In vitro Anvendelse af en trådløs sensor i bøjningsforlængelsesgabbalance i unicompartmental knæartroplastik

Summary

Denne protokol præsenterer en kadaverisk undersøgelse af en trådløs sensor, der anvendes i medial unicompartmental knæartroplastik. Protokollen omfatter installation af en vinkelmåler, standardiseret Oxford unicompartmental knæartroplastik osteotomi, foreløbig vurdering af fleksionsforlængelsesbalance og anvendelse af sensoren til måling af bøjningsforlængelsesgabtryk.

Abstract

Unicompartmental knæ artroplastik (UKA) er en effektiv behandling for end-stage anteromedial slidgigt (AMOA). Nøglen til UKA er balancen mellem fleksion og forlængelse, som er tæt forbundet med postoperative komplikationer såsom lejeforskydning, lejeslid og arthritisprogression. Den traditionelle gapbalancevurdering udføres ved indirekte at registrere spændingen af det mediale collateral ligament ved hjælp af en mellemrumsmåler. Det afhænger af kirurgens følelse og erfaring, hvilket er upræcist og vanskeligt for begyndere. For nøjagtigt at vurdere UKA's balance mellem fleksionsforlængelse og forlængelse udviklede vi en trådløs sensorkombination bestående af en metalbase, en tryksensor og en pudeblok. Efter osteotomi muliggør indsættelsen af en trådløs sensorkombination realtidsmåling af intraartikulært tryk. Det kvantificerer nøjagtigt parametrene for fleksionsforlængelsesgabbalance for at guide yderligere lårbensslibning og skinnebensosteotomi for at forbedre nøjagtigheden af mellemrumsbalancen. Vi gennemførte et in vitro-eksperiment med kombinationen af trådløse sensorer. resultaterne viste, at der var en forskel på 11,3 N efter anvendelse af den traditionelle metode til fleksionsforlængelsesgabbalance udført af en erfaren ekspert.

Introduction

Knæartrose (KOA) er en global byrde¹, for hvilken den trinvise behandlingsstrategi i øjeblikket er vedtaget. For unicompartmental KOA i slutstadiet er unicompartmental knæartroplastik (UKA) et effektivt valg med en 10-årig overlevelsesrate på over 90%². Medial UKA erstatter kun det stærkt slidte mediale rum og bevarer det naturlige laterale rum, mediale collateral ligament (MCL) og korsbånd³. Princippet er at gøre fleksionsgabet og forlængelsesgabet omtrent det samme ved tibial osteotomi og lårbensslibning og at genoprette MCL-spænding efter implantation af protesen og lejet⁴. Sammenlignet med total knæartroplastik har UKA større kirurgiske vanskeligheder og tekniske krav. Hovedkilden er den rette balance mellem ledbånd i hele knæets bevægelsesområde³.

Traditionelt, efter foreløbig osteotomi, indsætter kirurgen en mellemrumsmåler i ledrummet og bestemmer indirekte, om bøjnings- og forlængelseshullerne er ens ved at føle spændingen i MCL. Imidlertid er definitionen og følelsen af balance næppe den samme, selv for erfarne kirurger. For begyndere er det sværere at forstå kravet om balance. Ubalancen i bøjningsforlængelsesgabet kan føre til en række komplikationer^5,6, hvilket resulterer i en øget revisionshastighed.

Med teknologiens fremskridt har nogle forskere forsøgt at anvende tensorer på UKA ^7,8. Disse undersøgelser er dog alle på UKA med fast leje, og tensoren kan beskadige MCL'en, når den bruges.

Fremkomsten af sensorer opfylder ikke kun efterspørgslen efter at vise trykket i knæledsgabet, men forskellige sensorer har ofte mindre risiko for MCL-skader på grund af deres lille størrelse ^9,10. Derudover er de sensorer, der i øjeblikket anvendes, alle kablede transmissioner, hvilket kan forstyrre den aseptiske drift og ikke er praktisk nok til at bruge.

For nøjagtigt at måle parametrene for flexion-extension gap balance udviklede vi en trådløs sensorkombination til UKA, som består af en metalbase, en trådløs sensor med tre tryksonder på forsiden, mediale og laterale sider og en pudeblok. Sensorkombinationen måler og viser trykket i ledrummet i realtid for at hjælpe kirurger med nøjagtigt at vurdere, om balancemålet er nået.

