Sonder pendant la chirurgie d’arthroscopie est normalement fait pour évaluer l’état du tissu mou, mais cette approche a toujours été subjective et qualitative. Ce rapport décrit un dispositif de sondage qui peut mesurer la résistance du tissu mou quantitativement avec un capteur de force tri-axial pendant l’arthroscopie.
Sonder dans la chirurgie arthroscopique est effectuée en tirant ou en poussant le tissu mou, qui fournit des commentaires pour comprendre l’état du tissu mou. Cependant, la sortie n’est que qualitative basée sur le « entent du surgeon ». Ici est décrit un dispositif de sondage développé pour aborder ce problème en mesurant la résistance des tissus mous quantitativement avec un capteur de force tri-axial. Dans les deux conditions (c.-à-d. tirer et pousser certains tissus imitant le labrum acétabulaire et le cartilage), ce dispositif de sondage s’est avéré utile pour mesurer certaines propriétés mécaniques dans les articulations pendant l’arthroscopie.
Le processus de sondage, qui tire (ou crochets) ou pousse les tissus mous dans les articulations avec une sonde métallique, permet d’évaluer l’état des tissus mous pendant la chirurgie arthroscopique1,2. Cependant, l’évaluation de l’enquête est très subjective et qualitative (c.-à-d. le sentiment du chirurgien).
Sur la base de ce contexte, si la résistance des tissus mous (p. ex., capsule ou labrum dans l’articulation de la hanche, ménisque ou ligament de l’articulation du genou) pendant le tir pouvait être mesurée quantitativement, il pourrait être utile pour les chirurgiens de juger de la nécessité d’une réparation pour le tissu mou et une indication de si une intervention chirurgicale supplémentaire est nécessaire même après la réparation primaire est terminée3,4,5. En outre, des critères pour les variables quantitatives clés pour indiquer l’intervention chirurgicale nécessaire doivent être établis pour les chirurgiens. En outre, dans la direction opposée, pousser la sonde peut être utilisé pour évaluer les propriétés mécaniques des tissus du cartilage articulaire. Dans les domaines de l’ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative, comme le remplacement des tissus du cartilage endommagés, dégénérés ou malades, l’évaluation in situ du sondage peut être critique2,,6.
Cet article rapporte le développement d’un dispositif de sondage avec un capteur de force tri-axial6 qui peut mesurer la résistance des tissus mous quantitativement pendant l’arthroscopie. Ce dispositif de sondage se compose d’un composant de sonde avec une demi-longueur de taille (200 mm) d’une sonde arthroscopique normale, etd’uncomposant d’adhérence dans lequel un capteur de jauge de contrainte est intégré pour mesurer la force résultante de trois axes à l’extrémité de la sonde ( figure 1 ). Le capteur de jauge de contrainte a été conçu spécifiquement pour le son d’étude. La jauge de tension est intégrée au sommet du composant d’adhérence, qui se connecte avec le composant de la sonde. La résolution de ce dispositif de sondage est de 0,005 N. La précision et la précision ont également été mesurées par un poids commercialisé avec un poids connu (50 g). La précision était de 0,013 N et la précision est de 0,0035 N.
En outre, un aspect coulissant du composant d’adhérence a été mis en œuvre pour contrôler la distance avec l’index ou le pouce du chirurgien tout en tirant ou en poussant la sonde. Au cours du processus de mesure de la résistance, la valeur mesurée dépend à la fois de la distance de traction du dispositif de sondage et de la force de traction, c’est pourquoi la distance de traction du dispositif de sondage est contrôlée par l’aspect coulissant. La distance de glissement du composant d’adhérence du dispositif de sondage a été réglée à 3 mm pour les cas représentatifs suivants dans cette étude.
Comme le montre la figure 1, la force de résistance des tissus mous peut donc être mesurée tri-axialement. La première force est le long de l’axe de la sonde. Le second est perpendiculaire à l’axe de la sonde le long de la direction du crochet de la sonde, et le troisième est dans la direction transversale. La mesure des forces se fait à l’aide de la méthode générale suivante : le capteur de force à trois axes comprend trois ponts Wheatstone correspondant aux axes x, y et z. La valeur de résistance de la jauge de tension change en fonction de l’ampleur de la charge appliquée, et la tension médiane du pont change de sorte que la force peut être détectée comme un signal électrique. La plage de mesure de cet appareil est de 50 N dans la direction de l’axe de la sonde et de 10 N dans les deux directions restantes.
Un logiciel dédié a été développé pour cette sonde dans laquelle le logiciel montre les trois forces dans les directions x, y et z (x est la direction transversale, y est la direction verticale (direction du crochet), et z estl’axede la sonde) mesurée par le dispositif de sondage en temps réel avec une fréquence de 50 Hz comme trois graphiques distincts ( Figure 2 ). En option, un couvercle élastique mince normalement utilisé pour l’utilisation intraopératoire des appareils à ultrasons peut être utilisé pour l’imperméabilisation ici.
