Hareketli Yataklı Tek Bölmeli Diz Artroplastisinde Boşluk Dengesinin Sensör Değerlendirmesi

Burada, hareketli yataklı tek bölmeli diz artroplastisinde (UKA) boşluk temas kuvvetini ve boşluk dengesini ölçmek için bir protokol sunuyoruz. Klinik ve radyografik verilerle birlikte, temas kuvvetinin normal aralığını belirlemeyi ve boşluk dengesinin eşiğini belirlemeyi umuyoruz.

Hareketli yataklı tek bölmeli diz artroplastisinin (UKA) en önemli işlemi diz fleksiyon ve ekstansiyon boşluğunun dengelenmesidir. Geleneksel olarak, denge, duygu ölçerin fişinin takılmasının öznel değerlendirmesi ile belirlendi. Esas olarak cerrahların deneyimine bağlı olduğundan, doğruluk her zaman şüpheliydi. Son 10 yılda, total diz artroplastisinde (TDA) boşluk dengesini yönlendirmek için basınç sensörleri kullanılmaya başlanmıştır. Bununla birlikte, sensör tekniği çok yakın bir zamanda UKA'ya tanıtıldı. Burada, deneyimli bir cerrah tarafından 20 vaka UKA'da boşluk dengesine ilişkin sensör değerlendirmemiz yer almaktadır. Sensör, mobil yataklı UKA'nın tibial denemesinin şekline göre özel olarak tasarlanmış bir kuvvet sensörü matrisiydi. Postoperatif klinik sonuçlar ve radyografik sonuçlar ileride karşılaştırılmak üzere kaydedildi. Bu yöntemi, çeşitli cerrahlar tarafından 200'den fazla UKA vakasını değerlendirmek ve sonuçta boşluk dengesi sonucunu standardize etmek için kullanmayı amaçlıyoruz.

Hareketli yataklı UKA, şu anda diz anteromedial osteoartriti (AMOA) için en başarılı tedavi yöntemlerinden biridir¹. Operasyon sırasında fleksiyon ve ekstansiyon boşluğunun dengesi, başarılı bir UKA ^2,3'ün anahtarıdır. Boşluğun aşırı yüklenmesi, hareketli yatağın aşınmasını ağırlaştırabilir. Ayrıca, yüksek boşluk temas kuvveti, postoperatif valgus deformitesine ve lateral kompartmanın⁴ dejenerasyonuna yol açabilir. Bu nedenle, UKA'da optimal bir boşluk sıkılığının yanı sıra kabul edilebilir bir boşluk dengesi elde etmek, öğrenme eğrisinin önemli bir parçasıdır⁵. Hareketli yataklı UKA cerrahi teknik el kitabı^6'ya göre, cerrah, temas kuvvetini "hissetmek" için eklem boşluğunu takmak ve çıkarmak için duygu ölçeri kullanmalıdır. Cerrah, eki yerleştirmek ve çıkarmak için gereken kuvveti değerlendirerek, boşluk dengesinin kabul edilebilir olup olmadığını tahmin edebilir. Bu nedenle, karar esas olarak cerrahın deneyimine bağlıydı.

Son yıllarda, total diz artroplastisinde (TDA) medial ve lateral boşluğun intraoperatif boşluk dengesinin dijital ölçümü yaygın olarak bildirilmiştir7,8,9. Boşluk dengesinin eşiği için öneriler de⁷ olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte, sensör tekniği, iyi bilinen bir boşluk dengeleme hedefi olmadan çok yakın bir zamanda UKA'ya tanıtıldı.

Geçen yıl, hareketli rulman UKA sırasında mafsal boşluğu temas kuvvetini ölçmek için özel olarak tasarlanmış bir kuvvet sensörü tanıtıldı⁵. Mevcut araştırma protokolünde, sensör kılavuzluğunda boşluk kuvveti ölçüm yöntemi gösterilmiştir. Ek olarak, boşluk temas kuvvetini ve boşluk dengesini değerlendirmek için hareketli yataklı UKA geçiren 20 hastadan oluşan bir vaka serisi dahil edilmiştir. Bu protokolün nihai amacı, normal temas kuvveti aralığını belirlemek ve hareketli yataklı UKA'da boşluk dengesi eşiğini belirlemektir.