Protocol

Protokollen blev godkendt af den etiske komité på Xuanwu Hospital (bevillingsnummer: 2021-224) og blev gennemført i overensstemmelse med Helsingfors-erklæringen. Der blev indhentet informeret samtykke fra pårørende til at bruge kadaverne.

1. Installation af vinkelmåler

1. Tænd for kontakten til lårbenet og skinnebenets vinkelmåleenhed. Åbn vinkelmålingssoftwaren på tabletcomputeren, scan QR-koderne for de to måleenheder, og klik på Bluetooth-forbindelse.
2. Placer de to vinkelmåleinstrumenter på det vandrette bord, klik på knappen Kalibrering for at kalibrere, og bind dem med stropper 10 cm over og under knæet for at måle knæets bøjningsvinkel i realtid (figur 1).

2. Standardiseret Oxford UKA osteotomi

1. Placer en kadaver i liggende stilling med underekstremiteterne draperet i bøjning og bortførelse over ydersiden af operationsbordet.
2. Åbn ledhulen ved den mediale parapatellar tilgang med en skalpel. Lav et snit 3 cm distalt til ledlinjen langs toppen af patellaens mediale kant, og slutter distalt ved 1 cm medial til tibial tuberøsitet. Sørg for, at snitdybden når ledhulen.
3. Fjern osteofytter af den mediale lårbenskondyle, interkondylære fossa og forreste skinneben ved hjælp af en rongeur.
4. Indsæt forskellige størrelser lårbensskeer for at koble den bageste lårbenskondyle, og når enden af skeen er ca. 1 mm væk fra bruskoverfladen, er størrelsen på lårbensprotesen svarende til skeen egnet.
5. Vælg en 3 mm G-klemme. Forbind G-klemmen, skinnebenssavstyret og lårbensdimensioneringsskeen sammen. Sørg for, at styreakslen er parallel med skinnebenets lange akse i både koronale og sagittale planer, og ankelåget peger mod den ipsilaterale forreste overlegne iliac rygsøjle.
6. Lav lodrette og vandrette snit på skinnebenet. Brug bajonetsaven til at skære en lodret skinnebenssav. Sørg for, at snittet kun er medialt til toppen af den mediale tibiale rygsøjle. Før saven lodret ned, indtil den hviler på savstyrets overflade.
7. Fjern underlaget fra tibial resektionsstyret, og indsæt den slidsede 0-shim. Brug den oscillerende savklinge til at skære plateauet. Fjern den slidsede shim, løft plateauet op med et bredt osteotom, og fjern det med knæet i forlængelse.
8. Lav et hul i den distale lårbenskondyle. Sørg for, at hullet er placeret 1 cm foran den forreste kant af det interkondylære hak og på linje med dets mediale væg.
9. Indsæt den intramedullære stang i hullet. Tilslut lårbensborestyret med den intramedullære stang. Udfør lårbensboring ved hjælp af lårbensboreguiden.
10. Installer den bageste resektionsguide, og indsæt den i det borede hul. Sørg for, at den oscillerende savklinge styres af undersiden af den bageste resektionsguide, og udfør den bageste lårbenskondyle osteotomi. Fjern styret og knoglefragmentet.
11. Punktafgifter den mediale meniskus. Efterlad en lille manchet af menisken for at beskytte MCL. Fjern det bageste horn helt.
12. Indsæt en 0 lårbenspigot. Fastgør den sfæriske mølle på spidsen og udfør distal lårbensfræsning.

3. Foreløbig vurdering af kløften mellem fleksionsforlængelse og forlængelse

1. Indsæt et lårbensforsøg. Vurder fleksionsforlængelsesgab ved mellemrumsmåler.
2. Brug vinkelmåleenheder til at overvåge bøjningsvinklen. Definer den passende balance mellem bøjning og forlængelsesafstand ved at indsætte mellemrumsmåleren i ledrummet med let modstand, og den opfattede spænding som næsten ens, når knæet er i flexposition ved 20° (forlængelsesgab) og 110° (fleksionsafstand). Hvis hullerne ikke er ens, skal du male lårbenet i henhold til forskelsværdien mellem bøjnings- og forlængelsesgabene, indtil de er ens.

