Evaluación con sensores del equilibrio de la brecha en la artroplastia unicompartimental de rodilla con rodamiento móvil

Aquí, presentamos un protocolo para medir la fuerza de contacto del espacio y el equilibrio del espacio en la artroplastia unicompartimental de rodilla (UKA) con rodamiento móvil. Junto con los datos clínicos y radiográficos, esperamos determinar el rango normal de la fuerza de contacto y establecer el umbral del equilibrio de la brecha.

El procedimiento más importante de la artroplastia unicompartimental de rodilla (UKA) con soporte móvil es equilibrar la flexión de la rodilla y el espacio de extensión. Convencionalmente, el equilibrio estaba determinado por la evaluación subjetiva de taponar el indicador de sensación. Dado que dependía principalmente de la experiencia de los cirujanos, la precisión siempre estuvo en duda. En los últimos 10 años, se han introducido sensores de presión para guiar el equilibrio del espacio en la artroplastia total de rodilla (TKA). Sin embargo, la técnica del sensor se introdujo en UKA muy recientemente. A continuación se muestra nuestra evaluación sensorial del equilibrio de la brecha en 20 casos de UKA por un cirujano experimentado. El sensor era una matriz de sensor de fuerza diseñada a medida de acuerdo con la forma de la prueba tibial de UKA de rodamiento móvil. Los resultados clínicos postoperatorios y los resultados radiográficos se registraron para su posterior comparación. Nuestro objetivo es utilizar este método para evaluar más de 200 casos de UKA por parte de varios cirujanos para, en última instancia, estandarizar el resultado de equilibrio de brechas.

El UKA con rodamiento móvil es actualmente uno de los métodos de tratamiento más exitosos para la osteoartritis anteromedial (AMOA) de la rodilla¹. El equilibrio del espacio de flexión y extensión durante la operación es la clave para el éxito de una UKA ^2,3. La sobrecarga del espacio puede agravar el desgaste del rodamiento móvil. Además, la elevada fuerza de contacto del espacio podría provocar deformidad postoperatoria en valgo y degeneración del compartimento lateral⁴. Por lo tanto, lograr una estanqueidad óptima de la brecha, así como un equilibrio aceptable de la brecha en UKA, es una parte importante de la curva de aprendizaje⁵. De acuerdo con el manual^{de técnica quirúrgica} UKA 6, el cirujano debe usar el medidor de sensibilidad para insertar y taponar el espacio articular para "sentir" la fuerza de contacto. Al evaluar la fuerza requerida para insertar y retirar el inserto, el cirujano podría estimar si el equilibrio del espacio es aceptable. Por lo tanto, el juicio dependía principalmente de la experiencia del cirujano.

En los últimos años, la medición digital del equilibrio del espacio intraoperatorio entre el espacio medial y lateral ha sido ampliamente reportada en la artroplastia total de rodilla (ATR)^7,8,9. También se han formulado recomendaciones para el umbral del equilibrio de la brecha⁷. Sin embargo, la técnica del sensor se introdujo en UKA muy recientemente sin un objetivo de equilibrio de espacios bien reconocido.

El año pasado, se introdujo un sensor de fuerza especialmente diseñado para medir la fuerza de contacto del espacio de la junta durante el UKA de rodamiento móvil⁵. En el presente protocolo de investigación, se demuestra el método de medición de la fuerza del espacio guiado por sensores. Además, se incluye una serie de casos de 20 pacientes que habían realizado UKA con rodamiento móvil para evaluar la fuerza de contacto del espacio y el equilibrio del espacio. El objetivo final de este protocolo es determinar el rango normal de la fuerza de contacto y establecer el umbral de equilibrio de espacio en UKA de rodamiento móvil.

Este estudio fue aprobado por el comité de ética humana del Hospital de la Amistad China-Japón (número de aprobación 2020-50-k28).

1. Preparación y esterilización del sensor de fuerza

1. Use cinta adhesiva resistente a la abrasión para fijar el sensor de fuerza en la superficie superior de la prueba tibial antes de la esterilización.
2. Empaque y esterilice el sensor de fuerza mediante esterilización a baja temperatura con plasma de gas de peróxido de hidrógeno (Figura 1).
   NOTA: El sensor debe fijarse en la prueba tibial para evitar el efecto de la fuerza de cizallamiento.

