Summary
이 프로토콜은 내측 일구획 무릎 관절 성형술에 사용되는 무선 센서에 대한 사체 연구를 제시합니다. 이 프로토콜에는 각도 측정 장치 설치, 표준화된 옥스포드 단구획 슬관절 치환술 절골술, 굴곡-신전 균형의 예비 평가, 굴곡-신전 간격 압력을 측정하기 위한 센서 적용이 포함됩니다.
Abstract
일구획 무릎 관절 성형술(UKA)은 말기 전내측 골관절염(AMOA)에 효과적인 치료법입니다. UKA의 핵심은 굴곡-신전 간격 균형이며, 이는 베어링 탈구, 베어링 마모 및 관절염 진행과 같은 수술 후 합병증과 밀접한 관련이 있습니다. 전통적인 갭 밸런스 평가는 갭 게이지로 내측 측부 인대의 장력을 간접적으로 감지하여 수행됩니다. 그것은 외과 의사의 느낌과 경험에 의존하며, 이는 초보자에게는 부정확하고 어렵습니다. UKA의 굴곡-신전 갭 균형을 정확하게 평가하기 위해 금속 베이스, 압력 센서 및 쿠션 블록으로 구성된 무선 센서 조합을 개발했습니다. 절골술 후 무선 센서 조합을 삽입하면 관절 내 압력을 실시간으로 측정할 수 있습니다. 굴곡-신전 갭 밸런스 매개변수를 정확하게 정량화하여 추가 대퇴골 연삭 및 경골 절골술을 안내하여 갭 밸런스의 정확도를 향상시킵니다. 우리는 무선 센서 조합으로 체외 실험을 수행했습니다. 그 결과 숙련된 전문가가 수행한 전통적인 굴곡-신전 갭 밸런스 방법을 적용한 후 11.3N의 차이가 있는 것으로 나타났습니다.
Introduction
무릎 골관절염(KOA)은 전 세계적인 부담1이며, 현재 단계적 치료 전략이 채택되고 있다. 말기 단구획 KOA의 경우 10년 생존율이 90% 이상인 단구획 무릎 관절 성형술(UKA)이 효과적인 선택입니다2. 내측 UKA는 심하게 마모된 내측 구획만 대체하고 자연 외측 구획, 내측 측부 인대(MCL) 및 십자 인대3을 보존합니다. 경골 절골술과 대퇴골 연삭술을 통해 굴곡 갭과 신전 갭을 거의 동일하게 만들고, 보철물 및 베어링 이식 후 MCL 장력을 회복시키는 것이 원리이다4. 슬관절 전치환술에 비해 UKA는 수술적 난이도와 기술적 요구 사항이 더 큽니다. 주요 원인은 무릎의 전체 운동 범위에 걸친 인대의 적절한 균형입니다3.
전통적으로 예비 절골술 후 외과의는 관절 공간에 갭 게이지를 삽입하고 MCL의 장력을 느끼면서 굴곡 및 신전 간격이 동일한지 간접적으로 결정합니다. 그러나 균형의 정의와 감각은 숙련 된 외과 의사에게도 거의 동일하지 않습니다. 초보자에게는 균형 요구 사항을 파악하기가 더 어렵습니다. 굴곡-신전 간격의 불균형은 일련의 합병증 5,6을 유발하여 수정율을 증가시킬 수 있습니다.
기술의 발전으로 일부 연구자들은 UKA 7,8에 텐서를 적용하려고 시도했습니다. 그러나 이러한 연구는 모두 고정 베어링 UKA에 관한 것이며 텐서는 사용 시 MCL을 손상시킬 수 있습니다.
센서의 출현은 무릎 관절 간격의 압력을 표시하기위한 요구를 충족시킬뿐만 아니라 다양한 센서가 크기가 작기 때문에 MCL 손상 위험이 적습니다 9,10. 또한, 현재 사용되고 있는 센서들은 모두 유선 전송방식이며, 이는 무균 운전에 지장을 줄 우려가 있고, 사용하기에 충분히 편리하지 않다.
굴곡-신전 갭 밸런스 매개변수를 정확하게 측정하기 위해 금속 베이스, 전면, 내측 및 측면에 3개의 압력 프로브가 있는 무선 센서, 쿠션 블록으로 구성된 UKA용 무선 센서 조합을 개발했습니다. 센서 조합은 관절 공간의 압력을 실시간으로 측정하고 표시하여 외과의가 균형 목표에 도달했는지 여부를 정확하게 평가할 수 있도록 도와줍니다.