Bu çalışma, Çin-Japonya Dostluk Hastanesi'nin insan etik komitesi tarafından onaylanmıştır (onay numarası 2020-50-k28).

1. Kuvvet sensörünün hazırlanması ve sterilizasyonu

1. Sterilizasyondan önce kuvvet sensörünü tibial denemenin üst yüzeyine sabitlemek için aşınmaya dayanıklı yapışkan bant kullanın.
2. Hidrojen peroksit gazı plazması ile düşük sıcaklıkta sterilizasyon kullanarak kuvvet sensörünü paketleyin ve sterilize edin (Şekil 1).
   NOT: Kesme kuvvetinin etkisini önlemek için sensör tibial deneme üzerine sabitlenmelidir.

2. Hareketli rulman UKA prosedürü

1. Hareketli yataklı UKA'nın operasyon prosedürünü standart cerrahi talimat^6'ya veya Zhang ve ^ark.10 tarafından tanıtılan kinematik hizalama tekniğine göre gerçekleştirin.
2. Tüm kemik kesimleri bittiğinde ve boşluk dengesi manuel olarak onaylandığında prosedürü durdurun.

3. Kuvvet sensörünün montajı

1. Kuvvet sensörünü önce tibial iz ile birlikte takın ve ardından femoral bileşeni takın.
2. Sensörün, USB hattının ve dizüstü bilgisayarın doğru şekilde bağlandığından emin olun. Bundan sonra, kalınlık ölçeri bileşen boşluğuna yerleştirin ve diz eklemini ölçümün başlangıç noktası olarak 120°'lik derin fleksiyona yerleştirin. (Şekil 2).
   NOT: Diz fleksiyon açısının doğruluğundan emin olmak için sterilize edilmiş bir iletki kullanın.

4. Temas kuvvetinin ham verilerinin ölçülmesi ve kaydedilmesi

1. Bu sensör için geliştirilmiş bir bilgisayar programı kullanarak kuvvet değerinin ham verilerini kaydedin.
2. İlk olarak, işlem arayüzünün sağ tarafına dikkat edin (Şekil 3) ve kayıt frekansını 10 Hz'e ve kayıt süresini 5 saniyeye ayarlayın. Ardından, diz 120° fleksiyon açısına yerleştirildiğinde Veri Geri Bildirimi düğmesine tıklayın.
3. Kayıt işlemi bittiğinde, diz fleksiyonu 90°, ardından 60°, 45°, 20° ve 0° olduğunda Veri Geri Bildirimi düğmesine tekrar tıklayın (Şekil 3).
   NOT: Ham veriler, bilgisayar programı tarafından .txt dosyalara kaydedilir ve kuvvet değeri elde etmek için daha fazla yönetim gerekir.

5. Ham verilerin yönetimi

1. Ham veri dönüşümü için .txt dosyasını bir elektronik tabloya (dijital tablo) girin. Temas kuvveti olarak 50 kaydın ortalama değerini hesaplayın.
   NOT: Program ayrıca temas kuvvetinin dağılımını da gösterebilir.

6. Klinik ve radyografik gözlemler

1. Hastanın yaş, cinsiyet, tanı ve Amerikan Diz Derneği skoru (AKSS) gibi demografik verilerini kaydedin.
2. Ameliyat öncesi ve ameliyat sonrası 1 hafta içinde anteroposterior, lateral ve tam uzunlukta ağırlık taşıyan alt ekstremitenin radyografilerini alın.
3. Femoral ve tibial protezin varus/valgus hizasını (Şekil 4-1), femoral protezin fleksiyon/ekstansiyon hizasını ve tibial posterior eğimi ölçün (Şekil 4-2).
4. Hem ameliyat öncesi hem de ameliyat sonrası tam uzunlukta alt ekstremite radyografilerinde kalça-diz-ayak bileği açısını ölçün. Protezin sürekliliğini (Şekil 4-3) ve femoral protezin tibial protezin yüzeyine göre eksenini ifade eden yakınsama/ıraksama açısını ölçün (Şekil 4-4).
5. Bu verilerin entegre olduğundan ve gelecekte analiz edilebildiğinden emin olun.
   NOT: ^6,11 açılarının radyografik ölçüm yöntemi Şekil 4'te gösterilmiştir.