4. Anvendelse af sensorkombination til måling af bøjnings- og forlængelsesgabstryk

1. Fjern sensorens magnetiske induktionsafbryder. Åbn trykmålingssoftwaren på tabletcomputeren, scan sensorens QR-kode, og gå ind i målegrænsefladen.
2. Klik på knappen Tilslut enhed ; Sensoren kalibreres automatisk efter vellykket tilslutning.
3. Vælg den passende tykkelse pudeblok i henhold til målerspecifikationen. Sæt sensoren på metalbasen, og monter pudeblokken på sensoren (figur 2).
4. Klik på Begynd at arbejde på tabletcomputeren. Indsæt den trådløse sensorkombination i det mediale rum, og monter metalbasen på den tibiale osteotomioverflade (figur 3).
5. Mål bøjnings- og forlængelsesgabtrykket ved 110° (figur 4A, B) og 20 ° (figur 4C, D) af knæbøjningen. Beregn gennemsnitsværdierne separat for tre på hinanden følgende målinger.

Representative Results

Denne in vitro-undersøgelse blev udført på en 60-årig kvindelig kadaver. Med lårbensprotesen i S-størrelse og 3 mm bærende målet, efter at have udført lårbensslibning og tibial osteotomi, brugte kirurgen mellemrumsmåleren til at vurdere bøjningsforlængelsesgabspændingen foreløbigt og mente, at balance var opnået.

Efter lårbensforsøget blev installeret, blev den trådløse sensor indsat i det mediale ledrum, og det intraartikulære tryk blev målt tre gange ved 110 ° (fleksionspalte) og 20 ° (forlængelsesgab) fleksion. Fleksionsforlængelsesgabtrykket var 49,9 N-44,8 N, 47,1 N-25,9 N og 42,0 N-34,2 N (tabel 1). Trykværdierne for fleksionsgabet var ret konsistente, mens trykværdierne for forlængelsesgabet var helt forskellige. Det gennemsnitlige tryk i bøjnings- og forlængelsesgabene var henholdsvis 46,3 N og 35,0 N med en gennemsnitlig forskel på 11,3 N. Postoperative røntgenbilleder viste passende protesepositionering (figur 5).

Måletider	Intraartikulært tryk (N)
	Fleksion 110° (fleksionsafstand)	Fleksion 20° (forlængerafstand)
1	49.9	44.8
2	47.1	25.9
3	42.0	34.2
Betyde	46.3	35.0

Tabel 1: Intraartikulært tryk målt af sensoren.

Figur 1: Vinkelmåleanordningerne. (A) Vinkelmåleanordningerne blev installeret 10 cm over og under midten af knæet. (B) Målesoftwaren kan vise knæbøjningsvinklen i realtid. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 2: Strukturen af kombinationen af den trådløse sensor. Den trådløse sensorkombination består af (A) en metalbase, (B) en trådløs sensor med tre tryksonder (gule pile), (C) og en pudeblok. D) Den kombination, der dannes efter indlejret samling. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 3: Anvendelse af sensorkombination. Efter osteotomi og installation af lårbensforsøget indsættes den trådløse sensorkombination i det mediale rum til måling. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 4: Trykmåleposition. (A) Fleksionsgabtrykket blev målt ved 110° knæbøjning; (B) bøjningsgabtrykket var 49,9 N. (C) Forlængergabtrykket blev målt ved 20° knæbøjning; (D) forlængelsesgabtrykket var 44,8 N. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5: Postoperativ billeddannelse. Postoperativ antero-posterior røntgenbillede viste god tibial komponent positionering og dækning. Et postoperativt lateralt røntgenbillede viste god positionering og bøjningsvinkel på lårbenskomponenten. Forkortelser: AP = antero-posterior; LT = lateral). Klik her for at se en større version af denne figur.

Discussion

Mobilbærende UKA er en effektiv behandling af anteromedial KOA. Det har fordelene ved mindre traumer, hurtig genopretning og opretholdelse af normal knæproprioception^11,12,13. Nøglen til UKA er balancen mellem fleksion og forlængelse. det vil sige at gøre fleksionsgabet og forlængelsesgabet så lige som muligt under forudsætning af at genoprette MCL-spænding¹⁴. Ubalancen kan føre til lejeforskydning, proteseslid eller progression i siderummet^15,16,17,18. Balanceteknikker er normalt relateret til kirurgens erfaring, hvilket påvirker patienttilfredshed og proteseoverlevelse.

