Summary
该协议介绍了用于内侧单间室膝关节置换术的无线传感器的尸体研究。该协议包括安装角度测量装置、标准化牛津单室膝关节置换术截骨术、屈伸平衡的初步评估以及应用传感器测量屈伸间隙压力。
Abstract
单间室膝关节置换术（UKA）是终末期前内侧骨关节炎（AMOA）的有效治疗方法。UKA的关键是屈伸间隙平衡，这与术后并发症密切相关，例如轴承脱位，轴承磨损和关节炎进展。传统的间隙平衡评估是通过间隙计间接感知内侧副韧带的张力来进行的。它依赖于外科医生的感觉和经验，这对于初学者来说是不精确和困难的。为了准确评估UKA的屈伸间隙平衡，我们开发了一种无线传感器组合，由金属底座，压力传感器和缓冲块组成。截骨术后，插入无线传感器组合可以实时测量关节内压。准确量化屈伸间隙平衡参数，指导股骨进一步磨削和胫骨截骨术，提高间隙平衡的准确性。我们对无线传感器组合进行了 体外 实验。结果表明，应用由经验丰富的专家进行的传统屈伸间隙平衡方法后，差异为11.3 N。
Introduction
膝关节骨关节炎（KOA）是一种全球负担1，目前采用逐步治疗策略。对于终末期单间室 KOA，单间室膝关节置换术 （UKA） 是一种有效的选择，10 年生存率超过 90%2。内侧 UKA 仅替换严重磨损的内侧间室，并保留自然外侧间室、内侧副韧带 （MCL） 和交叉韧带3.原理是通过胫骨截骨术和股骨磨削使屈曲间隙和伸展间隙大致相同，并在植入假体和轴承4后恢复内侧副韧带张力。与全膝关节置换术相比，UKA具有更大的手术难度和技术要求。主要来源是膝关节3整个运动范围内的韧带适当平衡。
传统上，在初步截骨术后，外科医生在关节间隙插入间隙测量仪，并通过感受内侧副韧带的张力间接确定屈伸间隙是否相等。然而，即使对于经验丰富的外科医生来说，平衡的定义和感觉也几乎不一样。对于初学者来说，掌握平衡的要求更加困难。屈伸间隙的不平衡会导致一系列并发症5,6，导致翻修率增加。
随着技术的进步，一些研究人员试图将张量应用于 UKA 7,8。然而，这些研究都是在固定轴承UKA上进行的，张量在使用时可能会损坏MCL。
传感器的出现不仅满足了显示膝关节间隙压力的需求，而且各种传感器由于其尺寸小，通常具有较小的MCL损伤风险9,10。此外，目前使用的传感器均为有线传输，可能会干扰无菌操作，使用起来不够方便。
为了准确测量屈伸间隙平衡参数，我们为UKA开发了一种无线传感器组合，该组合由金属底座，前侧，内侧和侧面带有三个压力探头的无线传感器以及缓冲块组成。传感器组合实时测量并显示关节空间的压力，以帮助外科医生准确评估是否达到了平衡目标。
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Protocol
该方案已获得宣武医院伦理委员会批准（批准号：2021-224），并根据《赫尔辛基宣言》进行。获得近亲的知情同意才能使用尸体。
1.安装角度测量装置
- 打开股骨和胫骨角测量装置的开关。打开平板电脑上的角度测量软件，扫描两台测量设备的二维码，点击 蓝牙连接。
- 将两个角度测量仪器放在水平台上，单击 校准 按钮进行校准，并用膝盖上方和下方10厘米的带子系好，以实时测量膝盖的屈曲角度（图1）。
2. 标准化牛津UKA截骨术
- 将尸体置于仰卧位，下肢屈曲和外展覆盖在手术台外侧。
- 用手术刀通过内侧髌旁入路打开关节腔。沿髌骨内侧缘顶端在关节线远端切开 3 cm 处，在胫骨结节内侧 1 cm 处远端结束。确保切口深度到达关节腔。
- 使用髁骨去除股骨内侧髁、髁间窝和胫骨前部的骨赘。
- 插入不同尺寸的股骨矫治勺钩住股骨后髁，当勺子末端距离软骨表面约1毫米时，与勺子对应的股骨假体尺寸合适。
- 选择 3 mm G 形夹。将 G 形夹、胫骨锯导轨和股骨尺寸勺连接在一起。确保导臂轴在冠状面和矢状面上与胫骨长轴平行，踝轭指向同侧髂上棘前侧。
- 在胫骨上进行垂直和水平切口。使用往复锯进行垂直胫骨锯切割。确保切口刚好位于胫骨内侧脊柱的顶点。垂直向下推进锯，直到它停留在锯导轨的表面上。
- 从胫骨切除指南中取出垫片并插入开槽的 0 垫片。使用摆动锯片切除平台。取下开槽垫片，用宽截骨器将平台向上拉动，然后用膝盖伸展将其取出。