Kohort demografisi
Mobil yataklı UKA'yı üstlenen ilk 20 hasta, Mart-Haziran 2021 tarihleri arasında Çin-Japonya Dostluk Hastanesine kaydoldu. Ameliyatların tümü, 2.000'den fazla UKA deneyimine sahip kıdemli bir doktor tarafından yapıldı. Demografik ve protez verileri Tablo 1'de gösterilmektedir. Yaşları 58-82 yıl arasında değişiyordu ve tanıların tümü AMOA idi.

Boşluk kuvveti ve denge ölçümlerinin sonuçları
Boşluk kuvvetinin modeli Şekil 5'te gösterilmiştir. 0°, 20°, 45°, 60°, 90° ve 120°'de diz fleksiyonunun ortalama temas kuvveti sırasıyla 70.3 N, 96.9 N, 116.1 N, 95.1 N, 73.6 N ve 58.3 N idi. 20° (ekstansiyon aralığı) eksi 90° (fleksiyon aralığı) kuvveti hesaplanarak ortalama boşluk dengesi 23.2 N idi. Sonuçlar Tablo 2'de gösterilmiştir.

Klinik ve radyografik değerlendirmelerin sonuçları
Klinik sonuç açısından, iki bölümden oluşan Amerikan Diz Derneği skoru (AKSS) kullanıldı: objektif skor (Amerikan Diz Derneği Objektif skoru, AKSS-O) ve fonksiyonel skor (Amerikan Diz Derneği Fonksiyonel skoru, AKSS-F), maksimum 100 skor. Değerlendirmeler ameliyat sonrası 6. ve 1. yılda yapıldı. Yaklaşık olarak 2023 yılında olacak olan tüm araştırmanın sonunda uzun vadeli bir takip yapılacaktır. İlk 20 olguda ameliyat sonrası ortalama AKSS-O ve AKSS-F sırasıyla 87.2 ve 90.0 idi. Radyografik değerlendirmede ameliyat sonrası femoral ve tibial protez varus ve valgus açıları, femoral protez fleksiyon ve ekstansiyon açıları, tibia eğimi, protezin yakınsama açısı, femoral ve tibial protez arasındaki komşuluk durumu Tablo 3'te gösterilmiştir.

Şekil 1: Kuvvet sensörünün hazırlanması ve sterilizasyonu. (A) Kuvvet sensörünün görünümü; (B) Sterilizasyondan sonra kuvvet sensörü cihazı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Hareketli rulmanlı UKA'daki bağlantı boşluklarının temas kuvveti ölçümü. (A) Sensörün kalınlık ölçer olmadan montajı. (B) Kalınlık ölçerin yerleştirilmesi ve temas kuvvetinin ölçülmesi. (C) Operatör ameliyat masasından en az 2 m uzakta olmalıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Bilgisayar programının arayüzü. Kayıt frekansı 10 Hz'e ve süre 5 s'ye ayarlanmalıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Radyografik ölçümler (A) Açı a: femoral varus/valgus açısı. Açı c: tibial varus/valgus açısı. (B) Açı b: femoral fleksiyon/ekstansiyon açısı. Açı d: tibial eğim. (C) Femoral bileşenin lateral kenarı ile tibial bileşenin lateral duvarı arasındaki bitişiklik. (D) Femoral bileşenin tibial bileşene göre yakınsama / ıraksama açısı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Temas kuvveti ve diz fleksiyon açısı. Şekil, farklı diz fleksiyon açılarında bileşen boşluğu temas kuvveti modelini göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 1: Çalışmaya dahil edilen hastaların demografik verileri ve UKA protez boyutları. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 2: UKA ameliyatlarının 20 olgusunda boşluk kuvvetleri ve denge (Newton cinsinden) sonuçları. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Tablo 3: Klinik sonuçların ve radyografik ölçümlerin sonuçları. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Bu çalışma, hareketli rulmanlı UKA'da eklem boşluğunun, temas kuvvetinin ve dengenin değerlendirilmesinde ayrıntılı bir sensör teknolojisi protokolü sağlamıştır. Ortopedi cerrahlarının gelecekte yatak kalınlığını ve boşluk dengelemeyi daha kolay belirlemelerini sağlayacak standart temas kuvveti ve boşluk dengeleme farkı hedefi oluşturmayı umuyoruz.

