Summary
Ce protocole présente une étude cadavérique d’un capteur sans fil utilisé dans l’arthroplastie médiale unicompartimentale du genou. Le protocole comprend l’installation d’un dispositif de mesure d’angle, l’ostéotomie standardisée d’arthroplastie unicompartimentale du genou d’Oxford, l’évaluation préliminaire de l’équilibre flexion-extension et l’application du capteur pour mesurer la pression de l’écart flexion-extension.
Abstract
L’arthroplastie unicompartimentale du genou (UKA) est un traitement efficace de l’arthrose antéromédiale terminale (AMOA). La clé de l’UKA est l’équilibre de l’écart flexion-extension, qui est étroitement lié aux complications postopératoires telles que la luxation des roulements, l’usure des roulements et la progression de l’arthrite. L’évaluation traditionnelle de l’équilibre de l’écart est réalisée en détectant indirectement la tension du ligament collatéral médian par une jauge d’écart. Il repose sur la sensation et l’expérience du chirurgien, ce qui est imprécis et difficile pour les débutants. Pour évaluer avec précision l’équilibre de l’écart de flexion-extension de UKA, nous avons développé une combinaison de capteurs sans fil composée d’une base métallique, d’un capteur de pression et d’un bloc de coussin. Après ostéotomie, l’insertion d’une combinaison de capteurs sans fil permet la mesure en temps réel de la pression intra-articulaire. Il quantifie avec précision les paramètres d’équilibre de l’écart de flexion-extension pour guider davantage le broyage du fémur et l’ostéotomie du tibia, afin d’améliorer la précision de l’équilibre de l’écart. Nous avons mené une expérience in vitro avec la combinaison de capteurs sans fil. les résultats ont montré qu’il y avait une différence de 11,3 N après l’application de la méthode traditionnelle d’équilibre de l’écart flexion-extension effectuée par un expert expérimenté.
Introduction
L’arthrose du genou (KOA) est un fardeau mondial1, pour lequel la stratégie de traitement par étapes est actuellement adoptée. Pour le KOA unicompartimental en phase terminale, l’arthroplastie unicompartimentale du genou (UKA) est un choix efficace, avec un taux de survie à 10 ans de plus de 90%2. L’UKA médial ne remplace que le compartiment médial sévèrement usé et préserve le compartiment latéral naturel, le ligament collatéral médial (LCM) et le ligament croisé3. Le principe est de rendre l’écart de flexion et l’écart d’extension approximativement les mêmes par ostéotomie tibiale et broyage fémoral, et de restaurer la tension du LCM après implantation de la prothèse et du roulement4. Par rapport à l’arthroplastie totale du genou, UKA a une plus grande difficulté chirurgicale et des exigences techniques. La source principale est le bon équilibre des ligaments dans toute l’amplitude de mouvement du genou3.
Traditionnellement, après une ostéotomie préliminaire, le chirurgien insère une jauge d’écart dans l’espace articulaire et détermine indirectement si les espaces de flexion et d’extension sont égaux en ressentant la tension du LCM. Cependant, la définition et la sensation d’équilibre ne sont guère les mêmes, même pour les chirurgiens expérimentés. Pour les débutants, il est plus difficile de saisir l’exigence d’équilibre. Le déséquilibre de l’écart flexion-extension peut entraîner une série de complications5,6, entraînant une augmentation du taux de révision.
Avec l’avancement de la technologie, certains chercheurs ont essayé d’appliquer des tenseurs à UKA 7,8. Cependant, ces recherches portent toutes sur l’UKA à palier fixe, et le tenseur peut endommager le MCL lorsqu’il est utilisé.
L’émergence de capteurs répond non seulement à la demande d’affichage de la pression dans l’espace articulaire du genou, mais divers capteurs présentent souvent moins de risques de dommages au LCM en raison de leur petite taille 9,10. De plus, les capteurs actuellement utilisés sont tous des transmissions filaires, ce qui peut interférer avec le fonctionnement aseptique et n’est pas assez pratique à utiliser.
Afin de mesurer avec précision les paramètres d’équilibre de l’écart de flexion-extension, nous avons développé une combinaison de capteurs sans fil pour UKA, qui se compose d’une base métallique, d’un capteur sans fil avec trois sondes de pression sur les côtés avant, médian et latéral, et d’un bloc coussin. La combinaison de capteurs mesure et affiche la pression dans l’espace articulaire en temps réel pour aider les chirurgiens à évaluer avec précision si l’objectif d’équilibre a été atteint.
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Protocol
Le protocole a été approuvé par le Comité d’éthique de l’hôpital Xuanwu (numéro de subvention : 2021-224) et a été mené conformément à la Déclaration d’Helsinki. Le consentement éclairé a été obtenu des plus proches parents pour utiliser les cadavres.
