Method Article

Artroskopi Sırasında Yumuşak Dokuların Mekanik Özelliklerini Nicel Olarak Ölçen Bir Sondalama Cihazı

DOI:

10.3791/60722

⸱

May 1st, 2020

1Medical Engineering Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Osaka Sangyo University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Artroskopi cerrahisi sırasında probing normalde yumuşak doku durumunu değerlendirmek için yapılır, ancak bu yaklaşım her zaman öznel ve nitel olmuştur. Bu rapor, artroskopi sırasında üç eksenel kuvvet sensörü ile yumuşak dokunun direncini nicel olarak ölçebilen bir sondalama cihazını tanımlar.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Artroskopik cerrahide probing çekerek veya yumuşak doku iterek yapılır, hangi yumuşak doku durumunu anlamak için geribildirim sağlar. Ancak, çıkış sadece "cerrah ın hissi" dayalı nitel. Burada, yumuşak dokuların direncini üç eksenli kuvvet sensörü ile nicel olarak ölçerek bu sorunu gidermek için geliştirilmiş bir sondalama cihazı tanımlanmıştır. Her iki durumda da (asetabuler labrum ve kıkırdağı taklit eden bazı dokuları çekme ve itme- probing), bu sondalama cihazı artroskopi sırasında eklemlerdeki bazı mekanik özellikleri ölçmek için yararlı bulunmuştur.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sondalama işlemi, hangi çeker (veya kanca) veya metalik bir prob ile eklemlerde yumuşak dokular iter, artroskopik cerrahi sırasında yumuşak dokuların durumunu değerlendirmek için izin verir1,2. Ancak, sondalama nın değerlendirilmesi çok öznel ve niteldir (yani, cerrahın hissi).

Bu bağlamda, çekerek sırasında yumuşak doku direnci (örneğin, kalça ekleminde kapsül veya labrum, menisküs veya diz ekleminde ligament) kantitatif olarak ölçülebilir, bu cerrahlar için yumuşak doku için bir onarım gerekliliği yargılamak için yararlı olabilir ve ek cerrahi müdahale bile birincil onarım tamamlandıktan sonra gerekli olup olmadığını bir göstergesi3,4,5. Ayrıca cerrahlar için gerekli cerrahi müdahaleyi gösteren anahtar kantitatif değişkenler için kriterler belirlenmelidir. Ayrıca, ters yönde, prob itme eklem kıkırdak dokularının mekanik özelliklerini değerlendirmek için kullanılabilir. Doku mühendisliği ve rejeneratif tıp alanlarında, hasarlı, dejenere, ya da hastalıklı kıkırdak dokuların değiştirilmesi gibi, itme-probing yerinde değerlendirme kritik olabilir2,6.

Bu makalede, artroskopi sırasında yumuşak dokunun direncini nicel olarak ölçebilen üç eksenli kuvvet sensörü6 ile bir sondalama cihazı nın geliştirilmesi rapor edilebilmektedir. Bu sonlama cihazı, normal bir artroskopik probun yarım uzunlukta (200 mm) boyutuna sahip bir sonda bileşeni ve sondanın ucundaki üç eksenin sonucunu ölçmek için bir gerinim ölçer sensörünün gömülü olduğu bir kavrama bileşeninden oluşur(Şekil 1). Gerinim ölçer sensörü özellikle sondalama için yapılmış. Gerinim ölçer, sonda bileşenine bağlanan kavrama bileşeninin üst kısmında gömülüdür. Bu sonlama cihazının çözünürlüğü 0.005 N'dir. Kesinlik ve doğruluk da bilinen ağırlık (50 g) ile ticari leştirilmiş bir ağırlık ile ölçüldü. Hassasiyet 0.013 N ve doğruluğu 0.0035 N'dir.

Ayrıca, sondaçekerken veya iterken cerrahın işaret parmağı veya başparmağıyla mesafeyi kontrol etmek için kavrama bileşeninin kayan bir yönü uygulanmıştır. Direnciölçme işlemi sırasında, ölçülen değer hem sondalama cihazının çekme mesafesine hem de çekme kuvvetine bağlıdır, bu nedenle sondalama cihazının çekme mesafesi kayar yönü tarafından kontrol edilir. Sonlama cihazının kavrama bileşeninin kayar uzaklığı bu çalışmada aşağıdaki temsili olgular için 3 mm olarak belirlenmiştir.