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Protocol
이 프로토콜은 Xuanwu 병원 윤리 위원회(승인 번호: 2021-224)의 승인을 받았으며 헬싱키 선언에 따라 수행되었습니다. 시체를 사용하기 위해 가장 가까운 친척으로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다.
1. 각도 측정 장치 설치
- 대퇴골 및 경골 각도 측정 장치의 스위치를 켭니다. 태블릿 컴퓨터에서 각도 측정 소프트웨어를 열고 두 측정 장치의 QR 코드를 스캔한 다음 Bluetooth 연결을 클릭합니다.
- 두 개의 각도 측정기를 수평 테이블에 놓고 보정 버튼을 클릭하여 보정 한 다음 무릎 위와 아래 10cm의 스트랩으로 묶어 무릎의 굴곡 각도를 실시간으로 측정합니다(그림 1).
2. 표준화된 옥스포드 UKA 절골술
- 시체를 앙와위 자세로 놓고 하지가 수술대 바깥쪽에 굴곡과 외전으로 드리워져 있습니다.
- 메스로 내측 슬개골 접근법으로 관절강을 엽니 다. 슬개골 내측 경계의 정점을 따라 관절선의 원위 3cm를 절단하고 경골 결절의 내측 1cm에서 말단으로 끝납니다. 절개 깊이가 관절강에 도달하는지 확인하십시오.
- rongeur를 사용하여 내측 대퇴골과, 과간 포사 및 전경골의 골극을 제거합니다.
- 다양한 크기의 대퇴골 사이징 스푼을 삽입하여 후방 대퇴골과두를 걸고, 스푼 끝이 연골 표면에서 약 1mm 떨어져 있을 때 스푼에 해당하는 대퇴 보철물의 크기가 적합합니다.
- 3mm G-클램프를 선택합니다. G-cl 연결amp, 경골 톱 가이드 및 대퇴골 크기 스푼을 함께 사용합니다. 가이드의 샤프트가 관상 및 시상면 모두에서 경골의 장축과 평행하고 발목 요크가 동측 전방 장골 척추를 향하도록 합니다.
- 경골을 수직 및 수평으로 자릅니다. 왕복 톱을 사용하여 수직 경골 톱을 절단합니다. 절단이 내측 경골 척추의 정점의 내측인지 확인하십시오. 톱이 톱 가이드의 표면에 놓일 때까지 톱을 수직으로 아래로 전진시킵니다.
- 경골 절제 가이드에서 심을 제거하고 홈이 있는 0 심을 삽입합니다. 진동 톱날을 사용하여 고원을 절제하십시오. 홈이 있는 심을 제거하고 넓은 절골술로 고원을 위로 올린 다음 무릎을 펴서 제거합니다.
- 원위 대퇴골과에 구멍을 뚫습니다. 구멍이 과간 노치의 앞쪽 가장자리에서 1cm 앞쪽에 있고 내벽과 일직선이 되도록 합니다.
- 골수 내 막대를 구멍에 삽입하십시오. 대퇴골 드릴 가이드를 골수 내 막대와 연결하십시오. 대퇴골 드릴 가이드의 도움으로 대퇴골 드릴링을 수행하십시오.
- 후방 절제 가이드를 설치하고 뚫린 구멍에 삽입하십시오. 진동 톱날이 후방 절제술 가이드의 아래쪽으로 안내되는지 확인하고 후방 대퇴골과 절골술을 수행합니다. 가이드와 뼈 조각을 제거하십시오.
- 내측 반월판을 절제하십시오. MCL을 보호하기 위해 반월판의 작은 커프를 남겨 둡니다. 후방 경적을 완전히 제거하십시오.
- 0 대퇴골 꼭지를 삽입합니다. 구형 밀을 꼭지에 부착하고 원위 대퇴골 밀링을 수행합니다.
3. 굴곡-신전 격차에 대한 예비 평가
- 대퇴골 시험을 삽입하십시오. 갭 게이지로 굴곡-신전 간격을 평가합니다.
- 각도 측정 장치를 사용하여 굴곡 각도를 모니터링합니다. 약간의 저항이 있는 관절 공간에 갭 게이지를 삽입하여 적절한 굴곡-신전 갭 균형을 정의하고 무릎이 20°(신전 간격) 및 110°(굴곡 간격)에서 구부러진 위치에 있을 때 인지된 장력을 거의 동일하게 정의합니다. 간격이 같지 않으면 굴곡 간격과 신전 간격의 차이 값에 따라 대퇴골이 같아질 때까지 갈아줍니다.
4. 굴곡 및 신전 갭 압력을 측정하기 위한 센서 조합의 적용
- 센서 자기 유도 전원 스위치를 제거합니다. 태블릿 컴퓨터에서 압력 측정 소프트웨어를 열고 센서 QR 코드를 스캔한 다음 측정 인터페이스로 들어갑니다.