1. Installation du dispositif de mesure d’angle
- Allumez l’interrupteur de l’appareil de mesure de l’angle du fémur et du tibia. Ouvrez le logiciel de mesure d’angle sur la tablette, scannez les codes QR des deux appareils de mesure, puis cliquez sur Connexion Bluetooth.
- Placez les deux instruments de mesure d’angle sur la table horizontale, cliquez sur le bouton Calibration pour calibrer et attachez-les avec des sangles à 10 cm au-dessus et au-dessous du genou pour mesurer l’angle de flexion du genou en temps réel (Figure 1).
2. Ostéotomie standardisée Oxford UKA
- Placez un cadavre en décubitus dorsal avec les membres inférieurs drapés en flexion et abduction sur l’extérieur de la table d’opération.
- Ouvrez la cavité articulaire par l’approche parapatellaire médiale avec un scalpel. Faire une coupe de 3 cm distale à la ligne articulaire le long de l’apex du bord médial de la rotule, se terminant distalement à 1 cm médiale à la tubérosité tibiale. Assurez-vous que la profondeur de l’incision atteint la cavité articulaire.
- Enlevez les ostéophytes du condyle fémoral médial, de la fosse intercondylienne et du tibia antérieur à l’aide d’un rongeur.
- Insérez différentes tailles de cuillères de dimensionnement fémoral pour accrocher le condyle fémoral postérieur, et lorsque l’extrémité de la cuillère est à environ 1 mm de la surface du cartilage, la taille de la prothèse fémorale correspondant à la cuillère convient.
- Sélectionnez une pince G de 3 mm. Connectez la pince G, le guide de scie tibiale et la cuillère de dimensionnement fémoral ensemble. Assurez-vous que la tige du guide est parallèle à l’axe long du tibia dans les plans coronal et sagittal, et que l’étrier de la cheville pointe vers l’épine iliaque antérieure supérieure ipsilatérale.
- Faites des coupes verticales et horizontales sur le tibia. Utilisez la scie alternative pour couper une scie tibiale verticale. Assurez-vous que la coupure est juste médiale à l’apex de la colonne tibiale médiale. Avancez la scie verticalement jusqu’à ce qu’elle repose sur la surface du guide de scie.
- Retirez la cale du guide de résection tibiale et insérez la cale 0 fendue. Utilisez la lame de scie oscillante pour exciser le plateau. Retirez la cale fendue, levez le plateau vers le haut avec un large ostéotome et retirez-la avec le genou en extension.
- Faites un trou dans le condyle fémoral distal. Assurez-vous que le trou est situé à 1 cm en avant du bord antérieur de l’encoche intercondylienne et en ligne avec sa paroi médiale.
- Insérez la tige intramédullaire dans le trou. Connectez le guide de forage fémoral à la tige intramédullaire. Effectuer un forage fémoral à l’aide du guide de forage fémoral.
- Installez le guide de résection postérieur et insérez-le dans le trou percé. Assurez-vous que la lame de scie oscillante est guidée par la face inférieure du guide de résection postérieure et effectuez l’ostéotomie du condyle fémoral postérieur. Retirez le guide et le fragment d’os.
- Excise le ménisque médial. Laissez un petit brassard du ménisque pour protéger le LCM. Retirez complètement la corne postérieure.
- Insérez un robinet fémoral 0. Fixez le moulin sphérique sur le robinet et effectuez le broyage fémoral distal.
3. Évaluation préliminaire de l’écart de flexion-extension
- Insérez un essai fémoral. Évaluer l’écart de flexion-extension par jauge d’écart.
- Utilisez des appareils de mesure d’angle pour surveiller l’angle de flexion. Définissez l’équilibre approprié de l’écart flexion-extension en insérant la jauge d’écart dans l’espace articulaire avec une légère résistance, et la tension perçue comme presque égale lorsque le genou est en position de flexion à 20° (espace d’extension) et 110° (écart de flexion). Si les espaces ne sont pas égaux, broyer le fémur en fonction de la valeur de différence entre les espaces de flexion et d’extension jusqu’à ce qu’ils soient égaux.
4. Application d’une combinaison de capteurs pour mesurer la pression de flexion et d’extension
- Retirez l’interrupteur d’alimentation à induction magnétique du capteur. Ouvrez le logiciel de mesure de pression sur la tablette, scannez le code QR du capteur et accédez à l’interface de mesure.
- Cliquez sur le bouton Connecter le périphérique ; Le capteur sera automatiquement étalonné après une connexion réussie.