Şekil 1'degösterildiği gibi, yumuşak dokuların direnç kuvveti böylece üç eksenli olarak ölçülebilir. İlk kuvvet sonda ekseni boyunca. İkincisi sondanın kancası yönünde prob eksenine dik, üçüncüsü ise transversal yöndedir. Kuvvetlerin ölçümü aşağıdaki genel yöntem kullanılarak yapılır: Üç eksenli kuvvet sensörü x-, y-ve z-eksenlerine karşılık gelen üç Wheatstone köprüsü içerir. Gerinim ölçerin direnç değeri uygulanan yükün büyüklüğüne göre değişir ve köprünün orta nokta gerilimi de değişerek kuvvetin elektrik sinyali olarak algılanabilmesi için değişir. Bu cihazın ölçüm aralığı sonda ekseni yönünde 50 N ve kalan iki yönde 10 N'dir.

Yazılımın x, y ve z yönündeki üç kuvveti gösterdiği bu sonda için özel yazılım geliştirilmiştir (x enine yöndür, y dikey yöndür (kancanın yönüdür) ve z prob cihazı tarafından gerçek zamanlı olarak ölçülen 50 Hz frekansı ile üç ayrı grafik olarak ölçüldü(Şekil 2). İsteğe bağlı olarak, ultrason cihazlarının intraoperatif kullanımı için normalde kullanılan ince bir elastik kapak burada su yalıtımı için kullanılabilir.

Bu sondalama cihazı böylece yumuşak dokuların belirli koşullarının değerlendirilmesi için izin verebilir. Buna ek olarak, bu sondalama cihazı eklem kıkırdak dokularının mekanik özelliklerini değerlendirmek için izin verebilir. Bu amaçla, bu sondalama cihazının ucunu yüzeye doğru kaydırırken eklem kıkırdağı yüzeyindeki reaksiyon kuvveti eklem kıkırdağının mekanik özelliği ile ilişkili olabilir.

Bu çalışmanın amacı, sondalama cihazının nasıl kullanılabileceğini tanıtmaktır. İlk bir hayalet kalça modeli ile pull-probing sırasında temsili doku olarak bir mimik asetabuler labrum ölçümleri vardır. Araştırılmış tipik bir labral onarım için üç cerrahi adımda asetabuler labrum direnci farkıdır. İkincisi, kıkırdak dokusunu itme-sondalama yoluyla temsili bir taklit etme ölçümleridir. Ayrıca araştırılmış bu sondalama cihazı ile ölçülen mimik kıkırdak dokusunun iki farklı mekanik özellikleri ile eklem kıkırdağının mekanik özelliklerini ölçmek için yeni bir yöntemi doğrulamak için klasik bir girintinasyon cihazı arasındaki bir ilişkidir.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada protokol öncelikle aşağıdaki iki açıdan oluşur: 1) çekme-probing ile asetabuler labrum direnç kuvveti ve 2) push-probing ile mimik kıkırdak örnek üzerinde reaksiyon kuvveti ölçümü.