2. Procedimiento de UKA de rodamiento móvil

1. Realizar el procedimiento de operación de UKA de rodamiento móvil de acuerdo con la instrucción quirúrgica estándar⁶ o la técnica de alineación cinemática introducida por Zhang et ^al.10.
2. Detenga el procedimiento cuando todos los cortes de hueso estén terminados y el equilibrio del espacio se confirme manualmente.

3. Instalación del sensor de fuerza

1. Instale primero el sensor de fuerza junto con el rastro tibial y luego instale el componente femoral.
2. Asegúrese de que el sensor, la línea USB y la computadora portátil estén conectados correctamente. Después de eso, inserte la galga de espesores en el espacio del componente y coloque la articulación de la rodilla en una flexión profunda de 120° como punto de inicio de la medición. (Figura 2).
   NOTA: Utilice un transportador esterilizado para asegurarse de la precisión del ángulo de flexión de la rodilla.

4. Medición y registro de datos brutos de la fuerza de contacto

1. Registre los datos brutos del valor de la fuerza utilizando un programa informático desarrollado para este sensor.
2. Primero, preste atención al lado derecho de la interfaz de operación (Figura 3) y configure la frecuencia de grabación a 10 Hz y el tiempo de grabación a 5 s. A continuación, haga clic en el botón de retroalimentación de datos cuando la rodilla se coloque en un ángulo de flexión de 120°.
3. Cuando finalice el proceso de grabación, vuelva a hacer clic en el botón Retroalimentación de datos cuando la flexión de la rodilla sea de 90°, luego de 60°, 45°, 20° y 0° (Figura 3).
   NOTA: El programa informático guarda los datos sin procesar en archivos .txt y se necesita una gestión adicional para adquirir el valor de la fuerza.

5. Gestión de datos brutos

1. Introduzca el archivo .txt en una hoja de cálculo (tabla digital) para la conversión de datos sin procesar. Calcule el valor promedio de 50 registros como la fuerza de contacto.
   NOTA: El programa también puede mostrar la distribución de la fuerza de contacto.

6. Observaciones clínicas y radiográficas

1. Registre los datos demográficos del paciente, como la edad, el sexo, el diagnóstico y la puntuación de la Sociedad Americana de la Rodilla (AKSS).
2. Tomar radiografías de la extremidad inferior anteroposterior, lateral y de cuerpo entero que soporta peso antes de la operación y dentro de 1 semana después de la operación.
3. Mida la alineación en varo/valgo de la prótesis femoral y tibial (Figura 4-1), la alineación en flexión/extensión de la prótesis femoral y la pendiente tibial posterior (Figura 4-2).
4. Mida el ángulo cadera-rodilla-tobillo en las radiografías de cuerpo entero de las extremidades inferiores tanto antes como después de la operación. Medir la continuidad de la prótesis (Figura 4-3) y el ángulo de convergencia/divergencia, es decir, el eje de la prótesis femoral con respecto a la superficie de la prótesis tibial (Figura 4-4).
5. Asegúrese de que estos datos estén integrados y puedan analizarse en el futuro.
   NOTA: El método de medición radiográfica de los ángulos ^6,11 se muestra en la Figura 4.

Datos demográficos de la cohorte
Los primeros 20 pacientes que se sometieron a UKA con soporte móvil se inscribieron en el Hospital de la Amistad China-Japón entre marzo y junio de 2021. Todas las cirugías fueron realizadas por un médico senior con más de 2,000 casos de experiencia en UKA. Los datos demográficos junto con los de prótesis se muestran en la Tabla 1. La edad osciló entre los 58 y los 82 años, y los diagnósticos fueron todos AMOA.

Resultados de las mediciones de la fuerza del espacio y del equilibrio
El patrón de fuerza del espacio se muestra en la Figura 5. La fuerza de contacto promedio de la flexión de la rodilla a 0°, 20°, 45°, 60°, 90° y 120° fue de 70,3 N, 96,9 N, 116,1 N, 95,1 N, 73,6 N y 58,3 N, respectivamente. El balance medio del espacio fue de 23,2 N calculando la fuerza de 20° (espacio de extensión) menos 90° (espacio de flexión). Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Resultados de las evaluaciones clínicas y radiográficas
En cuanto al resultado clínico, se utilizó la puntuación de la American Knee Society (AKSS), que constaba de dos partes: la puntuación objetiva (American Knee Society Objective score, AKSS-O) y la puntuación funcional (American Knee Society Functional score, AKSS-F), con una puntuación máxima de 100. Las evaluaciones se realizaron a los 6 meses y 1 año después de la cirugía. Se tomaría un seguimiento a largo plazo al final de toda la investigación, que sería en 2023, aproximadamente. En los primeros 20 casos, la media postoperatoria de AKSS-O y AKSS-F fue de 87,2 y 90,0, respectivamente. En la evaluación radiográfica se muestran en la Tabla 3 los ángulos varo y valgo de la prótesis femoral y tibial postoperatoria, los ángulos de flexión y extensión de la prótesis femoral, la pendiente tibial, el ángulo de convergencia de la prótesis y la contigüidad entre la prótesis femoral y tibial.

