Mô hình 3D đặc trưng cho từng bệnh nhân về khớp gối để so sánh sự quay ngược của xương đùi trước và sau phẫu thuật thay khớp gối toàn phần (TKA)
Tóm tắt
Phẫu thuật thay khớp gối toàn phần (TKA) hiện nay được thực hiện như một thủ tục chuẩn cho một lượng lớn bệnh nhân mắc bệnh thoái hóa khớp. Việc thay thế khớp gối gây ra những thay đổi trong hình học và động học của khớp gối, những thay đổi này là duy nhất cho từng cá nhân. Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp phát hiện những thay đổi này sau TKA và tác động của chúng lên chuyển động của khớp gối. Cách tiếp cận này có thể giúp giảm biến chứng cho bệnh nhân với các cơn đau sau phẫu thuật và giảm số lần chỉnh sửa.
Một mô hình 3D của khớp gối bệnh nhân được xây dựng bằng cách đo chuyển động với camera hồng ngoại stereo được chứng nhận y tế. Đo lường này được kết hợp với mô hình 3D của xương bệnh nhân, trước đó đã được phân đoạn từ CT scan. Mô hình này được in 3D, một phần là cơ chế theo dõi chuyển động của bệnh nhân, và phần còn lại là bản sao 3D của xương đùi và xương chày. Phẫu thuật thay khớp gối được thực hiện trực tiếp trên mô hình và kết quả của sự quay ngược được đo trước và sau khi TKA.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Abdel MP (2014) Measured resection versus gap balancing for total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res 472(7):2016–2022
Akbari Shandiz M, Boulos P, Saevarsson SK, Ramm H, Fu CK, Miller S, Zachow S, Anglin C (2018) Changes in knee shape and geometry resulting from total knee arthroplasty. J Eng Med 232(1):67–79
Almaawi AM, Hutt JR, Masse V, Lavigne M, Vendittoli PA (2017) The impact of mechanical and restricted kinematic alignment on knee anatomy in total knee arthroplasty. J Arthroplast 32(7):2133–2140
Apostolopoulos AP, Chronopoulos E, Michos IV, Mastrokalos D, Darras N, Nikolaou VS (2020) Kinematic and kinetic waveform changes of the knee joint following a mobile bearing total knee arthroplasty—gait analysis and single step ascent. J Knee Surg 33(10):978–86
Arauz P, Peng Y, Kwon YM (2018) Knee motion symmetry was not restored in patients with unilateral bi-cruciate retaining total knee arthroplasty—in vivo three-dimensional kinematic analysis. Int Orthop 42(12):2817–2823
Baka N, Kaptein BL, Giphart JE, Staring M, de Bruijne M, Lelieveldt BP, Valstar E (2014) Evaluation of automated statistical shape model based knee kinematics from biplane fluoroscopy. J Biomech 47(1):122–129
Barrack RL, Schrader T, Bertot AJ, Wolfe MW, Myers L (2001) Component rotation and anterior knee pain after total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res 392:46–55
Beal MD, Delagrammaticas D, Fitz D (2016) Improving outcomes in total knee arthroplasty—do navigation or customized implants have a role? J Orthop Surg Res 11(1):1–7
Blakeney W, Cĺement J, Desmeules F, Hagemeister N, Rivìere C, Vendittoli PA (2019) Kinematic alignment in total knee arthroplasty better reproduces normal gait than mechanical alignment. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 27(5):1410–1417
Calliess T, Bauer K, Stukenborg-Colsman C, Windhagen H, Budde S, Ettinger M (2017) Psi kinematic versus non-psi mechanical alignment in total knee arthroplasty: a prospective, randomized study. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 25(6):1743–1748
De Valk EJ, Noorduyn JC, Mutsaerts EL (2016) How to assess femoral and tibial component rotation after total knee arthroplasty with computed tomography: a systematic review. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 24(11):3517–3528
Dossett H, Estrada N, Swartz G, LeFevre G, Kwasman B (2014) A randomised controlled trial of kinematically and mechanically aligned total knee replacements: two-year clinical results. Bone Joint J 96(7):907–913
Garling EH, Kaptein BL, Mertens B, Barendregt W, Veeger HEJ, Nelissen RGHH, Valstar ER (2007) Soft-tissue artefact assessment during step-up using fluoroscopy and skin-mounted markers. J Biomech 40(Suppl 1):S18–S24
Howell SM, Howell SJ, Kuznik KT, Cohen J, Hull ML (2013) Does a kinematically aligned total knee arthroplasty restore function without failure regardless of alignment category? Clin Orthop Relat Res 471(3):1000–1007
Kang KT, Koh YG, Lee JA, Chun HJ (2020) Computational biomechanics of knee joint arthroplasty: a review. Mechan Engineering Rev 7(1):19–00,338
Kebbach M, Darowski M, Krueger S, Schilling C, Grupp TM, Bader R, Geier A (2020) Musculoskeletal multibody simulation analysis on the impact of patellar component design and positioning on joint dynamics after unconstrained total knee arthroplasty. Materials 13(10):2365