1. Çekme-probing ile asetabuler labrum direnç kuvveti

  1. Pull-probing ile ölçümler için Hayalet hazırlık
    1. Sol pelvis ve femur kemiği, kalça büyük kasları, asetabuler labrum, kalça kapsülü ve standart bir fiksasyon cihazı üzerinde kalça eklem eklemi eklem kıkırdağı oluşur bir hayalet kalça, düzeltmek5.
    2. Femur kemiğini pelvisten biraz uzak tetkik etmek için kaçırıp içten döndürün, kalça artroskopisini taklit eden eklem boşluğu oluşturur.
  2. Artroskopi için kamera hazırlığı
    1. 4 mm 70° otomatik krozlanabilir doğrudan görünüm artroskopu hazırlayın ve taşınabilir artroskopi kamerasını bağlayın. Taşınabilir bir artroskopi kamera ışık kaynağını 70° artroskopa bağlayın. USB kablolarını artroskopi kamerasından ve ışık kaynağından bilgisayara bağlayın. Ardından, PC'deki artroskopi görünümü için gelişmiş ekran kayıt yazılımını açın.
  3. Portalların hazırlanması
    NOT: Hazırlık standart konvansiyonel kalça artroskopiyöntemi77 takip eder.
    1. Normal bir anterolateral portal yapmak için büyük trochanter ucundan kalça eklemi içine bir cannulated iğne ve kılavuz tel takın.
    2. Kılavuz telin inçizgisine bir obturator içeren 5,5 mm'lik bir kanül yerleştirin.  Daha sonra obturator'u çıkarın ve 70° artroskopu kanül boyunca taşınabilir artroskopi kamerasıyla takın ve böylece ilk portalı oluşturur.
    3. Labrum ve femoral head7 arasındaki kapsül üçgenin bu portalın görünümünde görülüp görülmediğini doğrulayın. Sonra, değiştirilmiş bir ön portal7olarak ikinci portal olun.
  4. Kapsulotomi, kalça kapsülü açma
    1. Ön portal oluşturulduğunda, anterolateral portalda artroskop koruyun. Kılavuz tel boyunca bir obturator ile 4,5 mm kanül yerleştirin, obturator çıkarın ve sonra ön portaldan artroskopik neşter takın. Ön portal etrafında bir peri-portal capsulotomi gerçekleştirin, neşter hareketli ve yanal kalça kapsülü ön portal için daha fazla alan oluşturmak için.
    2. Artroskopu ön portala yerleştirin. Anterolateral portalda kanül görene kadar artroskop kamera görünümünü döndürün. Anterolateral portaldan artroskopik neşter yerleştirin. Yaklaşık 10:00-2:00 arasında iki portal arasında bağlanan bir enine interportal capsulotomi gerçekleştirin. Daha sonra, yaklaşık 15 mm uzunluğunda, labrum bu capsulotomy 5 mm bırakın.
  5. Sonlama cihazının kurulumu
    1. Güç kaynağı ünitesi ile PC arasındaki bağlantıyı usb kablosuyla doğrulayın. Güç kaynağı ünitesini açın. Giriş'te açıklanan sondalama aygıtı için yazılımı açın.
    2. Gerinim ölçer sensörünün kalibrasyonu sırasında önceden hesaplanan matris verilerini ilk kez girdiniz. Sondanın ucuna yerleştirildiğinde ölçülen değer varsayılan ağırlık değeriyle aynı değilse yeniden kalibre edin.
    3. Ölçüm kuvveti değerini her ölçümden hemen önce sıfırlayın. Buna ek olarak, sondalama cihazının kayıt sistemine bağlı ayak anahtarının iyi çalışıp çalışmadığını onaylayın.
  6. Çekme-problama sırasında asetabuler labrum direncinin ölçümü
    1. Artroskopu anterolateral portala yerleştirin. Ön portaldan sondalama cihazını yerleştirin ve cihazın ucu asetabuler labrum'un iç tarafının altında olana kadar kalça eklemine daha da yakının.
    2. Yukarıdaki ayarı sıfırla. Sondalama cihazının ucunu eklem yönünde çekin (bu "Labrum sağlam" olarak ilk cerrahi adımdır)(Şekil 3).
    3. Sondalama cihazını ön portaldan çıkarın ve artroskopik neşteri eklemiçine takın. Daha sonra, neşter kullanarak asetabuler janttan ön-superior labrum longitudinally (10 mm) ayırın.
    4. Neşterden ön bölgedeki sondalama cihazına geçin. Labrum'un direnç kuvvetini ölçmek için labrum'un aynı konumunda sonda ekseni boyunca labrum'u bağla (bu ikinci adım olan "Labrum kesimi" olarak tanımlanır). Yine, bu ölçümden önce ayarı sıfırlamayı unutmayın.
    5. Ön portala labrum onarımı için bir çapa seti yerleştirin. Çapayı asetabular kemikli kenardaki çapa setinin ucuna yerleştirin. Çapa setini çıkardıktan sonra dikiş aletini ön portala takın. Asetabuler kenardalabrum sıkın. İkinci dikiş yapmak için bu onarım işlemini bir kez daha tekrarlayın.
    6. Labrum'un direnç kuvvetini, labrum'u sondalama ekseni boyunca tekrar bağlayarak ölçün (bu üçüncü adım olarak"Labrum onarımı"). Her cerrahi adımı kaydederken ayak pedalına basmayı unutmayın.