- Sélectionnez le bloc de coussin d’épaisseur approprié en fonction des spécifications de la jauge. Placez le capteur sur la base métallique et installez le bloc de coussin sur le capteur (Figure 2).
- Cliquez sur Commencer à travailler sur la tablette. Insérez la combinaison de capteurs sans fil dans le compartiment médial et ajustez la base métallique à la surface de l’ostéotomie tibiale (Figure 3).
- Mesurer la pression de flexion et d’extension de l’intervalle à 110° (Figure 4A,B) et 20° (Figure 4C, D) de flexion du genou. Calculez les valeurs moyennes séparément pour trois mesures consécutives.
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Representative Results
Cette étude in vitro a été réalisée sur un cadavre féminin de 60 ans. Avec la prothèse fémorale de taille S et 3 mm portant la cible, après avoir effectué un broyage fémoral et une ostéotomie tibiale, le chirurgien a utilisé la jauge d’écart pour évaluer la tension de l’intervalle flexion-extension préliminaire et a cru que l’équilibre était atteint.
Après l’installation de l’essai fémoral, le capteur sans fil a été inséré dans l’espace articulaire médial, et la pression intra-articulaire a été mesurée trois fois à 110° (espace de flexion) et 20° (espace d’extension) de flexion. La pression d’intervalle de flexion-extension était de 49,9 N-44,8 N, 47,1 N-25,9 N et 42,0 N-34,2 N (tableau 1). Les valeurs de pression pour l’écart de flexion étaient assez cohérentes, tandis que les valeurs de pression pour l’écart d’extension étaient très différentes. La pression moyenne dans les espaces de flexion et d’extension était de 46,3 N et 35,0 N, respectivement, avec une différence moyenne de 11,3 N. Les radiographies postopératoires ont montré un positionnement approprié de la prothèse (Figure 5).
| Temps de mesure | Pression intra-articulaire (N) | |
| Flexion 110° (intervalle de flexion) | Flexion 20° (espace d’extension) | |
| 1 | 49.9 | 44.8 |
| 2 | 47.1 | 25.9 |
| 3 | 42.0 | 34.2 |
| Méchant | 46.3 | 35.0 |
Tableau 1 : Pression intra-articulaire mesurée par le capteur.
Figure 1 : Les appareils de mesure de l’angle. (A) Les appareils de mesure de l’angle ont été installés à 10 cm au-dessus et au-dessous du centre du genou. (B) Le logiciel de mesure peut afficher l’angle de flexion du genou en temps réel. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Structure de la combinaison de capteurs sans fil. La combinaison de capteurs sans fil se compose (A) d’une base métallique, (B) d’un capteur sans fil avec trois sondes de pression (flèches jaunes), (C) et d’un bloc coussin. (D) La combinaison formée après assemblage imbriqué. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Application de la combinaison de capteurs. Après l’ostéotomie et l’installation de l’essai fémoral, la combinaison de capteurs sans fil est insérée dans le compartiment médial pour la mesure. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Position pour mesurer la pression. (A) La pression de l’intervalle de flexion a été mesurée à 110° de flexion du genou; (B) la pression de l’intervalle de flexion était de 49,9 N. (C) La pression de l’intervalle d’extension a été mesurée à 20° de flexion du genou; (D) la pression de l’écart d’extension était de 44,8 N. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Imagerie postopératoire. La radiographie antéro-postérieure postopératoire a montré un bon positionnement et une bonne couverture des composantes tibiales. Une radiographie latérale postopératoire a montré un bon positionnement et un bon angle de flexion de la composante fémorale. Abréviations : AP = antéro-postérieur; LT = latéral). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
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Discussion
L’UKA à port mobile est un traitement efficace pour le KOA antéromédial. Il présente les avantages de réduire les traumatismes, de récupérer rapidement et de maintenir une proprioception normaledu genou 11,12,13. La clé de l’UKA est l’équilibre flexion-extension; c’est-à-dire rendre l’écart de flexion et l’écart d’extension aussi égaux que possible sur la prémisse de la restauration de la tension MCL14. Le déséquilibre peut entraîner une luxation du roulement, une usure de la prothèse ou une progression dans le compartiment latéral15,16,17,18. Les techniques d’équilibre sont généralement liées à l’expérience du chirurgien, ce qui affecte la satisfaction du patient et la survie de la prothèse.
La jauge d’écart est maintenant un outil d’équilibrage UKA largement utilisé. Le chirurgien insère la jauge d’écart dans l’espace articulaire et palpe la tension de l’intervalle pour déterminer approximativement si l’écart de flexion et d’extension est équilibré. Cette approche repose fortement sur la sensation et l’expérience du chirurgien, il est donc difficile pour les débutants d’atteindre un équilibre précis, ce qui est l’une des raisons de la courbe d’apprentissage abrupte de l’UKA et du développement de complications prothétiques. De plus, cette méthode ne répond pas aux exigences du broyage du fémur au niveau millimétrique en UKA.