- 在股骨远端髁上开一个洞。确保孔位于髁间切口前缘前缘 1 cm 处，并与其内侧壁对齐。
- 将髓内棒插入孔中。将股骨钻头导轨与髓内杆连接。在股骨钻孔导轨的帮助下进行股骨钻孔。
- 安装后切除导板并将其插入钻孔中。确保摆动锯片由后切除导板的下侧引导，并进行股骨后髁截骨术。取下导轨和骨头碎片。
- 切除内侧半月板。留下半月板的小袖带以保护内侧副韧带。完全去除后角。
- 插入一个 0 股骨插口。将球形铣床连接到插口上并进行股骨远端铣削。
3. 屈伸间隙的初步评估
- 插入股骨试验。通过间隙计评估屈曲伸展间隙。
- 使用角度测量设备监测屈曲角度。通过将间隙规插入关节空间并施加轻微阻力来定义适当的屈伸间隙平衡，当膝关节处于 20°（伸展间隙）和 110°（屈曲间隙）的屈曲位置时，感知张力几乎相等。如果间隙不相等，则根据屈曲间隙和伸展间隙之间的差异值研磨股骨，直到它们相等。
4.传感器组合在测量屈伸间隙压力中的应用
- 卸下传感器磁感应电源开关。打开平板电脑上的测压软件，扫描传感器二维码，进入测算界面。
- 点击 连接设备 按钮;连接成功后，传感器将自动校准。
- 根据量规规格选择合适的厚度缓冲块。将传感器放在金属底座上，然后将缓冲块安装在传感器上（图2）。
- 单击 开始在 平板电脑上工作。将无线传感器组合插入内侧隔间，并将金属底座安装到胫骨截骨表面（图3）。
- 测量膝关节屈曲110°（图4A，B）和20°（图4C，D）的屈曲和伸展间隙压力。分别计算三次连续测量的平均值。
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Representative Results
这项 体外 研究是在一具60岁的女性尸体上进行的。外科医生使用S型股骨假体和3毫米的骨头支撑目标，在进行股骨磨削和胫骨截骨术后，使用间隙计初步评估屈伸间隙张力，并认为达到了平衡。
安装股骨试验后，将无线传感器插入内侧关节间隙，在屈曲110°（屈曲间隙）和20°（伸展间隙）处测量关节内压3次。屈伸间隙压力分别为49.9 N-44.8 N、47.1 N-25.9 N和42.0 N-34.2 N（表1）。屈曲间隙的压力值非常一致，而延伸间隙的压力值则有很大不同。屈伸间隙的平均压力分别为46.3 N和35.0 N，平均差为11.3 N.术后X线片显示适当的假体位置（图5）。
| 测量时间 | 关节内压 （N） | |
| 屈曲 110°（屈曲间隙） | 屈曲 20°（伸展间隙） | |
| 1 | 49.9 | 44.8 |
| 2 | 47.1 | 25.9 |
| 3 | 42.0 | 34.2 |
| 意味 着 | 46.3 | 35.0 |
表 1：传感器测量的关节内压。
图 1：角度测量设备。 （A）角度测量装置安装在膝盖中心上方和下方10厘米处。（B）测量软件可以实时显示膝关节屈曲角度。请点击此处查看此图的大图。
图 2：无线传感器组合的结构。 无线传感器组合由 （A） 金属底座、（B） 带有三个压力探头（黄色箭头）的无线传感器、（C） 和缓冲块组成。（四）嵌套组装后形成的组合。 请点击此处查看此图的大图。
图 3：传感器组合的应用。 截骨术和安装股骨试验后，将无线传感器组合插入内侧隔室进行测量。 请点击此处查看此图的大图。
图 4：测量压力的位置。 （A）在膝关节屈曲110°处测量屈曲间隙压力;（B）屈曲间隙压力为49.9 N.（C）在膝关节屈曲20°处测量伸展间隙压力;（四）延伸间隙压力为44.8 N，请点击这里查看此图的大图。
图5：术后成像。 术后前后X线片显示胫骨部位定位和覆盖良好。术后侧位X线片显示股骨部位位置和屈曲角良好。缩写：AP = 前后;LT = 横向）。 请点击此处查看此图的大图。
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Discussion
移动式UKA是治疗前内侧KOA的有效方法。它具有创伤小、恢复快、保持正常的膝关节本体感觉的优点11,12,13。UKA的关键是屈伸平衡;即在恢复内侧副韧带张力的前提下，使屈曲间隙和伸展间隙尽可能相等14.这种不平衡可能导致轴承脱位、假体磨损或侧隔室15、16、17、18的进展。平衡技术通常与外科医生的经验有关，这会影响患者的满意度和假体的生存率。