Eklem boşluğunun aşırı yüklenmesi, ekstremitenin postoperatif valgus deformitesine, lateral kompartmanın gelecekteki dejenerasyonuna ve hatta UKA ^4,12'nin revizyonunun en yaygın nedeni olarak kabul edilen OA ilerlemesine yol açabilir. Bununla birlikte, çok gevşek bir bağlantı boşluğu, hareketli yatağın yerinden çıkmasını önleyemedi ve bu da ameliyat sonrası komplikasyonlara yol açtı. Yatak kalınlığı, geleneksel olarak,^5'e atıfta bulunmak için objektif bir hedef olmaksızın cerrahın boşluk temas kuvveti deneyimi ile belirlendi. Sensör teknolojisi, rahat kullanımı ve ^7,13 kuvvet değerinin doğrudan okunması nedeniyle TKA'da çok başarılı oldu. Sensör kılavuzluğunda TDA'nın konvansiyonel prosedürden daha iyi klinik sonuçlara sahip olduğu düşünülmüştür¹³. Ayrıca, bu teknik daha az deneyimli cerrahlar için çok kolaydı ve TKA^8'in öğrenme eğrisini kısaltabilirdi. Bununla birlikte, UKA'da sensör tekniklerinin kullanımına ilişkin araştırmalar henüz birincil aşamadaydı. Su ve ark. hareketli yatağın¹⁴ yörüngesini ölçmek için basınç algılama teknolojisine dayalı bir tibial deneme modeli geliştirdi. Jaeger ve ark. kemik çimentosunun ozmotik basıncını ölçmek için duygu ölçer ile aynı şekilde bir sensör tasarladı¹⁵. Ettinger ve ark. hareketli yatak ile sabit yataklı UKA arasındaki boşluk temas kuvvetini ölçmek ve karşılaştırmak için esnek bir sensör matrisi kullandılar, ancak gerçek değeri veya önerilen eşiği¹⁶ rapor etmediler. Aslında, UKA için hala ticarileştirilmiş bir kuvvet sensörü yoktu ve bu alan keşfedilmeye çok değerdi.

Seyyar yataklı UKA için yeni bir kuvvet sensörü, seyyar yataklı UKA'nın tibial denemesinin şekline göre tasarlanmıştır. Algılama alanı 45 x 22 mm² idi, toplam 197 kuvvet ölçüm noktası vardı, maksimum veri toplama frekansı 20 Hz idi ve aralık 500 N/^cm2'ye kadardı. Sensörün doğruluğu ve tekrarlanabilirliği, yakın zamanda yayınlanan bir araştırmada^{doğrulandı 5}. Bu araştırma protokolünde, .txt dosyalarında saklanan ham verileri gerçek temas kuvveti değeri ^5,17'ye dönüştürmek için aynı kalibrasyon yöntemini uyguladık ve ardından verileri dijital bir tabloda geri yükledik.

Sensör, hareketli yataklı UKA için geliştirildiğinden, kesme kuvveti, ölçümdeki arızanın ana risk faktörüydü. Sensör ile deneme arasındaki bağıl hareketi azaltmak için kuvvet sensörünü tibial denemenin üst yüzeyine sabitlemek için aşınmaya dayanıklı bir yapışkan bant kullanıyoruz. Dahası, bant sadece 0,1 mm kalınlığındaydı; Kuvvet ölçüm yanlılığına karşı yalnızca sınırlı bir etkisi vardı ve bu göz ardı edilebilirdi.