Ce dispositif de sondage peut ainsi permettre d’évaluer certaines conditions des tissus mous. En outre, ce dispositif de sondage pourrait permettre d’évaluer les propriétés mécaniques des tissus du cartilage articulaire. À cette fin, la force de réaction sur la surface du cartilage articulaire tout en glissant la pointe de ce dispositif de sondage vers l’avant sur la surface pourrait être corrélée avec la propriété mécanique du cartilage articulaire.
Le but de cette étude est d’introduire comment le dispositif de sondage peut être utilisé. Les premières sont les mesures d’un labrum acétabulaire d’imitation comme tissu représentatif tout en pull-probant avec un modèle de hanche fantôme. Étudié est la différence dans la résistance du labrum acétabulaire en trois étapes chirurgicales pour une réparation labrale typique. Deuxièmement, les mesures d’un tissu de cartilage d’imitation représentatif par push-probing. Une corrélation entre deux propriétés mécaniques différentes du tissu cartilagineux d’imitation mesurée par ce dispositif de sondage et un dispositif classique d’indentation pour valider la nouvelle méthode de mesure des propriétés mécaniques du cartilage articulaire est également étudiée.
Cette étude démontre que le dispositif de sondage est capable de mesurer tri-axially la résistance des tissus mous dans l’articulation pendant le sondage arthroscopique. Plus précisément, les deux choses suivantes ont été étudiées : 1) la différence dans la force de résistance du labrum acétabulaire avec le pull-sondage dans les trois étapes chirurgicales d’une réparation labrale typique et 2) la relation entre deux propriétés mécaniques différentes du tissu de cartilage d’imiter avec le push-pulling.
Selon cette étude, les valeurs quantitativement mesurées par pull-sondage avec ce dispositif peut être utile pour évaluer l’état du tissu mou articulaire. Les niveaux de résistance les plus élevés du labrum acétabulaire ont diminué quand le labrum a été coupé. En outre, les niveaux élevés de résistance ont été récupérés quand le labrum a été réparé. Ainsi, la force de sondage peut également être utile pour évaluer si l’intervention chirurgicale est suffisante. En outre, ce pull-probing peut être utilisé pour évaluer d’autres tissus mous ainsi, tels que les ligaments croisés antérieurs et postérieurs pour l’instabilité, les ligaments collatéraux médiaux et latéraux pour valgus ou l’équilibre varus dans les chirurgies du genou, labrum et la coiffe des rotateurs dans les chirurgies de l’épaule, ainsi que pour d’autres chirurgies arthroscopiques.
Des résultats similaires ont été précédemment rapportés utilisant 10 spécimens frais de hanche de cadavre avec un dispositif semblable de sondage3. Les niveaux de résistance les plus élevés du labrum ont été considérablement réduits lorsque le labrum a été coupé (labrum intact, 8,2 N; labrum coupé, 4,0 N). En outre, le niveau de résistance élevé du labrum a été sensiblement récupéré lors de la réparation du labrum (coupe, 4,0 N; réparé, 7,8 N). En outre, le niveau de résistance pour le labrum coupé (3.0-5.0 N) a été statistiquement séparé avec 95% de confiance de ceux de l’intact (6.5-9.9 N) et labrum réparé (6.7-9.1 N). Par conséquent, un seuil pour détecter des lésions dans le labrum pourrait être déterminé, qui est d’environ 5 N (4-6 N sur les cadavres) du niveau de résistance le plus élevé du labrum. Selon l’étude actuelle, un tel seuil sur la hanche fantôme pourrait être d’environ 2-3 N.
Une autre conclusion intéressante dans l’étude actuelle est la relation positive significative entre la force de réaction sur la surface du cartilage d’imitation par le dispositif de poussée-sondage et le module élastique par le dispositif classique d’indentation. Lorsque le sondage est effectué comme le montre la figure 4, puis que la pointe de la sonde se déplace à la surface, une force de réaction se produit. En conséquence, la pointe de la sonde est poussée vers le haut par la force de réaction. Ceci est mesuré comme la force perpendiculaire de l’axe de la sonde. Dans cette situation, si la propriété mécanique du tissu du cartilage d’imitation est petite (c.-à-d. molle), la force du pousse-sondage à la surface du cartilage pourrait être partiellement absorbée. Ensuite, sa force de réaction à la surface jusqu’à la pointe de la sonde devrait être affaiblie par rapport à celle dans le cas de push-probing sur le tissu du cartilage dur. En conséquence, la force perpendiculaire de l’axe de la sonde serait diminuée. Par conséquent, si l’angle de l’axe de sondage à la surface du cartilage mimique peut être contrôlé par une nouvelle technologie, comme un capteur gyroscopique portable9,10, les propriétés mécaniques in situ du tissu cartilagineux peuvent être évaluées.