间隙计是现在广泛使用的UKA间隙平衡工具。外科医生将间隙计插入关节空间并感受间隙张力，以大致确定屈伸间隙是否平衡。这种方法在很大程度上依赖于外科医生的感觉和经验，因此初学者很难达到精确的平衡，这是UKA学习曲线陡峭和假肢并发症发展的原因之一。此外，该方法不符合UKA中毫米级股骨磨削的要求。
随后，张量被应用于UKA的差距平衡评估19。张量可以对关节空间施加恒定的分心力，以恢复内侧副韧带的张力。通过测量关节空间的分散距离，可以准确测量屈伸间隙。然而，由于张量可以施加不同的分心力，当内侧副韧带没有恢复到正常张力或内侧副韧带过度分心受伤时，关节间隙的分心距离会发生变化。目前，7、8、19尚未就能够匹配不同轴承厚度的适当分心力达成一致。
与上述两种粗略的测量工具不同，我们使用的无线传感器嵌入了三个集成的压力探头，可以实时显示膝关节全范围运动期间的关节内压力。无线传感器将传统的内侧副韧带张力粗糙感转化为准确的关节内压，借助角度测量装置，外科医生可以准确评估屈伸平衡。对于外科医生，尤其是初学者来说，这可以有效地辅助精确截骨术，缩短学习曲线，提高手术效果。
为了匹配不同尺寸的轴承和股骨假体，无线传感器也有各种尺寸可供选择。在使用过程中，最重要的是根据截骨计划为传感器选择合适的缓冲块;否则，可能会导致截骨表面磨损并破坏屈伸间隙平衡。
以前的研究报告了嵌入式压力探头较少的传感器，导致精度降低或有线传输不符合手术期间的无菌要求20,21,22,23,24,25。我们使用的无线传感器同时考虑了测量精度和无菌要求。在这项体外研究中，我们发现即使是经验丰富的外科医生也无法实现屈曲和伸展间隙的完全等效。为了确定屈伸平衡的合理压力范围，需要进一步的大样本、多中心体内研究。
但是，这种无线传感器也有一些局限性。首先，频繁插入传感器组合及其金属底座可能会磨损胫骨平台的截骨面，导致截骨错误，这与精确屈伸平衡的最初目标背道而驰。其次，我们使用的无线传感器是一次性设备;电池只能供电约3小时。目前，我们的团队正在改进技术，使传感器能够重复使用并满足无线充电要求。此外，我们还在设计一种新的缓冲块，可以完全模拟移动轴承，以在膝关节屈伸运动期间实时显示胫骨和股骨假体的接触点轨迹。
使用无线传感器可以帮助量化关节内压并引导截骨术，以实现准确的屈伸平衡。这将弥补初学者缺乏差距平衡经验，降低UKA的学习难度。无线传感器的应用反映了关节手术个体化、智能化的趋势，以及跨学科密切合作带来的技术创新。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
这项工作得到了北京市医院管理局临床医学发展专项资金支持[批准号：XMLX202139]的支持。我们感谢迭戈·王先生提出的宝贵建议。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| angle measuring device | AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD. | 20203010141 | angle measuring device of femur,angle measuring device of tibia |
| Oxford Partial Knee System | Biomet UK LTD. | 20173130347 | Oxford UKA |
| Wireless sensor combination | AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD. | 20212010325 | a metal base, a wireless sensor with three pressure probes, and a cushion block |
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