Évaluation par capteur de l’équilibre de l’écart dans l’arthroplastie du genou unicompartimentale à port mobile

Ici, nous présentons un protocole pour mesurer la force de contact de l’espace et l’équilibre de l’espace dans l’arthroplastie du genou unicompartimentale à port mobile (UKA). En plus des données cliniques et radiographiques, nous espérons déterminer la plage normale de la force de contact et établir le seuil de l’équilibre de l’écart.

La procédure la plus importante de l’arthroplastie unicompartimentale du genou (UKA) consiste à équilibrer la flexion et l’extension du genou. Traditionnellement, l’équilibre était déterminé par l’évaluation subjective du débranchement de la jauge de sensation. Comme cela dépendait principalement de l’expérience des chirurgiens, la précision était toujours mise en doute. Au cours des 10 dernières années, des capteurs de pression ont été introduits pour guider l’équilibre de l’écart dans l’arthroplastie totale du genou (ATG). Cependant, la technique des capteurs a été introduite très récemment dans l’UKA. Voici notre évaluation par capteur de l’équilibre dans 20 cas UKA par un chirurgien expérimenté. Il s’agissait d’une matrice de capteur de force conçue sur mesure selon la forme de l’essai tibial de l’UKA mobile. Les résultats cliniques postopératoires et les résultats radiographiques ont été enregistrés à des fins de comparaison future. Notre objectif est d’utiliser cette méthode pour évaluer plus de 200 cas d’UKA par divers chirurgiens afin de normaliser le résultat de l’équilibre des écarts.

L’UKA mobile est actuellement l’une des méthodes de traitement les plus efficaces de l’arthrose antéromédiale (AMOA) du genou¹. L’équilibre entre l’écart de flexion et d’extension pendant l’opération est la clé du succès d’un UKA ^2,3. La surcharge de l’écart peut aggraver l’usure du roulement mobile. De plus, la force de contact élevée de l’espace peut entraîner une déformation postopératoire du valgus et une dégénérescence du compartiment latéral⁴. Par conséquent, l’obtention d’une étanchéité optimale de l’écart ainsi que d’un équilibre acceptable dans l’UKA est une partie importante de la courbe d’apprentissage⁵. Selon le manuel de technique chirurgicale⁶ de l’UKA, le chirurgien doit utiliser la jauge de sensibilité pour insérer et boucher l’espace articulaire afin de « sentir » la force de contact. En évaluant la force nécessaire pour insérer et retirer l’insert, le chirurgien a pu estimer si l’équilibre de l’espace est acceptable. Par conséquent, le jugement dépendait principalement de l’expérience du chirurgien.

Au cours des dernières années, la mesure numérique de l’équilibre de l’espace peropératoire entre l’espace médial et latéral a été largement rapportée dans l’arthroplastie totale du genou (ATG)^7,8,9. Des recommandations concernant le seuil du solde de l’écart avaient également été formulées⁷. Cependant, la technique des capteurs a été introduite très récemment dans l’UKA sans objectif d’équilibrage des écarts bien reconnu.

L’année dernière, un capteur de force spécialement conçu pour mesurer la force de contact de l’écart entre les articulations lors de l’UKA à roulement mobile a été introduit⁵. Dans le présent protocole de recherche, la méthode de mesure de la force d’écart guidée par capteur est démontrée. De plus, une série de cas de 20 patients ayant entrepris une UKA mobile est incluse pour évaluer la force de contact et l’équilibre de l’écart. L’objectif final de ce protocole est de déterminer la plage normale de la force de contact et d’établir le seuil d’équilibre de l’écart dans l’UKA mobile.

Cette étude a été approuvée par le comité d’éthique humaine de l’Hôpital de l’amitié sino-japonaise (numéro d’approbation 2020-50-k28).

1. Préparation et stérilisation du capteur de force

1. Utilisez un ruban adhésif résistant à l’abrasion pour fixer le capteur de force sur la surface supérieure de l’essai tibial avant la stérilisation.
2. Emballez et stérilisez le capteur de force à l’aide d’une stérilisation à basse température avec du plasma de peroxyde d’hydrogène (Figure 1).
   REMARQUE : Le capteur doit être fixé sur l’essai tibial pour éviter l’effet de la force de cisaillement.

