在第一步中，通过施加100次5000 N加载，随后在0处动态校准 N、 2500个 N和5000 N

表1

K-Scan 4000传感器。

表2

在不改变实验设置的情况下，在12个连续测量周期中测量的髌骨后参数的百分比减少。

图1

Tekscan 4000传感器图纸（由美国马萨诸塞州波士顿的Tekscan公司复制）。

对10具人类尸体膝盖标本（6名男性，4名女性，平均年龄44岁）进行了传感器的生物力学评估。在去除皮肤和皮下组织后，股四头肌的肌腱在其整个长度上被切开，没有肌肉组织，并固定在特制的肌腱夹中。股骨和胫骨使用骨水泥（Palacos，Heraeus Medical GmbH，Hanau，Germany）在动态载荷模拟器中刚性连接到各自的连接点（图3）。

根据Hofmann等人[15]的动态生理负荷模拟器用于模拟膝关节从大约120°屈曲到完全伸展的伸展运动，类似于受试者从深蹲到站立姿势时发生的运动。根据Hassenpflug和Shinno的工作，通过股四头肌肌腱向股骨滚动轴外侧2°施加载荷[16，17]。膝盖伸展力矩分别为30和40 牛米。

在实验的第一阶段，使用解剖标本，我们确定了传感器的最佳植入方法以及传感器的最佳进入路径。为此，我们检查了各种特定的粘合剂和脱脂溶液，以及用于固定传感器的几种缝合技术。首先，我们用手测试传感器的稳定性，并在模拟器中进行加载循环，以识别传感器膜的任何松动或滑动。此外，我们测试了传感器的多个访问路径，并检查了与数据总线的接触是否对结果有显著影响。在测试过程中，我们评估了所需的进入尺寸及其对传感器膜和髌骨对齐的影响。

在实验的第二阶段，我们通过第一阶段确定的方法植入了每个传感器。在不改变测试设置或膝关节的情况下，我们进行了两轮3次循环，膝盖伸展力矩分别为30和40 牛米。以10 Hz（力、接触面积、压力、最大力和最大压力）。使用Wilcoxon符号秩检验（SPSS 11.0.1版，SPSS股份有限公司，美国芝加哥）对所有记录的参数进行统计评估。

3.结果

我们的初步测试表明，仅使用粘合剂不可能将传感器膜正确粘贴在髌骨后部区域。没有一种测试过的粘合剂能充分粘附到软骨极其光滑的表面。由于软骨的形状和特征会发生变化，因此不考虑对软骨表面进行烧灼（如果用热处理）或蚀刻（如果用化学物质处理）或粗糙化。髌骨旁缝合线（Vicryl尺寸1.0，Ethicon，Norderstedt，德国）和0.1 mm的特氟隆薄膜被证明是将传感器固定到位并防止其在测试过程中移动的最稳定方法（图2）。最后使用的方法包括通过用手术针横切髌骨附近的组织并将8个相应的缝合线端中的每一个连接到其相邻的缝合线相邻端来稳定传感器。事实证明，未相互连接且仅系在周围软组织上的缝合线不够稳定，无法保证传感器的固定。

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图2:

准备用于植入的传感器（（a）原始传感器，（b）用特氟隆膜和缝合线加固后）。

图3

膝盖样本安装在膝盖模拟机中。

发现特氟隆膜加固对于提高传感器在该应用中的耐久性是必要的，其程度允许进行可靠的测量（图2）。通过这种修改，可以执行4个预测量循环和12个测量循环，而传感器行没有任何故障[9]。如果没有特氟隆薄膜，传感器行仅在几次循环移动后就失效。

A侧面，4 cm长的髌骨旁小关节切开术被证明是最方便的植入途径。它使我们能够正确缝合，并可靠地将传感器拉到位。通过这种方法，可以将连接传感器和接口手柄的引线通过相同的访问路径布线，而不会出现任何破损情况。内侧髌骨旁通路导致内侧支持带减弱和髌骨脱位。由于髌骨下脂肪垫的干扰，阻碍了观察和治疗，因此未采用外侧下入路正如我们的实验所确定的，髌骨旁缝合线为传感器提供了一种可靠的植入方法。髌骨周围的环形缝合线使得传感器位置无法改变。一种更稳定、纯粹的跨必要传感器实现（即，将传感器技术集成到髌骨骨结构中）将需要更具侵入性的方法，包括髌骨的移动和支持带的破坏，这很可能会导致滑动机制的改变。

我们认为，在测试期间切换传感器是不可取的，因为在这种条件下很难确保重复测量。因此，在研究手术对髌股生物力学的影响时，传感器应保持原位，不应偏离其位置。

在存在剪切力的情况下，Tekscan传感器的耐用性和重复性受到很大限制。虽然纯轴向载荷不会影响测量结果，但髌股试验会导致17-20次循环后完整传感器排失效。在我们的评估中，这是由于剪切力的影响导致各种传感器膜破裂。因此，我们被迫将测试限制在16个测量周期内，前4个预测量周期不包括在我们的评估中。传感器补充0.1 mm的特氟隆薄膜提高了它们的耐久性。Tekscan股份有限公司根据要求提供该胶片。

巴甫洛维奇等人注意到，在30多个胫股关节测试周期后，测量误差为2.3%[24]。相比之下，我们在12个周期内对髌股关节的测量显示，每个周期的每个参数线性下降1-2%（图5，表2）。因此，在30 Nm，可以得出接触面积的总减少12.7%，力的减少17.2%。在我们看来，参数的线性减少可以被视为系统误差。因此，可以使用相同的测试方案在随后的实验中量化和解释这种减少（图6）。我们已经采取了一种方法，即使用基于初步实验的校准损失曲线的校正来校正在重复加载场景中执行的压力测量。我们认为，为了确保Tekscan传感器在髌骨后的可靠使用，特别是为了区分膝关节手术的影响和导致校准退化的传感器磨损相关影响，量化该系统误差至关重要。在本文中使用时，该测量方法适用于各种外科手术的科学评估，例如外侧支持带释放、胫骨结节转移等[13、14、25、26]以及膝关节内假体的开发[27–29]。

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图6

计算出的10个膝盖的平均校正系数在膝盖数7的结果上的示例性应用。在不改变实验设置的情况下，在几个测量周期的过程中，力发生了上述明显变化。在使用确定的校正系数时，系统误差几乎无法识别。

5.结论

可以使用Tekscan K-Scan 4000传感器测量髌骨后压力。为了获得可靠的测量结果，必须对传感器进行刚性髌骨后固定，并进行预测试，以量化传感器磨损引起的系统误差。

利益冲突