أي نيوتن) لجهاز التحقيق جزئيًا لأنها كمية على التوالي. في هذا السياق، يمكن لجهاز التحقيق الموصوف هنا إعادة إنتاج ظروف التحقيق التقليدية على أساس "شعور الجراح". وهكذا، يظهر هذا الجهاز التحقيق لتكون مفيدة لقياس بعض الخصائص الميكانيكية في المفاصل أثناء تنظير المفصل.
في الختام ، يمكن أن يكون جهاز التحقيق الموصوف هنا ، والذي يمكن أن يقيس كميا مقاومة الأنسجة الرخوة مع مستشعر قوة ثلاثي المحاور من خلال كل من السحب والدفع ، مفيدًا للتقييم الكمي للآفات الشاملة أو شروط الأنسجة الرخوة المشتركة ، وهو تحسين للتقييم النوعي الحالي للتدبير التقليدي.
Disclosures
وليس لدى صاحب البلاغ ما يكشف عنه.
Acknowledgments
وقد تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل منحة JSPS KAKENHI JP19K09658 و JP18KK0104 والمؤسسة اليابانية للبحوث والترويج للتنظير (JFE) منحة. يود المؤلف أن يشكر البروفيسور داريل د. داليما والمتعاون العلمي المحترف إريك و. دورثي في مركز شيلي لأبحاث وتعليم العظام في عيادة سكريبس على الإذن بتكرار الجهاز المخصص لاختبار المسافة البادئة الكلاسيكية في المؤسسة، وعلى دعم المؤلف بدراسات التعاون.
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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Boddy, K. J., et al. Exploring wearable sensors as an alternative to marker-based motion capture in the pitching delivery. PeerJ. 7, 6365 (2019).
- Aroganam, G., Nadarajah Manivannan, N., Harrison, D. Review on Wearable Technology Sensors Used in Consumer Sport Applications. Sensors. 19 (9), 1983 (2019).
- Gelse, K., et al. Quantitative ultrasound biomicroscopy for the analysis of healthy and repair cartilage tissue. European Cells & Materials. 19, 58-71 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kiviranta, P., Lammentausta, E., Töyräs, J., Kiviranta, I., Jurvelin, J. S. Indentation diagnostics of cartilage degeneration. Osteoarthritis Cartilage. 16 (7), 796-804 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