2. Procédure d’UKA à roulement mobile

1. Effectuer la procédure opératoire de l’UKA à roulement mobile conformément à l’instruction chirurgicale standard⁶ ou à la technique d’alignement cinématique introduite par Zhang et ^al.10.
2. Arrêtez la procédure lorsque toutes les coupes osseuses sont terminées et que l’équilibre de l’espace est confirmé manuellement.

3. Installation du capteur de force

1. Installez d’abord le capteur de force avec la traînée tibiale, puis installez le composant fémoral.
2. Assurez-vous que le capteur, la ligne USB et l’ordinateur portable sont correctement connectés. Après cela, insérez la jauge d’épaisseur dans l’espace entre les composants et placez l’articulation du genou à une flexion profonde de 120° comme point de départ de la mesure. (Figure 2).
   REMARQUE : Utilisez un rapporteur stérilisé pour vous assurer de la précision de l’angle de flexion du genou.

4. Mesure et enregistrement des données brutes de la force de contact

1. Enregistrez les données brutes de la valeur de la force à l’aide d’un programme informatique développé pour ce capteur.
2. Tout d’abord, faites attention au côté droit de l’interface de fonctionnement (Figure 3) et réglez la fréquence d’enregistrement à 10 Hz et la durée d’enregistrement à 5 s. Ensuite, cliquez sur le bouton Retour d’information lorsque le genou est placé à l’angle de flexion de 120°.
3. Une fois le processus d’enregistrement terminé, cliquez à nouveau sur le bouton Data Feedback lorsque la flexion du genou est de 90°, puis de 60°, 45°, 20° et 0° (Figure 3).
   REMARQUE : Les données brutes sont enregistrées dans .txt fichiers par le programme informatique, et une gestion supplémentaire est nécessaire pour acquérir la valeur de force.

5. Gestion des données brutes

1. Saisissez le fichier .txt dans une feuille de calcul (table numérique) pour la conversion des données brutes. Calculez la valeur moyenne de 50 enregistrements comme force de contact.
   REMARQUE : Le programme peut également afficher la distribution de la force de contact.

6. Observations cliniques et radiographiques

1. Enregistrez les données démographiques du patient telles que l’âge, le sexe, le diagnostic et le score de l’American Knee Society (AKSS).
2. Prenez des radiographies des membres inférieurs antéropostérieurs, latéraux et porteurs de poids sur toute la longueur avant l’opération et dans la semaine suivant l’opération.
3. Mesurez l’alignement varus/valgus des prothèses fémorale et tibiale (Figure 4-1), l’alignement flexion/extension de la prothèse fémorale et la pente tibiale postérieure (Figure 4-2).
4. Mesurez l’angle hanche-genou-cheville sur les radiographies complètes des membres inférieurs avant et après l’opération. Mesurer la continuité de la prothèse (Figure 4-3) et l’angle de convergence/divergence, qui implique l’axe de la prothèse fémorale par rapport à la surface de la prothèse tibiale (Figure 4-4).
5. Assurez-vous que ces données sont intégrées et peuvent être analysées à l’avenir.
   REMARQUE : La méthode de mesure radiographique des angles ^6,11 est illustrée à la figure 4.

Données démographiques de la cohorte
Les 20 premiers patients qui ont entrepris l’UKA avec mobile ont été recrutés à l’hôpital de l’amitié sino-japonaise de mars à juin 2021. Les opérations ont toutes été effectuées par un médecin senior ayant plus de 2 000 cas d’expérience UKA. Les données démographiques ainsi que les données sur les prothèses sont présentées dans le tableau 1. L’âge variait de 58 à 82 ans, et les diagnostics étaient tous AMOA.

Résultats des mesures de force d’écart et d’équilibre
Le modèle de la force d’écart est illustré à la figure 5. La force de contact moyenne de flexion du genou à 0°, 20°, 45°, 60°, 90° et 120° était de 70,3 N, 96,9 N, 116,1 N, 95,1 N, 73,6 N et 58,3 N, respectivement. L’équilibre moyen de l’écart était de 23,2 N en calculant la force de 20° (écart d’extension) moins 90° (écart de flexion). Les résultats sont présentés dans le tableau 2.