Figura 1: Preparación y esterilización del sensor de fuerza. (A) La apariencia del sensor de fuerza; (B) El dispositivo sensor de fuerza después de la esterilización. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Medición de la fuerza de contacto de los espacios de las juntas en el UKA de rodamiento móvil. (A) Instalación del sensor sin la galga de espesores. (B) Inserción de la galga de espesores y la medición de la fuerza de contacto. (C) El operador debe estar al menos a 2 m de distancia de la mesa quirúrgica. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: La interfaz del programa informático. La frecuencia de grabación debe establecerse en 10 Hz y el tiempo debe establecerse en 5 s. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Mediciones radiográficas (A) Ángulo a: ángulo varo/valgo femoral. Ángulo c: ángulo tibial varo/valgo. (B) Ángulo b: ángulo de flexión/extensión femoral. Ángulo d: pendiente tibial. (C) Contigüidad entre el margen lateral del componente femoral y la pared lateral del componente tibial. (D) Ángulo de convergencia/divergencia del componente femoral en relación con el componente tibial. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Fuerza de contacto vs. ángulo de flexión de la rodilla. La figura muestra el patrón de fuerza de contacto del espacio entre componentes en diferentes ángulos de flexión de la rodilla. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Datos demográficos de los pacientes incluidos y tamaño de la prótesis UKA. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Tabla 2: Resultados de las fuerzas de separación y equilibrio (en Newtons) en 20 casos de cirugías de UKA. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Tabla 3: Resultados de los resultados clínicos y mediciones radiográficas. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Este estudio proporcionó un protocolo detallado de la tecnología de sensores para evaluar la fuerza de contacto y el equilibrio del espacio articular en UKA de rodamiento móvil. Esperamos establecer un objetivo de fuerza de contacto estándar, así como una diferencia de equilibrio de espacio, lo que permitiría a los cirujanos ortopédicos determinar el grosor del rodamiento y el equilibrio del espacio más fácilmente en el futuro.

La sobrecarga del espacio articular puede llevar a la deformidad postoperatoria en valgo de la extremidad, a la futura degeneración del compartimento lateral e incluso a la progresión de la artrosis, que se consideró el motivo más frecuente de revisión de la UKA ^4,12. Sin embargo, un espacio articular demasiado flojo no pudo evitar que el rodamiento móvil se dislocara, lo que provocó complicaciones postoperatorias. El espesor del rodamiento se determinó convencionalmente por la experiencia del cirujano con la fuerza de contacto del espacio sin un^{objetivo al que} referirse 5. La tecnología de sensores tuvo mucho éxito en TKA por su uso cómodo y la lectura directa del valor de fuerza ^7,13. Se consideró que la ATR guiada por sensores tenía mejores resultados clínicos que el procedimiento convencional¹³. Además, esta técnica era muy amigable para los cirujanos menos experimentados y podía acortar la curva de aprendizaje de TKA⁸. Sin embargo, la investigación sobre el uso de técnicas de sensores en UKA aún se encontraba en la etapa inicial. Su et al. desarrollaron un modelo de prueba tibial basado en tecnología de detección de presión para medir la trayectoria del rodamiento móvil¹⁴. Jaeger et al. diseñaron un sensor con la misma forma que el medidor de sensación para medir la presión osmótica del cemento óseo¹⁵. Ettinger et al. utilizaron una matriz de sensor flexible para medir y comparar la fuerza de contacto entre el UKA del rodamiento móvil y el del rodamiento fijo, pero no informaron del valor real ni del umbral recomendado¹⁶. De hecho, todavía no había un sensor de fuerza comercializado para UKA, y este campo era muy digno de ser explorado.

