移动轴承单髁膝关节置换术间隙平衡的传感器评估

摘要

在这里，我们提出了一种方案来测量活动轴承单髁膝关节置换术 （UKA） 中的间隙接触力和间隙平衡。除了临床和放射学数据，我们希望确定接触力的正常范围并设置间隙平衡的阈值。

摘要

活动轴承单髁膝关节置换术 （UKA） 最重要的手术是平衡膝关节屈曲和伸展间隙。传统上，平衡是由插入感觉计的主观评估来确定的。由于这主要取决于外科医生的经验，因此准确性总是受到质疑。在过去的 10 年中，已经引入了压力传感器来指导全膝关节置换术 （TKA） 中的间隙平衡。然而，传感器技术是最近才引入 UKA 的。这是我们由一位经验丰富的外科医生对 20 例 UKA 的间隙平衡的传感器评估。该传感器是根据移动轴承 UKA 的胫骨试验形状定制设计的力传感器矩阵。记录术后临床结局和影像学结果，以备将来比较。我们的目标是使用这种方法来评估不同外科医生的 200 多例 UKA，以最终标准化间隙平衡结果。

引言

活动承载 UKA 是目前治疗膝关节前内侧骨关节炎 （AMOA） 最成功的方法之一¹。手术过程中屈伸间隙的平衡是 UKA 成功的关键 ^2,3。间隙过载可能会加剧移动轴承的磨损。此外，升高的间隙接触力可能导致术后外翻畸形和外侧隔室变^{性 4}。因此，在 UKA 中实现最佳的间隙密封性和可接受的间隙平衡是学习曲线的重要组成部分⁵。根据移动轴承 UKA 手术技术手册⁶，外科医生必须使用感觉计插入和塞出关节间隙以“感觉”接触力。通过评估插入和移除插入物所需的力，外科医生可以估计间隙平衡是否可接受。因此，判断主要取决于外科医生的经验。

近年来，在全膝关节置换术 （TKA） 中广泛报道了术中内侧和外侧间隙平衡的数字测量^7,8,9。还设定了差额余额阈值的建议⁷.然而，传感器技术是最近才引入 UKA 的，但没有一个公认的间隙平衡目标。

去年，推出了一种专门设计用于测量移动轴承 UKA 期间关节间隙接触力的力传感器⁵。在本研究方案中，展示了传感器引导的间隙力测量方法。此外，还包括 20 名接受过移动轴承 UKA 的患者的病例系列，以评估间隙接触力和间隙平衡。该协议的最终目标是确定接触力的正常范围并设置移动轴承 UKA 中的间隙平衡阈值。

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研究方案

本研究经中日友好医院人类伦理委员会批准（批准号2020-50-k28）。

1. 力传感器的准备和消毒

1. 灭菌前，使用耐磨胶带将力传感器固定在胫骨试验的上表面。
2. 使用过氧化氢气体等离子体进行低温灭菌，对力传感器进行包装和消毒（图 1）。
   注意：传感器应固定在胫骨试验上，以防止剪切力的影响。

2. 移动轴承 UKA 的程序

1. 根据标准手术指导⁶ 或 Zhang et ^al.10 引入的运动学对准技术执行移动轴承 UKA 的作程序。
2. 当所有骨切割完成后，停止程序，并手动确认间隙平衡。

3. 力传感器的安装

1. 首先将力传感器与胫骨轨迹一起安装，然后安装股骨组件。
2. 确保传感器、USB 线和笔记本电脑连接正确。之后，将塞尺插入组件间隙中，并将膝关节置于 120° 的深度弯曲处作为测量的起点。（图 2）。
   注意： 使用消毒量角器确保膝关节屈曲角度的准确性。

4. 接触力原始数据的测量和记录

1. 使用为此传感器开发的计算机程序记录力值的原始数据。
2. 首先，注意作界面的右侧（图 3），并将记录频率设置为 10 Hz，记录时间为 5 s。然后，当膝关节处于 120° 的屈曲角度时，单击 数据反馈 按钮。
3. 记录过程结束后，当膝关节屈曲为 90°，然后是 60°、45°、20° 和 0° 时，再次单击 数据反馈 按钮（图 3）。
   注意：原始数据由计算机程序保存到.txt文件中，需要进一步管理以获取力值。

5. 原始数据管理

1. 将 .txt 文件输入电子表格（数字表格）以进行原始数据转换。计算 50 条记录的平均值作为接触力。
   注意： 该程序还可以显示接触力的分布。

6. 临床和影像学观察

1. 记录患者的人口统计数据，例如年龄、性别、诊断和美国膝关节协会评分 （AKSS）。
2. 术前和术后 1 周内拍摄前后、侧位和全长负重下肢的 X 光片。
3. 测量股骨和胫骨假体的内翻/外翻对齐（图 4-1）、股骨假体的屈曲/伸展对齐和胫骨后斜率（图 4-2）。
4. 在术前和术后测量全长下肢 X 光片上的髋-膝-踝角。测量假体的连续性（图 4-3）和会聚/发散角，这意味着股骨假体相对于胫骨假体表面的轴线（图 4-4）。
5. 确保这些数据已集成，并且可以在将来进行分析。
   注：角度 ^6,11 的射线照相测量方法如图 4 所示。

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结果

同期群人口统计
2021 年 3 月至 6 月，首批接受移动承载 UKA 的患者在中日友好医院入组。手术都是由一位拥有 2,000 多例 UKA 经验的高级医生完成的。人口统计数据和假体数据如 表 1 所示。年龄从 58 岁到 82 岁不等，诊断均为 AMOA。

间隙力和平衡测量结果
间隙力的模式如图 5 所示。膝关?...

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讨论

本研究提供了传感器技术在评估移动轴承 UKA 中的关节间隙接触力和平衡的详细方案。我们希望设定一个标准接触力和间隙平衡差的目标，这将使骨科医生将来更容易确定轴承厚度和间隙平衡。

关节间隙超负荷可能导致术后肢体外翻畸形、未来外侧隔室退化，甚至 OA 进展，这被认为是 UKA 翻修的最常见原因 ^4,12<...

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材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Oxford UKA	Zimmer/Biomet		For the catalog numbers refer to Oxford Partial Knee Microplasty Instrumentation (femoral component, tibial component, meniscus bearing)
Teflon Tape	3M		Abrasion resistant adhesive tape widely used in biomechanical experiments
Verasense	OrthoSensor	Verasense	TKA sensor
Excel	Microsoft		digital table software
STERRAD 100S sterilization system	Johnson&Johnson	STERRAD 100S	Low-temperature sterilizing with hydrogen peroxide gas plasma
UKA force sensor	Qingrui Boyuan	in house	Co-designed and produced by Qingrui Boyuan Technology
Computer program for recording raw data	Qingrui Boyuan	in house	Co-designed and produced by Qingrui Boyuan Technology
Protractor	Shanghai M&G Stationery Inc.	any	Sterilized in the sterilization system
USB line	Lenovo		any
Laptop	Lenovo		any basic configuration