Résultats des évaluations cliniques et radiographiques
En ce qui concerne le résultat clinique, le score de l’American Knee Society (AKSS) a été utilisé, qui comprenait deux parties : le score objectif (le score objectif de l’American Knee Society, AKSS-O) et le score fonctionnel (le score fonctionnel de l’American Knee Society, AKSS-F), avec un score maximum de 100. Les évaluations ont été effectuées à 6 mois et 1 an après l’opération. Un suivi à long terme serait effectué à la fin de l’ensemble de la recherche, soit en 2023, environ. Dans les 20 premiers cas, les moyennes postopératoires AKSS-O et AKSS-F étaient respectivement de 87,2 et 90,0. Dans l’évaluation radiographique, les angles de varus et de valgus des prothèses fémorales et tibiales postopératoires, les angles de flexion et d’extension de la prothèse fémorale, la pente tibiale, l’angle de convergence de la prothèse et la contiguïté entre la prothèse fémorale et tibiale sont indiqués dans le tableau 3.

Figure 1 : Préparation et stérilisation du capteur de force. (A) L’apparence du capteur de force ; (B) Le dispositif de capteur de force après la stérilisation. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Mesure de la force de contact des interstices de joint dans les roulements mobiles UKA. (A) Installation du capteur sans jauge d’épaisseur. (B) Insertion de la jauge d’épaisseur et mesure de la force de contact. (C) L’opérateur doit être à au moins 2 m de la table d’opération. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : L’interface du programme informatique. La fréquence d’enregistrement doit être réglée à 10 Hz et le temps doit être réglé à 5 s. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Mesures radiographiques (A) Angle a : angle varus/valgus fémoral. Angle c : angle tibial varus/valgus. (B) Angle b : angle de flexion/extension fémorale. Angle d : pente tibiale. (C) Coniguïté entre le bord latéral du composant fémoral et la paroi latérale du composant tibial. (D) Angle de convergence/divergence de la composante fémorale par rapport à la composante tibiale. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Force de contact en fonction de l’angle de flexion du genou. La figure montre le modèle de force de contact de l’écart entre les composants à différents angles de flexion du genou. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tableau 1 : Les données démographiques des patients inclus et la taille de la prothèse UKA. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 2 : Résultats des forces d’écart et de l’équilibre (en Newtons) dans 20 cas de chirurgies UKA. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 3 : Résultats des résultats cliniques et des mesures radiographiques. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Cette étude a fourni un protocole détaillé de la technologie des capteurs pour évaluer l’écartement des joints, la force de contact et l’équilibre dans l’UKA à roulement mobile. Nous espérons établir un objectif de force de contact standard ainsi que de différence d’équilibrage des écarts, ce qui permettrait aux chirurgiens orthopédistes de déterminer plus facilement l’épaisseur du roulement et l’équilibrage des écarts à l’avenir.

La surcharge de l’espace articulaire peut entraîner une déformation postopératoire du membre en valgus, une dégénérescence future du compartiment latéral et même une progression de l’arthrose, qui était considérée comme la raison la plus fréquente de révision de l’UKA ^4,12. Cependant, un espace articulaire trop lâche n’a pas pu empêcher le roulement mobile de se disloquer, ce qui a entraîné des complications postopératoires. L’épaisseur du roulement a été conventionnellement déterminée par l’expérience du chirurgien en matière de force de contact d’espace sans objectif objectif à référence à⁵. La technologie des capteurs a connu un grand succès dans le TKA pour son utilisation pratique et la lecture directe de la valeur de force ^7,13. L’ATG guidée par capteur a été considérée comme ayant de meilleurs résultats cliniques que la procédure conventionnelle¹³. De plus, cette technique était très favorable aux chirurgiens moins expérimentés et pouvait raccourcir la courbe d’apprentissage du TKA⁸. Cependant, la recherche sur l’utilisation des techniques de capteurs dans l’UKA en était encore à ses débuts. Su et al. ont développé un modèle d’essai tibial basé sur la technologie de détection de pression pour mesurer la trajectoire du roulement mobile¹⁴. Jaeger et al. ont conçu un capteur de la même forme que la jauge de sensation pour mesurer la pression osmotique du ciment osseux¹⁵. Ettinger et al. ont utilisé une matrice de capteurs flexible pour mesurer et comparer la force de contact de l’écart entre l’UKA à roulement mobile et le UKA à roulement fixe, mais n’ont pas rapporté la valeur réelle ni le seuil recommandé¹⁶. En fait, il n’y avait toujours pas de capteur de force commercialisé pour l’UKA, et ce domaine méritait vraiment d’être exploré.