2. İtme-problama ile kıkırdak örneklerini taklit etmek için reaksiyon kuvvetinin ölçülmesi

NOT: İkinci çalışmada, her bir mimik kıkırdak yüzeyinde dikey bir direnç kuvveti ölçüldü(Şekil 4A)yatay çizgiye 30° eğimle kıkırdak yüzeyinde itme-probing ile ve eklem kıkırdağının mekanik özelliklerinin bir unsuru olarak tanımlandı.

  1. Push-probing ile ölçümler için numunelerin hazırlanması.
    1. Kıkırdak örneklerini hazırlayın. Mevcut çalışmada, poli-vinil alkol hidrojeller8yapılan mimik kıkırdak örnekleri, beş çeşit kullanılmıştır.
    2. Verilen numunelerin toplu boyutundaki numuneleri mimik kıkırdak plakası olarak 15 mm x 20 mm x 3 mm'ye yeniden şekillendirin. Her örneği, itme-sondalama tarafına doğru küçük bir stoper olan bir taban plakası üzerine yerleştirin.
  2. İtme-problama ile kıkırdak direncinin ölçülmesi
    1. Yatay çizgiye 30° eğim sağlarken, cihazın ucunun neredeyse mimik kıkırdak numunesinin yüzeyine dokunduğu sondalama cihazının konumunu ve yönünü tutun ve düzeltin.
    2. Ayarı zeroing sonra, itme ve mimik kıkırdak örneği üzerinde sondalama cihazının ucunu çekin üç kez ayak pedalına basarak.
    3. Her plakayı koyduktan sonra beş örnek için bu ölçüm adımını tekrarlayın.
  3. Klasik bir girintinasyon cihazı ile kıkırdak direncinin ölçülmesi
    1. Klasik bir girinti cihazı(Şekil 4B)kullanarak her numunenin geleneksel elastik modülünü ve sertliğini ölçün.
      NOT: Mevcut çalışmada mimik kıkırdak örneğinin elastik modülünü ölçmek için klasik girinti testi için özelleştirilmiş cihaz, 1 mm çapında ucu olan küresel bir indenter ve elektromekanik aktüatöre (çözünürlük, 5 μm) sahipti. Aktüatör, indenter ve yük hücresi, geleneksel tek eksenli girinti sistemi olarak işlev görmek üzere 3D yazıcıdaki(Şekil 4B)PLA filamentleri tarafından özel 3D baskılı braketler kullanılarak monte edilmiştir. Her örnek girinti cihazının taban plakası üzerine yerleştirildi. Örneğin orta noktası indenter ucu ile hizalanmış. Indenter ucu, 0,02 N'lik bir ön yük kullanılarak numuneyle ilk temas almıştır. Indenter ucu daha sonra kıkırdak yüzeyine 150 μm sıkıştırıldı. Kuvvet ve yer değiştirme girinti sırasında kaydedildi. Girinti kuvvet-yer değiştirme eğrisinin doğrusal kısmı, numunenin kalınlığı kullanılarak Hayes ve ark.24 tarafından bildirilen sertlik ve elastik modülü hesaplamak için kullanılmıştır. Bu cihaz tarafından veri doğrulamak değildi, ancak bu cihaz tarafından kıkırdak örneklerinin mekanik değerleri daha önce doğrulandı; elastik modül 0.46 MPa (0.27 MPa standart sapma (SD)), birkaç önceki literatür çalışmalarında bulunan tutarlı oldu11,16,19.
    2. Klasik girinti cihazı ile dikey reaksiyon kuvvetinin maksimum değeri ile itme-sondalama ile elastik modül arasındaki katsayı değerini hesaplayın.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Çekme probbing için üç cerrahi basamakta asetabuler labrumun direnç kuvveti
Bu sondalama cihazının her adımda kaydettiği ölçümler üç kez tekrarlandı. Sonuçlar, üç adım için asetabuler labrum için y ve z'nin en yüksek ortalama sonucu nun sağlam labrum'da 4,4 N (0,2 N SD), kesilen labrumda 1,6 N (0,1 N SD) ve tamir edilen labrumda 4,6 N (0,7 N SD) olduğunu göstermektedir (Şekil 5). Enine kuvvet, bozulmamış labrum'da sondalama sırasında ortaya çıkan en yüksek kuvvetin sadece %2.8'iydi.