Plusieurs groupes de recherche ont essayé de développer des dispositifs pour évaluer quantitativement la qualité du cartilage articulaire in vivo pendant l’arthroscopie11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 utilisant diverses méthodes, tels que l’échographie bio-microscopie11, imagerie par ultrasons arthroscopique12, spectroscopie de réflexion optique13, irradiation laser pulsée14, spectroscopie proche infrarouge15, et ultrasons à base16, mécanique16,17,18,19,20,21, et les dispositifs d’indentation électromécanique22. La plupart des dispositifs à l’exception des indentations11,12,13,14,15 peuvent mesurer l’épaisseur de la couche de cartilage; toutefois, ils ne peuvent pas mesurer la valeur des biens mécaniques connexes. Bien que les appareils d’échographie et d’indentation mécanique16,17,18 puissent mesurer certaines propriétés mécaniques du cartilage articulaire, la surface de l’extrémité de l’appareil doit être touchée verticalement à la surface du cartilage articulaire, qui est suivie par des méthodes conventionnelles d’essai de compression. Le dispositif d’indentation électromécanique restant22,23 qui a été récemment développé a une forme sphérique à l’extrémité de l’appareil; ici, il pourrait être difficile de déterminer comment toucher la pointe à la surface du cartilage pendant l’arthroscopie en raison de sa taille relativement plus grande obscurcissant le point de mesure par la pointe elle-même. En outre, la valeur quantitative (appelée QP22,23)n’est pas consécutive et semble plutôt être un score de dommages (de 4 à 20 pour l’évaluation du cartilage). Par exemple, la valeur de 4 QP ne vaut pas le double de la valeur de 2 QP.
Un point important est que l’appareil adhère autant que possible à une forme de la sonde classique. En outre, une unité de paramètres conventionnelle et connue (c.-à-d. newton) pour le dispositif de sondage est appliquée en partie parce qu’elle est consécutivement quantitative. Dans ce contexte, le dispositif de sondage décrit ici peut reproduire les conditions de sondage conventionnel en fonction du « sentiment du chirurgien ». Ainsi, ce dispositif de sondage s’est avéré utile pour mesurer certaines propriétés mécaniques dans les articulations pendant l’arthroscopie.
En conclusion, le dispositif de sondage décrit ici, qui peut mesurer quantitativement la résistance des tissus mous avec un capteur de force tri-axial par le tir- et le push-probing, peut être utile pour évaluer quantitativement les lésions complètes ou les conditions des tissus mous articulaires, qui est une amélioration de l’évaluation qualitative actuelle de l’enquête conventionnelle.
The authors have nothing to disclose.
Ces travaux ont été partiellement soutenus par les subventions JSPS KAKENHI JP19K09658 et JP18KK0104 et une subvention de la Fondation japonaise pour la recherche et la promotion de l’endoscopie (JFE). L’auteur tient à remercier le professeur Darryl D. D’Lima et le collaborateur scientifique professionnel Erik W. Dorthe du Shiley Center for Orthopaedic Research and Education de la Clinique Scripps pour la permission de reproduire l’appareil personnalisé pour le test d’indentation classique de l’établissement, et pour avoir soutenu l’auteur dans des études de collaboration.
4.5 mm ARTHROGARDE Hip Access Cannula GREEN | Smith&Nephew | 72201741 | Arthroscopy cannula |
70° Autoclavable, Direct View | Smith&Nephew | 72202088 | 70 degrees arthroscope |
Bandicam | Bandicam Company | an advanced screen recording software | |
da Vinci 2.0 A Duo | XYZ printing Japan | 3D printer | |
Disposable Hip Pac | Smith&Nephew | 7209874 | A set of 3 guidewires and 2 arthroscopy needles |
Hip phantom | Sawbones USA, A Pacific Research Company | SKU:1516-23 | The phantom model for hip arthroscopy |
Labview | National Instruments | Systems engineering software for applications that require test, measurement, and control with rapid access to hardware | |
LAC-1 | SMAC | Electromechanical actuator | |
LSB200 | Futek | FSH00092 | A load cell |
Nanopass | Stryker | CAT02298 | A suturing instrument for the labrum repair |
Osteoraptor 2.3 Suture Anchor | Smith&Nephew | 72201991 | Anchor set for the labrum repair |
PC software for Probing sensor | Moosoft | PC software for Probing sensor | |
Poly-vinyl alcohol hydrogels | Sunarrow Limited | Poly-vinyl alcohol hydrogels | |
portable arthroscopy camera | Sawbones USA, A Pacific Research Company | SKU:5701 | Portable arthroscopy camera |
Probing sensor | Takumi Precise Metal Work Manufacturing Ltd | Probing device to measure resistance force to soft tissue in joint while probing | |
Samurai Blade | Stryker | CAT00227 | Arthroscopic scalpel |
Standard fixation device | Sawbones USA, A Pacific Research Company | SKU:1703-19 | The fixation device for the hip phantom |
Strain gauge sensor | Nippon Liniax Co.,LTD | MFS20-100 | The sensor works with three Wheatstone bridges |
Ultra-Hard C2 Tungsten Carbide Ball, 1 mm Diameter | McMaster-Carr | 9686K81 | Ultra-Hard C2 Tungsten Carbide Ball, 1 mm Diameter |