Un nouveau capteur de force pour l’UKA à roulement mobile a été conçu selon la forme de l’essai tibial de l’UKA à roulement mobile. La zone de détection était de 45 x 22 mm², avec un total de 197 points de mesure de force, la fréquence maximale de collecte de données était de 20 Hz et la portée était de 500 N/cm². La précision et la répétabilité du capteur ont été confirmées dans une recherche récemment publiée⁵. Dans ce protocole de recherche, nous avons appliqué la même méthode de calibrage pour convertir les données brutes stockées dans les fichiers .txt en valeur de force de contact réelle ^5,17, puis nous avons restauré les données dans une table numérique.

Étant donné que le capteur a été développé pour les UKA à roulement mobile, la force de cisaillement était le principal facteur de risque de défaillance dans la mesure. Nous utilisons un ruban adhésif résistant à l’abrasion pour fixer le capteur de force sur la surface supérieure de l’essai tibial afin de réduire le mouvement relatif entre le capteur et l’essai. De plus, le ruban n’avait que 0,1 mm d’épaisseur ; Il n’avait qu’une affection limitée pour le biais de mesure de la force, qui pouvait être ignoré.

L’équilibrage des écarts de l’UKA était un grand défi pour les chirurgiens orthopédistes. Comme la conception de la prothèse unicompartimentale d’Oxford était similaire en structure et en fonction à celle du genou, la technique chirurgicale a été un facteur important affectant le résultat clinique ^1,11, l’équilibre entre l’écart de flexion et d’extension étant considéré comme le facteur le plus important ^2,18. La procédure standard pour la réalisation de l’UKA consistait à réséquer la partie médiale de la plate-forme tibiale avant de réséquer le condyle fémoral postérieur pour obtenir l’écart de flexion. La surface antérieure du condyle médial a ensuite été fraisée pour équilibrer l’espace d’extension. Selon le principe de l’UKA, aucune libération de tissus mous n’est autorisée pour l’équilibre. Par conséquent, UKA pose une demande plus élevée de compétences aux chirurgiens. Si l’expérience chirurgicale n’est pas suffisante, les chirurgiens peuvent faire des erreurs dans l’estimation de l’équilibre des écarts. Le nouveau capteur de force UKA pourrait être utilisé pour évaluer l’équilibre de l’écart entre la flexion et l’extension du genou ; par conséquent, cela pourrait aider les chirurgiens à juger plus efficacement de l’équilibre des écarts, raccourcissant ainsi la courbe d’apprentissage de l’UKA.

Une différence à moins de 67 N entre l’espace articulaire médial et latéral a été considérée comme équilibrée dans TKA^{7, 19, 20}. Cependant, il n’y a pas de seuil de solde d’écart établi dans l’UKA. À ce stade de recherche, l’équilibre moyen de l’écart est de 23,2 ± 26,1 N, ce qui est beaucoup plus petit que celui de l’ATG guidé par capteur. Il pourrait y avoir un seuil d’équilibre des écarts beaucoup plus strict dans l’UKA. En fait, la norme pratique devrait être basée sur un large échantillon de résultats cliniques d’UKA avec mesure de la force de contact. Dans ce protocole de recherche, trois chirurgiens seniors avec une charge de travail de plus de 1 000 UKA de trois centres médicaux indépendants ont été invités. Le programme devait inclure plus de 200 UKA avec des données intégrées sur la force d’écartement, des dossiers cliniques et des radiographies pour atteindre l’objectif initial.

Notre étude présente également certaines limites. Tout d’abord, le capteur doit être installé indépendamment sur le moule d’essai ; Cela augmentera d’environ 5 minutes du temps chirurgical. Pour un développement commercial ultérieur, la conception doit intégrer le capteur et le moule de test. Une autre chose est que l’étude n’en est qu’à ses débuts, de sorte que la taille de l’échantillon est encore limitée, et que davantage de données sont nécessaires pour établir un critère détaillé et convaincant pour estimer le solde des écarts.

Étant donné que le programme d’ordinateur et les équations de la table numérique sont protégés par le droit des brevets, les auteurs peuvent être contactés pour obtenir ces informations. Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts concurrents.

Ce travail a été soutenu par la Capital Health Research and Development of Special (numéro de subvention 2020-2-4067), la Fondation des sciences naturelles de Pékin (numéro de subvention 7202183) ; Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subventions 81972130, 81902203 et 82072494), et le projet des professionnels de la santé d’élite de l’hôpital de l’amitié sino-japonaise (NO. ZRJY2021-GG08). Étant donné que le programme d’ordinateur et les équations de la table numérique sont protégés par le droit des brevets, les auteurs peuvent être contactés pour obtenir ces informations.