İtme-sondalama ve klasik girintinasyon cihazı ile sondalama cihazı tarafından farklı ölçeklenmiş iki mekanik özellik arasındaki ilişki
Sonuçlar elde edilen iki mekanik özellik arasında anlamlı pozitif bir ilişki göstermektedir: probing sensörü vs elastik modül, r = 0.965 ve p = 0.0044 (Şekil 6); probsensör vs sertlik, r = 0.975 ve p = 0.0021).

figure-results-1
Şekil 1: Mevcut çalışmada kullanılan sondalama cihazı (A) Sonda lama cihazı, sondanın ucundaki kuvvetleri üç eksenli olarak ölçebilen gömülü bir gerinim ölçer sensörüne sahip bir kavrama bileşeni nden oluşur (biri sonda ekseni boyunca, noktalı sarı ok; diğer iki tanesi sonda eksenine dik, noktalı beyaz oklar) (B) Kavrama bileşeni kayan bir parçaya sahip olduğundan, sonda bileşeni ve kayan yönü işaret parmağı, sağlam ok ile kavramaya taşınabilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: Sonlama cihazı için yazılımın görünümü. Bu görünüm, sondalama sırasında yumuşak dokuların direnç kuvvetinin gerçek zamanlı üç eksenli ölçülen değerlerini gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Asetabuler labrumun pull-probbingsırasında artroskopi monitörünün temsili operasyonel görünümü. Bu görünüm tipik bir anterolateral portaldan. Sondalama aygıtı değiştirilmiş bir ön yaklaşımdan eklenir. Çekme-sondalama sonda (noktalı ok) ekseni boyunca gerçekleştirilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: Mimik eklem kıkırdağı dokusunun mekanik özellikleri için iki farklı ölçek testi (A) Bu iki mekanik özellik testi arasındaki uyumu anlamak için sonda(B) Klasik girintinasyon testi (kıkırdak yüzeyine dikey olarak sıkıştırılır) kaydırılırken kıkırdak yüzeyine dik tepkime kuvvetinin ölçülmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-5
Şekil 5: Asetabuler labrumun çekme-sondalama ile direnç kuvvetleri. Üç cerrahi adım için çekme-probing ile asetabuler labrum direnç kuvvetleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-6
Şekil 6: Klasik girinti testi ile kıkırdak yüzeyindeki dikey reaksiyon kuvveti ile itme-sondalama ve elastik modül arasındaki ilişki. İtme-sondalama ile kıkırdak yüzeyindeki dikey reaksiyon kuvveti, klasik girinti testi ile elastik modül ile güçlü pozitif korelasyona (r = 0.965, p = 0.0044) sahipti. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, sondalama cihazının artroskopik sondalama sırasında eklemdeki yumuşak dokuların direncini üç eksenli olarak ölçebildiğini göstermektedir. Özellikle, aşağıdaki iki şey araştırıldı: 1) tipik bir labral onarım üç cerrahi adımda pull-probing ile asetabuler labrum direnç kuvveti farkı ve 2) push-çekme ile mimik kıkırdak dokusunun iki farklı mekanik özellikleri arasındaki ilişki.

Bu çalışmaya göre, bu cihaz la çekme-sondalama tarafından nicel ölçülen değerler eklem yumuşak doku durumunu değerlendirmek için yararlı olabilir. Labrum kesildiğinde asetabuler labrum'un en yüksek direnç seviyeleri azaldı. Ayrıca, labrum onarıldığında yüksek direnç seviyeleri kurtarıldı. Bu nedenle, sondalama kuvveti cerrahi müdahalenin yeterli olup olmadığını değerlendirmek için de yararlı olabilir. Ayrıca, bu pull-probing diğer yumuşak dokuların değerlendirilmesi için de kullanılabilir, istikrarsızlık için anterior ve posterior çapraz ligamentler gibi, diz ameliyatlarında valgus veya varus dengesi için medial ve lateral kollateral ligamentler, omuz ameliyatlarında labrum ve rotator manşet, yanı sıra diğer artroskopik ameliyatlar için.