Gap gauge er et meget brugt UKA gap balance værktøj nu. Kirurgen indsætter mellemrumsmåleren i ledrummet og føler mellemrumsspændingen for groft at afgøre, om bøjnings- og forlængelsesgabet er afbalanceret. Denne tilgang er stærkt afhængig af kirurgens fornemmelse og erfaring, så det er svært for begyndere at opnå en præcis balance, hvilket er en af grundene til UKA's stejle indlæringskurve og udviklingen af protetiske komplikationer. Desuden opfylder denne metode ikke kravene til lårbensslibning på millimeterniveau i UKA.

Derefter blev tensorer anvendt til UKA's gapbalance-vurdering¹⁹. Tensorer kan anvende en konstant distraktionskraft på fælles rum for at genoprette spændingen af MCL. Ved at måle ledrummets distraherende afstand kan den nøjagtigt måle bøjnings- og forlængelsesgabet. Men fordi tensoren kan udøve forskellige distraktionskræfter, ændres den distraherende afstand af ledrummet, når MCL ikke gendannes til normal spænding, eller MCL er overdistraheret til skade. På nuværende tidspunkt er der ikke aftalt en passende distraktionskraft, der kan matche forskellige lejetykkelser, på ^7,8,19.

Til forskel fra de to ovennævnte grove måleværktøjer er den trådløse sensor, vi brugte, indlejret med tre integrerede tryksonder, som kan vise det intraartikulære tryk under knæets fulde bevægelsesområde i realtid. Den trådløse sensor konverterer den traditionelle grove følelse af MCL-spænding til nøjagtigt intraartikulært tryk, og ved hjælp af en vinkelmåler kan kirurger nøjagtigt vurdere fleksionsforlængelsesbalancen. For kirurger, især begyndere, kan dette effektivt hjælpe med en præcis osteotomi, forkorte indlæringskurven og forbedre den kirurgiske effekt.

For at matche forskellige størrelser af lejer og lårbensproteser fås trådløse sensorer også i forskellige størrelser. Under brug er det vigtigste at vælge en passende pudeblok til sensoren i henhold til osteotomiplanen; Ellers kan det føre til slid på osteotomioverfladen og beskadige balancen mellem fleksionsforlængelse og forlængelse.

Tidligere undersøgelser har rapporteret sensorer med færre indlejrede tryksonder, hvilket resulterer i lavere nøjagtighed eller kablet transmission, der ikke opfylder de aseptiske krav under operation 20,21,22,23,24,25. Den trådløse sensor, vi brugte, tager højde for både målenøjagtighed og aseptiske krav. I denne in vitro-undersøgelse fandt vi, at selv en erfaren kirurg ikke kunne opnå fuldstændig ækvivalens mellem bøjning og forlængelseshuller. For at bestemme et rimeligt trykområde for fleksionsforlængelsesbalance kræves yderligere store prøver, multicenter in vivo-undersøgelser.

Denne trådløse sensor har dog også nogle begrænsninger. For det første kan den hyppige indsættelse af sensorkombinationen med dens metalbase bære osteotomioverfladen på tibialplateauet og forårsage osteotomifejl, hvilket er i strid med det oprindelige mål om præcis fleksionsforlængelsesbalance. For det andet er den trådløse sensor, vi brugte, en engangsenhed; Batteriet kan kun levere strøm i ca. 3 timer. I øjeblikket forbedrer vores team teknologien, så sensoren kan genbruges og opfylde kravene til trådløs opladning. Derudover designer vi også en ny pudeblok, der fuldstændigt kan simulere mobile lejer for at vise kontaktpunktets bane for tibial- og lårbensproteserne i realtid under knæbøjning og forlængelsesbevægelser.

Brugen af den trådløse sensor kan hjælpe med at kvantificere intraartikulært tryk og guide osteotomi for at opnå nøjagtig fleksionsforlængelsesbalance. Dette vil kompensere for manglen på gap balance erfaring hos begyndere og reducere UKA's indlæringsvanskeligheder. Anvendelsen af trådløse sensorer afspejler tendensen mod individualiserede og intelligente tilgange til ledkirurgi og den teknologiske innovation, der skabes af et tæt tværfagligt samarbejde.

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