Koga Y (2015) Three-dimensional motion analysis and its application in total knee arthroplasty: what we know, and what we should analyze. J Orthop Sci 20(2):239–249
Koh IJ, Lin CC, Patel NA, Chalmers CE, Maniglio M, Han SB, McGarry MH, Lee TQ (2019) Kinematically aligned total knee arthroplasty reproduces more native rollback and laxity than mechanically aligned total knee arthroplasty: a matched pair cadaveric study. Orthop Trauma Surg Res 105(4):605–611
Koh YG, Nam JH, Kang KT (2018) Effect of geometric variations on tibiofemoral surface and post-cam design of normal knee kinematics restoration. J Exp Orthop 5(1):53
Lozano R, Howell SM, Hull ML (2019) Repeatability, reproducibility, and agreement of three computational methods to approximate the functional flexion-extension axis of the tibiofemoral joint using 3d bone models of the femur. Comput Methods Biomech Biomed Eng 22(14):1144–1152
Maderbacher G, Keshmiri A, Springorum HR, Maderbacher H, Grifka J, Baier C (2017) Influence of component rotation in total knee arthroplasty on tibiofemoral kinematics—a cadaveric investigation. J Arthroplast 32(9):2869–2877
Marouane H, Shirazi-Adl A, Adouni M (2017) 3d active-passive response of human knee joint in gait is markedly altered when simulated as a planar 2d joint. Biomech Model Mechanobiol 16(2):693–703
Menschik A (2013) Biometrie: das konstruktionsprinzip des kniegelenks, des hüftgelenks, der beinl̈ange und der k¨orpergr¨osse
Mercader A, Laudahn S, Lueth TC (2019) A mechanical lower limb exoskeleton prototype synthetized with a deep learning based algorithm pp 316–321
Mercader A, Leyerer A, Irlinger F, Lueth TC (2019) Deep learning zur viergelenksynthese unter verwendung der fourier-koeffizienten der koppelkurve
Mercader A, Röottinger H, Bigdeli A, Lueth TC (2020) Visualization of patient’s knee movement and joint contact area during knee flexion for orthopaedic surgery planing validation. Comp Methods Biomech and Biomed Eng:1–7
Mezghani N, Mechmeche I, Mitiche A, Ouakrim Y, De Guise JA (2018) An analysis of 3d knee kinematic data complexity in knee osteoarthritis and asymptomatic controls. PLoS One 13(10):e02023
Nietert M (1975) Untersuchungen zur Kinematik des menschlichen Kniegelenkes im Hinblick auf ihre Approximation in der Prothetik (Doctoral Thesis)
Niki Y, Sassa T, Nagai K, Harato K, Kobayashi S, Yamashita T (2017) Mechanically aligned total knee arthroplasty carries a risk of bony gap changes and flexion–extension axis displacement. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 25(11):3452–3458
Pang HN, Yeo SJ, Chong HC, Chin PL, Ong J, Lo NN (2011) Computer-assisted gap balancing technique improves outcome in total knee arthroplasty, compared with conventional measured resection technique. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 19(9):1496–1503
Pianigiani S, Labey L, Pascale W, Innocenti B (2016) Knee kinetics and kinematics: what are the effects of tka malconfigurations? Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 24(8):2415–2421
Reinschmidt C, Van Den Bogert A, Lundberg A, Nigg B, Murphy N, Stacoff A, Stano A (1997) Tibiofemoral and tibiocalcaneal motion during walking: external vs. skeletal markers. Gait Posture 6(2):98–109
Rivìere C, Iranpour F, Auvinet E, Howell S, Vendittoli PA, Cobb J, Parratte S (2017) Alignment options for total knee arthroplasty: a systematic review. Orthop Trauma Surg Res 103(7):1047–1056
Slevin O, Schmid FA, Schiapparelli FF, Rasch H, Amsler F, Hirschmann MT (2017) Coronal femoral tka position significantly influences in vivo patellar loading in unresurfaced patellae after primary total knee arthroplasty. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 25(11):3605–3610
Sugano N (2018) Computer assisted Orthopaedic surgery for hip and knee: current state of the art in clinical application and basic research. Singapore: Springer
Tanaka Y, Nakamura S, Kuriyama S, Ito H, Furu M, Komistek RD, Matsuda S (2016) How exactly can computer simulation predict the kinematics and contact status after tka? Examination in individualized models. Clin Biomech 39:65–70
Thorlund JB, Juhl CB, Roos EM, Lohmander LS (2015) Arthroscopic surgery for degenerative knee: systematic review and meta-analysis of benefits and harms. BMJ 350:h2747
Victor J, Banks S, Bellemans J (2005) Kinematics of posterior cruciate ligament-retaining and -substituting total knee arthroplasty: a prospective randomised outcome study. J Bone Joint Surg Br 87(5):646–655