Computationele simulatie van patella-instabiliteit

De twee meest gebruikelijke stabilisatieprocedures voor patiënten met recidiverende patellaire instabiliteit zijn reconstructie van het mediale patellofemorale ligament (MPFL) en medialisatie van de tibiale tuberositas. MPFL-reconstructie wordt steeds populairder, grotendeels als gevolg van de technische eisen van de herschikking van de tibiale tuberositas en zorgen met betrekking tot botgenezing over de hele osteotomie. In gevallen van ernstige trochleaire dysplasie en/of een dramatisch gelateraliseerde tibiale tuberositas, biedt een MPFL-transplantaat dat is gespannen volgens de huidige normen mogelijk niet voldoende weerstand om laterale patellatracking te beperken die aanhoudende instabiliteit veroorzaakt. Toenemende transplantaatspanning kan het mediale patellofemorale kraakbeen overbelasten. De voorgestelde studie is gebaseerd op de hypothese dat het vermogen van MPFL-reconstructie om laterale patellaire maltracking effectief te beperken afneemt naarmate trochleaire dysplasie en de laterale positie van de tibiale tuberositas toenemen. Computationele dynamische simulatie van de kniefunctie zal worden uitgevoerd om anatomische standaarden vast te stellen waarvoor medicalisering van de tuberositas van de tibia waarschijnlijker is dan MPFL-reconstructie om patellaire maltracking te beperken zonder het patellofemorale kraakbeen te overbelasten. Het eerste specifieke doel is het computationeel repliceren van laterale patellaire maltracking en druk uitgeoefend op kraakbeen tijdens functie voor patiënten die worden behandeld voor patellaire instabiliteit. Multibody dynamische kniemodellen van patiënten die worden behandeld voor recidiverende patellaire instabiliteit zullen gebaseerd zijn op 3D-reconstructies van MRI-scans. De modelleringstechniek behandelt de botten en kraakbeenoppervlakken als starre lichamen met Hertz-contact dat de contactkrachten bepaalt en de gewrichtsbeweging begeleidt. Discrete-elementanalysetechnieken zullen worden gebruikt om contactdrukpatronen te karakteriseren op basis van overlap van kraakbeenoppervlakken. Modellen zullen individueel gevalideerd worden door output te vergelijken met in vivo data. De bron van de in vivo gegevens zal een computationele reconstructie zijn van de in vivo functie op basis van bewegingen uitgevoerd door de patiënten die de beeldvormingsgegevens leveren voor modelontwikkeling. Het tweede specifieke doel zal zijn om de invloed van chirurgische stabilisatie op de kniefunctie voor individuele patiënten computationeel te karakteriseren. MPFL-reconstructie en tibiale tuberositas-medialisatie, elk met variaties in chirurgische parameters, zullen worden gesimuleerd. De eigenlijke chirurgische procedures die bij de patiënten worden uitgevoerd, zullen worden gesimuleerd, met de invloed op laterale tracking in vergelijking met in vivo resultaten om de representatie van de chirurgische procedures te valideren. Het derde specifieke doel is om chirurgische opties te vergelijken in functie van de patellofemorale anatomie. Variaties in patellaire tracking en druk uitgeoefend op kraakbeen zullen worden vergeleken tussen MPFL-reconstructie en tuberositas-medialisatie. Daarnaast zullen technieken worden ontwikkeld om trochleaire dysplasie en tuberositas-lateralisatie binnen de modellen parametrisch te veranderen. Simulaties zullen worden uitgevoerd terwijl de anatomie wordt gevarieerd om bereiken in te stellen waarbinnen elke chirurgische optie patellaire maltracking kan beperken zonder de contactdruk te verhogen. Het modelleringssysteem zal beschikbaar zijn voor toekomstige studies die aanvullende chirurgische opties en anatomische parameters met betrekking tot patellaire instabiliteit behandelen.