Se diseñó un novedoso sensor de fuerza para UKA de rodamiento móvil de acuerdo con la forma de la prueba tibial de UKA de rodamiento móvil. El área de detección fue de 45 x 22^mm2, con un total de 197 puntos de medición de fuerza, la frecuencia máxima de recopilación de datos fue de 20 Hz y el rango fue de hasta 500 N/^cm2. La precisión y repetibilidad del sensor fueron confirmadas en una investigación publicada recientemente⁵. En este protocolo de investigación, aplicamos el mismo método de calibración para convertir los datos brutos almacenados en archivos de .txt al valor real de fuerza de contacto ^5,17, y luego restauramos los datos en una tabla digital.

Dado que el sensor se desarrolló para UKA de rodamiento móvil, la fuerza de cizallamiento fue el principal factor de riesgo de fallo en la medición. Utilizamos una cinta adhesiva resistente a la abrasión para fijar el sensor de fuerza en la superficie superior de la prueba tibial para reducir el movimiento relativo entre el sensor y la prueba. Además, la cinta tenía solo 0,1 mm de grosor; solo tenía una afectación limitada del sesgo de medición de fuerza, que podía ignorarse.

El equilibrio de espacios de UKA fue un gran desafío para los cirujanos ortopédicos. Dado que el diseño de la prótesis unicompartimental de Oxford era similar en estructura y función al de la rodilla, la técnica quirúrgica fue un factor importante en la evolución clínica ^1,11, considerándose el equilibrio entre flexión y extensión como el factor más importante ^2,18. El procedimiento estándar en la realización de la UKA fue la resección de la parte medial de la plataforma de la tibia antes de resecar el cóndilo femoral posterior para obtener el espacio de flexión. A continuación, se fresaba la superficie anterior del cóndilo medial para equilibrar el espacio de extensión. De acuerdo con el principio de UKA, no se permite la liberación de tejidos blandos para mantener el equilibrio. Por lo tanto, UKA plantea una mayor demanda de habilidades a los cirujanos. Si la experiencia quirúrgica no es suficiente, los cirujanos pueden cometer errores al estimar el equilibrio de la brecha. El novedoso sensor de fuerza UKA podría utilizarse para evaluar el equilibrio entre la brecha de flexión y extensión de la rodilla; por lo tanto, podría ayudar a los cirujanos a juzgar el equilibrio de la brecha de manera más eficiente, acortando así la curva de aprendizaje de la UKA.

Una diferencia dentro de 67 N entre el espacio articular medial y lateral se consideró equilibrada en TKA ^7,19,20. Sin embargo, no existe un umbral de equilibrio de brecha establecido en UKA. En esta etapa de investigación, el balance de brecha promedio es de 23,2 ± 26,1 N, mucho menor que el del TKA guiado por sensores. Podría haber un umbral mucho más estricto de equilibrio de brecha en UKA. De hecho, el estándar práctico debe basarse en un tamaño de muestra grande de resultados clínicos de UKA con medición de fuerza de contacto. En este protocolo de investigación, se invitó a un total de tres cirujanos senior con una carga de trabajo de más de 1.000 UKA de tres centros médicos independientes. El plan debía incluir más de 200 UKA con datos integrados de fuerza de brecha, registros clínicos y radiografías para lograr el objetivo original.

Nuestro estudio también tiene ciertas limitaciones. Primero, el sensor debe instalarse de forma independiente en el molde de prueba; Esto aumentará aproximadamente 5 minutos del tiempo quirúrgico. Para un mayor desarrollo comercial, el diseño debe integrar el sensor y el molde de prueba juntos. Otra cosa es que el estudio se encuentra solo en la etapa inicial, por lo que el tamaño de la muestra aún es limitado y se requieren más datos para establecer un criterio detallado y convincente para estimar el equilibrio de la brecha.

Dado que el programa informático y las ecuaciones de la tabla digital están protegidos por la ley de patentes, se puede contactar a los autores para obtener esta información. Los autores declaran que no tienen intereses contrapuestos.

Este trabajo contó con el apoyo de Capital Health Research and Development of Special (subvención número 2020-2-4067), Beijing Natural Science Foundation (subvención número 7202183); La Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (números de subvención 81972130, 81902203 y 82072494), y el proyecto de Profesionales Médicos de Élite del Hospital de la Amistad China-Japón (NO. ZRJY2021-GG08). Dado que el programa informático y las ecuaciones de la tabla digital están protegidos por la ley de patentes, se puede contactar a los autores para obtener esta información.