Finite Element Analysis of the Biomechanical Effects of 3 Posterolateral Corner Reconstruction Techniques for the Knee Joint
Fuente
Este artículo es originalmente publicado en:
De:
2017 Aug;33(8):1537-1550. doi: 10.1016/j.arthro.2017.02.011. Epub 2017 Apr 25.
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Copyright © 2017 Arthroscopy Association of North America. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.
Abstract
PURPOSE:
To compare the forces exerted on the cruciate ligaments and the contact stresses on the tibiofemoral (TF) and patellofemoral (PF) joints with respect to 3 different tibial- and fibular-based posterolateral corner (PLC) reconstructions under dynamic loading conditions.
METHODS:
A subject-specific finite element knee model was developed by using 3-dimensional anatomic data from motion captures in gait and squat activities, including in vivo kneejoint kinematics and muscle forces for the single subject. Cruciate ligament forces and contact stresses on the TF and PF joints under 3 PLC reconstruction techniques (tibial-based, TBR; modified fibular-based, mFBR; conventional fibular-based, cFBR) and PLC-deficient models were compared with those of the intact model in gait and squat loading conditions.
RESULTS:
The cruciate ligament forces in the 3 surgical models differed from those in the intact model. The greatest differences in ligament forces from the intact model were found in the cFBR model, whereas there were no remarkable differences between the TBR and mFBR models in both gait and squat loading conditions. Contact stresses on the lateral TF and PF joints of the 3 surgical models were greater than those of the intact model under the squat loading condition.
CONCLUSIONS:
The biomechanical effects achieved using the anatomic reconstruction technique were found to be improved compared with those using nonanatomic reconstructiontechniques. However, the ligament forces and contact stresses under normal conditions could not be restored through any of the 3 techniques.
CLINICAL RELEVANCE:
Anatomic TBR and FBR for grade III PLC injuries could restore better biomechanics in the knee joint compared with nonanatomic reconstruction. However, discrepancy with the normal condition requires further modification of surgical techniques.
Resumen
PROPÓSITO:
Comparar las fuerzas ejercidas sobre los ligamentos cruzados y las tensiones de contacto en las articulaciones tibiofemoral (TF) y patelofemoral (PF) con respecto a 3 reconstrucciones de esquina postero-lateral (PLC) tibial y fibular en condiciones dinámicas de carga.
MÉTODOS:
Se desarrolló un modelo de rodilla de elementos finitos específico del sujeto usando datos anatómicos tridimensionales de las capturas de movimiento en las actividades de andar y sentadillas, incluyendo la cinemática de la articulación de la rodilla in vivo y las fuerzas musculares para el sujeto único. Se compararon las fuerzas del ligamento cruzado y las tensiones de contacto en las articulaciones de TF y PF bajo 3 técnicas de reconstrucción del PLC (modelos basados en tibia, TBR, fibroblastos modificados, mFBR convencional, cFBR convencional) y deficientes en PLC con los del intacto Modelo en condiciones de marcha y de carga en cuclillas.
RESULTADOS:
Las fuerzas del ligamento cruzado en los 3 modelos quirúrgicos difieren de las del modelo intacto. Las mayores diferencias en las fuerzas ligamentarias del modelo intacto se encontraron en el modelo cFBR, mientras que no hubo diferencias notables entre los modelos TBR y mFBR en condiciones de carga tanto en marcha como en cuclillas. Los esfuerzos de contacto en las articulaciones TF y PF laterales de los 3 modelos quirúrgicos fueron mayores que los del modelo intacto bajo la condición de carga en cuclillas.
CONCLUSIONES:
Se comprobó que los efectos biomecánicos obtenidos mediante la técnica de reconstrucción anatómica se mejoraron en comparación con los que utilizaban técnicas de reconstrucción no anatómicas. Sin embargo, las fuerzas del ligamento y las tensiones de contacto en condiciones normales no pudieron ser restauradas a través de cualquiera de las 3 técnicas.
RELEVANCIA CLÍNICA:
Las lesiones Anatómicas TBR y FBR para el grado III del PLC podría restablecer mejor biomecánica en la articulación de la rodilla en comparación con la reconstrucción no anatómica. Sin embargo, la discrepancia con la condición normal requiere una modificación adicional de las técnicas quirúrgicas.
Copyright © 2017 Arthroscopy Association of North America. Publicado por Elsevier Inc. Todos los derechos reservados.
PMID: 28454998 DOI: 10.1016 / j.arthro.2017.02.011
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