- 장치 연결 버튼을 클릭합니다. 센서가 성공적으로 연결되면 자동으로 보정됩니다.
- 게이지 사양에 따라 적절한 두께의 쿠션 블록을 선택하십시오. 금속 베이스에 센서를 놓고 센서에 쿠션 블록을 설치합니다(그림 2).
- 태블릿 컴퓨터에서 작업 시작을 클릭합니다. 무선 센서 조합을 내측 구획에 삽입하고 금속 베이스를 경골 절골술 표면에 맞춥니다(그림 3).
- 무릎 굴곡의 110°(그림 4A,B) 및 20°(그림 4C, D)에서 굴곡 및 신전 간격 압력을 측정합니다. 세 번의 연속 측정에 대해 평균값을 별도로 계산합니다.
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Representative Results
이 시험관 내 연구는 60세 여성 사체에 대해 수행되었습니다. 외과의는 S 사이즈 대퇴골 보철물과 3mm 지지형으로 대퇴골 연삭술과 경골 절골술을 시행한 후 갭 게이지를 사용하여 굴곡-신전 갭 장력을 예비적으로 평가하고 균형이 달성되었다고 믿었습니다.
대퇴골 시험 설치 후 내측 관절 공간에 무선 센서를 삽입하고 굴곡 110°(굴곡 간격)와 20°(확장 간격)에서 관절 내 압력을 3회 측정하였다. 굴곡-신전 갭압은 49.9N-44.8N, 47.1N-25.9N 및 42.0N-34.2N이었다(표 1). 굴곡 갭에 대한 압력 값은 상당히 일관적이었지만 확장 갭에 대한 압력 값은 상당히 달랐습니다. 굴곡 및 신전 간격의 평균 압력은 각각 46.3N과 35.0N이었고 평균 차이는 11.3N이었습니다. 수술 후 방사선 사진은 적절한 보철물 위치를 보여주었습니다(그림 5).
| 측정 시간 | 관절 내 압력 (N) | |
| 굴곡 110°(굴곡 간격) | 굴곡 20°(신전 간격) | |
| 1 | 49.9 | 44.8 |
| 2 | 47.1 | 25.9 |
| 3 | 42.0 | 34.2 |
| 의미하다 | 46.3 | 35.0 |
표 1: 센서로 측정한 관절 내 압력.
그림 1: 각도 측정 장치. (A) 각도 측정 장치는 무릎 중앙 위와 아래 10cm에 설치되었습니다. (B) 측정 소프트웨어는 무릎 굴곡 각도를 실시간으로 표시할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 무선 센서 조합의 구조. 무선 센서 조합은 (A) 금속 베이스, (B) 3개의 압력 프로브(노란색 화살표)가 있는 무선 센서, (C) 및 쿠션 블록으로 구성됩니다. (D) 중첩 조립 후 형성된 조합. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 센서 조합의 적용. 절골술 및 대퇴골 시험 설치 후 무선 센서 조합이 측정을 위해 내측 구획에 삽입됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 압력을 측정할 위치 . (A) 굴곡 간격 압력은 무릎 굴곡의 110°에서 측정되었습니다. (B) 굴곡 갭 압력은 49.9 N이었다. (C) 확장 갭 압력은 무릎 굴곡의 20°에서 측정되었다; (D) 연장 갭 압력은 44.8N이었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 수술 후 영상. 수술 후 전후방 방사선 사진은 우수한 경골 구성 요소 위치 및 적용 범위를 보여주었습니다. 수술 후 측면 방사선 사진은 대퇴골 구성 요소의 양호한 위치와 굴곡 각도를 보여주었습니다. 약어: AP = 전후; LT = 측면). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
이동성 베어링 UKA는 전내측 KOA에 효과적인 치료법입니다. 외상이 적고 회복이 빠르며 정상적인 무릎 고유 감각을 유지하는 장점이 있습니다11,12,13. UKA의 핵심은 굴곡-신전 균형입니다. 즉, MCL 장력 회복을 전제로 굴곡 갭과 신전 갭을 가능한 한 동일하게 만드는것입니다 14. 이러한 불균형은 베어링 탈구, 보철물 마모 또는 측면 구획(15,16,17,18)에서의 진행을 초래할 수 있다. 균형 기술은 일반적으로 환자의 만족도와 보철물 생존에 영향을 미치는 외과 의사의 경험과 관련이 있습니다.