Benzer sonuçlar daha önce benzer bir sondalama cihazı ile 10 taze kadavra kalça örnekleri kullanılarak bildirilmiştir3. Labrum'un en yüksek direnç düzeyleri labrum kesildiğinde önemli ölçüde azalmıştır (sağlam labrum, 8.2 N; cut labrum, 4.0 N). Ayrıca labrum'un yüksek direnç seviyesi labrum onarıldığında önemli ölçüde kurtarıldı (kesik, 4.0 N; onarılmış, 7.8N). Ayrıca, kesilen labrum (3.0-5.0 N) direnç düzeyi istatistiksel olarak bozulmamış (6.5-9.9 N) ve onarılmış labrum (6.7-9.1 N) ile %95 güvenle ayrılmıştır. Bu nedenle labrumdaki lezyonların saptanması için bir eşik belirlenebilir, bu da labrumun en yüksek direnç seviyesine sahip yaklaşık 5 N (kadavrada 4-6 N) dir. Mevcut çalışmaya göre, hayalet kalça böyle bir eşik 2-3 N civarında olabilir.

Mevcut çalışmada bir diğer ilginç bulgu itme-sondalama cihazı ile mimik kıkırdak yüzeyindeki reaksiyon kuvveti ile klasik girinti cihazının elastik modülleri arasındaki anlamlı olumlu ilişkidir. Şekil 4'te gösterildiği gibi itme-sondalama yapıldığında ve sondanın ucu yüzeyde hareket ettiğinde, bir reaksiyon kuvveti oluşur. Sonuç olarak, sondanın ucu reaksiyon kuvveti tarafından yukarı itilir. Bu, sonda ekseninin dik kuvveti olarak ölçülür. Bu durumda, mimik kıkırdak dokusunun mekanik özelliği küçükse (yani yumuşak), kıkırdak yüzeyine itme-sondalama kuvveti kısmen absorbe edilebilir. Daha sonra, sondanın ucuna yüzeydeki reaksiyon kuvveti sert kıkırdak dokusuüzerinde itme-probing durumunda ile karşılaştırıldığında zayıflamış olmalıdır. Sonuç olarak, sonda ekseninin dik kuvveti azalır. Bu nedenle, mimik kıkırdak yüzeyine sondalama ekseninin açısı yeni teknoloji ile kontrol edilebiliyorsa, giyilebilir jiro sensör9,10gibi, kıkırdak dokusunun yerinde mekanik özellikleri değerlendirilebilir.

Çeşitli araştırma grupları artroskopi sırasında artiküler kıkırdağın kalitesini nicel olarak değerlendirmek için cihazlar geliştirmeye çalıştık11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 çeşitli yöntemler kullanarak, ultrason biyo-mikroskopi gibi11, artroskopik ultrason görüntüleme12, optik yansıma spektroskopi13 , darbeli lazer ışınlama14, yakın kızılötesi spektroskopi15, ve ultrason tabanlı 16 , mekanik131616,17,18,19,20,21, ve elektromekanik girintisi cihazları22. Girintisi olanlar hariç cihazların çoğu11,12,13,14,15 kıkırdak tabakasının kalınlığını ölçebilirsiniz; ancak, ilgili mekanik özellik değerlerini ölçemezler. Ultrason ve mekanik tabanlı girintinasyon cihazları16,17,18 eklem kıkırdağının bazı mekanik özelliklerini ölçebilse de, cihazın ucunun yüzeyine, geleneksel sıkıştırma testi yöntemleri nin takip ettiği eklem kıkırdağı yüzeyine dikey olarak dokunulmalıdır. Son zamanlarda geliştirilen kalan elektromekanik girinti cihazı22,23 cihazın ucunda küresel bir şekle sahiptir; burada, artroskopi sırasında kıkırdak yüzeyine ucun nasıl dokunulabileceğini belirlemek zor olabilir, çünkü nispeten daha büyük boyutu, ölçüm noktasını ucun kendisi tarafından gizleyen boyuttadır. Ayrıca, kantitatif değer (QP22olarak adlandırılır,23) ardışık değildir ve daha ziyade bir hasar puanı (kıkırdak değerlendirmesi için 4 ila 20) gibi görünüyor. Örneğin, 4 QP değeri 2 QP değerinin iki katı değerinde değildir.