Par la suite, des tenseurs ont été appliqués à l’évaluation de l’équilibre des écarts de l’UKA19. Les tenseurs peuvent appliquer une force de distraction constante à l’espace articulaire pour rétablir la tension du LCM. En mesurant la distance de distraction de l’espace articulaire, il peut mesurer avec précision l’écart de flexion et d’extension. Cependant, parce que le tenseur peut exercer différentes forces de distraction, la distance de distraction de l’espace articulaire change lorsque le LCM n’est pas rétabli à une tension normale ou que le LCM est trop distrait par une blessure. À l’heure actuelle, une force de distraction appropriée pouvant correspondre à différentes épaisseurs de roulement n’a pas été convenue sur 7,8,19.
Différent des deux outils de mesure bruts ci-dessus, le capteur sans fil que nous avons utilisé est intégré à trois sondes de pression intégrées, qui peuvent afficher la pression intra-articulaire pendant toute l’amplitude de mouvement du genou en temps réel. Le capteur sans fil convertit la sensation rugueuse traditionnelle de tension MCL en pression intra-articulaire précise et, à l’aide d’un appareil de mesure d’angle, les chirurgiens peuvent évaluer avec précision l’équilibre flexion-extension. Pour les chirurgiens, en particulier les débutants, cela peut aider efficacement à une ostéotomie précise, raccourcir la courbe d’apprentissage et améliorer l’effet chirurgical.
Afin de s’adapter à différentes tailles de roulements et de prothèses fémorales, des capteurs sans fil sont également disponibles en différentes tailles. Dans le processus d’utilisation, le plus important est de sélectionner un bloc de coussin approprié pour le capteur selon le plan d’ostéotomie; Sinon, cela peut entraîner une usure de la surface de l’ostéotomie et endommager l’équilibre de l’écart flexion-extension.
Des études antérieures ont rapporté des capteurs avec moins de sondes de pression intégrées, ce qui entraîne une précision inférieure ou une transmission filaire qui ne répond pas aux exigences aseptiques pendant la chirurgie 20,21,22,23,24,25. Le capteur sans fil que nous avons utilisé tient compte à la fois de la précision de la mesure et des exigences aseptiques. Dans cette étude in vitro, nous avons constaté que même un chirurgien expérimenté ne pouvait pas atteindre une équivalence complète des écarts de flexion et d’extension. Pour déterminer une plage de pression raisonnable pour l’équilibre flexion-extension, d’autres études in vivo multicentriques sur grand échantillon sont nécessaires.
Cependant, ce capteur sans fil présente également certaines limites. Tout d’abord, l’insertion fréquente de la combinaison de capteurs avec sa base métallique peut user la surface d’ostéotomie du plateau tibial, provoquant des erreurs d’ostéotomie, ce qui est contraire à l’objectif initial d’équilibre flexion-extension précis. Deuxièmement, le capteur sans fil que nous avons utilisé est un appareil jetable; La batterie ne peut alimenter que pendant environ 3 h. Actuellement, notre équipe améliore la technologie pour permettre la réutilisation du capteur et répondre aux exigences de recharge sans fil. En outre, nous concevons également un nouveau bloc de coussin qui peut simuler complètement les roulements mobiles pour afficher la trajectoire du point de contact des prothèses tibiales et fémorales en temps réel pendant les mouvements de flexion et d’extension du genou.
L’utilisation du capteur sans fil peut aider à quantifier la pression intra-articulaire et guider l’ostéotomie pour obtenir un équilibre précis flexion-extension. Cela compensera le manque d’expérience d’équilibre des écarts chez les débutants et réduira la difficulté d’apprentissage de UKA. L’application de capteurs sans fil reflète la tendance vers des approches individualisées et intelligentes de la chirurgie articulaire et l’innovation technologique apportée par une étroite coopération interdisciplinaire.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Ce travail a été soutenu par Beijing Hospitals Authority Clinical Medicine Development of Special Funding Support [numéros de subvention : XMLX202139]. Nous tenons à exprimer notre gratitude à Diego Wang pour ses précieuses suggestions.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| angle measuring device | AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD. | 20203010141 | angle measuring device of femur,angle measuring device of tibia |
| Oxford Partial Knee System | Biomet UK LTD. | 20173130347 | Oxford UKA |
| Wireless sensor combination | AIQIAO(SHANGHAI) MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD. | 20212010325 | a metal base, a wireless sensor with three pressure probes, and a cushion block |
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