갭 게이지는 현재 널리 사용되는 UKA 갭 밸런스 도구입니다. 외과의는 갭 게이지를 관절 공간에 삽입하고 갭 장력을 느껴 굴곡 및 신전 간격이 균형을 이루는지 대략적으로 판단합니다. 이 접근법은 외과 의사의 감각과 경험에 크게 의존하기 때문에 초보자가 정확한 균형을 이루기가 어렵고, 이는 UKA의 가파른 학습 곡선과 보철 합병증의 발병 원인 중 하나입니다. 또한이 방법은 UKA의 밀리미터 수준 대퇴골 연삭 요구 사항을 충족하지 않습니다.
그 후, 텐서가 UKA의 갭 밸런스 평가19에 적용되었습니다. 텐서는 MCL의 장력을 회복하기 위해 관절 공간에 일정한 산만력을 가할 수 있습니다. 관절 공간의 산만 거리를 측정하여 굴곡 및 신전 간격을 정확하게 측정 할 수 있습니다. 그러나 텐서는 다른 산만력을 발휘할 수 있기 때문에 MCL이 정상 장력으로 회복되지 않거나 MCL이 부상으로 과도하게 산만해지면 관절 공간의 산만 거리가 변경됩니다. 현재, 상이한 베어링 두께와 일치할 수 있는 적절한 산만력은 7,8,19에 합의되지 않았다.
위의 두 가지 거친 측정 도구와 달리 우리가 사용한 무선 센서에는 3개의 통합 압력 프로브가 내장되어 있어 무릎의 전체 운동 범위 동안 관절 내 압력을 실시간으로 표시할 수 있습니다. 무선 센서는 MCL 장력의 전통적인 거친 느낌을 정확한 관절 내 압력으로 변환하고 각도 측정 장치의 도움으로 외과의는 굴곡-신전 균형을 정확하게 평가할 수 있습니다. 외과 의사, 특히 초보자의 경우 정확한 절골술을 효과적으로 지원하고 학습 곡선을 단축하며 수술 효과를 향상시킬 수 있습니다.
다양한 크기의 베어링과 대퇴골 보철물을 맞추기 위해 무선 센서도 다양한 크기로 제공됩니다. 사용 과정에서 가장 중요한 것은 절골술 계획에 따라 센서에 적합한 쿠션 블록을 선택하는 것입니다. 그렇지 않으면 절골술 표면이 마모되고 굴곡-신전 간격 균형이 손상될 수 있습니다.
이전 연구에서는 내장된 압력 프로브가 더 적은 센서로 인해 정확도가 낮아지거나 수술 중 무균 요구 사항을 충족하지 않는 유선 전송이 보고되었습니다(20,21,22,23,24,25). 우리가 사용한 무선 센서는 측정 정확도와 무균 요구 사항을 모두 고려합니다. 이 시험관 내 연구에서 우리는 숙련된 외과의조차도 굴곡 및 신전 간격의 완전한 동등성을 달성할 수 없다는 것을 발견했습니다. 굴곡-신전 균형에 대한 합리적인 압력 범위를 결정하려면 더 큰 샘플, 다기관 생체 내 연구가 필요합니다.
그러나 이 무선 센서에도 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 첫째, 금속 베이스와 센서 조합을 자주 삽입하면 경골 고원의 절골술 표면이 마모되어 절골술 오류가 발생할 수 있으며, 이는 정확한 굴곡-확장 균형의 원래 목표와 반대됩니다. 둘째, 우리가 사용한 무선 센서는 일회용 장치입니다. 배터리는 약 3시간 동안만 전원을 공급할 수 있습니다. 현재 우리 팀은 센서를 재사용하고 무선 충전 요구 사항을 충족할 수 있도록 기술을 개선하고 있습니다. 또한 무릎 굴곡 및 신전 동작 중에 경골 및 대퇴골 보철물의 접촉점 궤적을 실시간으로 표시하기 위해 모바일 베어링을 완전히 시뮬레이션할 수 있는 새로운 쿠션 블록도 설계하고 있습니다.
무선 센서를 사용하면 관절 내 압력을 정량화하고 절골술을 안내하여 정확한 굴곡-신전 균형을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이것은 초보자의 갭 밸런스 경험 부족을 보완하고 UKA의 학습 난이도를 줄여줄 것입니다. 무선 센서의 적용은 관절 수술에 대한 개별화되고 지능적인 접근 방식과 긴밀한 학제 간 협력으로 인한 기술 혁신에 대한 추세를 반영합니다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
이 작업은 Beijing Hospitals Authority Clinical Medicine Development of Special Funding Support [보조금 번호: XMLX202139]의 지원을 받았습니다. 귀중한 제안을 해주신 Diego Wang에게 감사의 말씀을 전합니다.
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 |
References
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