Önemli bir nokta, cihazın klasik sonda nın şekline mümkün olduğunca yapışmasidır. Ayrıca, ardışık olarak nicel olduğu için sondalama cihazı için konvansiyonel ve bilinen parametre birimi (yani newton) kısmen uygulanır. Bu bağlamda, burada açıklanan sondalama cihazı "cerrahın hissine" dayalı konvansiyonel sondalama koşullarını yeniden üretebilir. Bu nedenle, bu sondalama cihazı artroskopi sırasında eklemlerde bazı mekanik özellikleri ölçmek için yararlı olduğu gösterilmiştir.

Sonuç olarak, burada açıklanan sondalama cihazı, hem çekme hem de itme-sondalama yoluyla üç eksenli kuvvet sensörü ile yumuşak dokuların direncini nicel olarak ölçebilen, geleneksel sondalamanın mevcut nitel değerlendirmesinin bir iyileştirilmesi olan eklem yumuşak dokularının kapsamlı lezyonlarını veya koşullarını nicel olarak değerlendirmek için yararlı olabilir.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarın açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma kısmen JSPS KAKENHI hibe JP19K09658 ve JP18KK0104 ve Araştırma ve Endoskopi (JFE) hibe için Bir Japon Vakfı tarafından desteklenmiştir. Yazar Profesör Darryl D. D.Lima ve Profesyonel Bilimsel İşbirlikçi Erik W. Dorthe Shiley Merkezi Ortopedik Araştırma ve Eğitim Scripps Kliniği'nde izin için kurumda klasik girinti testi için özelleştirilmiş cihaz çoğaltmak için teşekkür etmek istiyorum, ve işbirliği çalışmaları ile yazar desteklemek için.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
4.5 mm ARTHROGARDE Kalça Erişim Kanülü YEŞİLSmith& Yeğeni72201741Artroskopi kanülü
70° Otoklavlanabilir, Doğrudan GörünümlüSmith& Yeğeni7220208870 derece artroskop
BandicamBandicam Companygelişmiş bir ekran kayıt yazılımı
da Vinci 2.0 A DuoXYZ baskı Japonya3D yazıcı
Tek kullanımlık Hip PacSmith & Yeğeni72098743 kılavuz tel ve 2 artroskopi iğnesi seti
Kalça fantomSawbones ABD, Bir Pasifik Araştırma ŞirketiSKU:1516-23Kalça artroskopisi için hayalet model
LabviewNational InstrumentsDonanıma hızlı erişim ile test, ölçüm ve kontrol gerektiren uygulamalar için sistem mühendisliği yazılımı
LAC-1SMACElektromekanik aktüatör
LSB200FutekFSH00092A yük hücresi
NanopassStrykerCAT02298Labrum onarımı için bir dikiş aleti
Osteoraptor 2.3 Sütür AnkrajSmith & Yeğeni72201991Labrum onarımı için ankraj seti
Prob sensörü için PC yazılımıMoosoftPC yazılımı Problama sensörü için
Poli-vinil alkol hidrojellerSunarrow LimitedPoli-vinil alkol hidrojeller
taşınabilir artroskopi kamerasıSawbones USA, Bir Pasifik Araştırma ŞirketiSKU:5701Taşınabilir artroskopi kamerası
Problama sensörüTakumi Hassas Metal İşi İmalat Ltdeklemdeki yumuşak dokuya karşı direnç kuvvetini ölçmek için sondalama
cihazı Standart sabitleme cihazıSawbones USA, A Pacific Research CompanySKU:1703-19Kalça fantomu için sabitleme cihazı
Gerinim ölçer sensörüNippon Liniax Co.,LTDMFS20-100Sensör üç Wheatstone köprüsü ile çalışır
Ultra Sert C2 Tungsten Karbür Bilye, 1 mm ÇapMcMaster-Carr9686K81Ultra Sert C2 Tungsten Karbür Bilye, 1 mm Çap
. Artroskopik neşter CAT00227 Samuray Bıçağı Stryker sırasında

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Probing DeviceSoft TissueArthroscopyForce SensorMechanical PropertiesAcetabular LabrumCartilageQuantitative MeasurementJoint SpacePeriportal Capsulotomy

Related Articles