UKA'nın boşluk dengelemesi ortopedi cerrahları için büyük bir zorluktu. Oxford tek bölmeli protezin tasarımı yapı ve fonksiyon olarak dizinkine benzer olduğundan, cerrahi teknik klinik sonucu^etkileyen önemli bir faktördü ^1,11 ve fleksiyon-ekstansiyon boşluk-dengesi en önemli faktör olarak kabul edildi ^2,18. UKA'nın uygulanmasında standart prosedür, fleksiyon boşluğunu elde etmek için posterior femoral kondili rezeke etmeden önce tibia platformunun medial kısmını rezeke etmekti. Medial kondilin ön yüzeyi daha sonra uzatma boşluğunu dengelemek için frezelendi. UKA prensibine göre, denge için yumuşak doku salınımına izin verilmez. Bu nedenle, UKA cerrahlar için daha yüksek bir beceri talebi oluşturmaktadır. Cerrahi deneyim yeterli değilse, cerrahlar boşluk dengesini tahmin etmede hata yapabilirler. Yeni UKA kuvvet sensörü, diz fleksiyon-ekstansiyon boşluğu dengesini değerlendirmek için kullanılabilir; bu nedenle, cerrahların boşluk dengesini daha verimli bir şekilde değerlendirmelerine yardımcı olabilir ve böylece UKA öğrenme eğrisini kısaltabilir.

Medial ve lateral eklem boşluğu arasındaki 67 N içindeki fark TDA ^7,19,20'de dengeli kabul edildi. Bununla birlikte, UKA'da belirlenmiş bir boşluk dengesi eşiği yoktur. Bu araştırma aşamasında, ortalama boşluk dengesi 23.2 ± 26.1 N'dir ve sensör güdümlü TKA'nınkinden çok daha küçüktür. UKA'da çok daha katı bir boşluk dengesi eşiği olabilir. Aslında, pratik standart, temas kuvveti ölçümü ile UKA'nın klinik sonuçlarının büyük bir örneklem boyutuna dayanmalıdır. Bu araştırma protokolünde, üç bağımsız tıp merkezinden 1.000'den fazla UKA'dan oluşan toplam üç kıdemli cerrah davet edildi. Plan, orijinal hedefi gerçekleştirmek için entegre boşluk kuvveti verileri, klinik kayıtlar ve radyografiler ile 200'den fazla UKA'yı içerecekti.

Çalışmamızın da bazı sınırlılıkları vardır. İlk olarak, sensörün test kalıbına bağımsız olarak takılması gerekir; Bu, ameliyat süresinin yaklaşık 5 dakikasını artıracaktır. Daha fazla ticari geliştirme için tasarım, sensörü ve test kalıbını birbirine entegre etmelidir. Başka bir şey, çalışmanın henüz başlangıç aşamasında olmasıdır, bu nedenle örneklem büyüklüğü hala sınırlıdır ve boşluk dengesini tahmin etmek için ayrıntılı ve ikna edici bir kriter oluşturmak için daha fazla veriye ihtiyaç vardır.

Bilgisayar programı ve dijital tablo denklemleri patent yasası ile korunduğundan, bu bilgi için yazarlarla iletişime geçilebilir. Yazarlar rekabet eden çıkarları olmadığını beyan ederler.

Bu çalışma, Özel Başkent Sağlık Araştırma ve Geliştirme (hibe numarası 2020-2-4067), Pekin Doğa Bilimleri Vakfı (hibe numarası 7202183) tarafından desteklenmiştir; Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (hibe numaraları 81972130, 81902203 ve 82072494) ve Çin-Japonya Dostluk Hastanesi'nin Elit Tıp Uzmanları projesi (NO. ZRJY2021-GG08). Bilgisayar programı ve dijital tablo denklemleri patent yasası ile korunduğundan, bu bilgi için yazarlarla iletişime geçilebilir.