Symulacja obliczeniowa niestabilności rzepki

Dwie najczęstsze procedury stabilizacji u pacjentów z nawracającą niestabilnością rzepki to rekonstrukcja więzadła rzepkowo-udowego przyśrodkowego (MPFL) oraz medializacja guzowatości kości piszczelowej. Rekonstrukcja MPFL zyskuje na popularności, w dużej mierze ze względu na wymagania techniczne związane z wyrównaniem guzowatości kości piszczelowej i obawy związane z gojeniem się kości w obrębie osteotomii. W przypadkach ciężkiej dysplazji bloczkowej i/lub dramatycznie bocznej guzowatości kości piszczelowej, proteza MPFL napięta zgodnie z obowiązującymi normami może nie zapewniać wystarczającego oporu, aby ograniczyć boczne przesuwanie rzepki, co powoduje ciągłą niestabilność. Zwiększenie napięcia przeszczepu może spowodować przeciążenie przyśrodkowej chrząstki rzepkowo-udowej. Proponowane badanie opiera się na hipotezie, że zdolność rekonstrukcji MPFL do skutecznego ograniczenia bocznego maltretowania rzepki maleje wraz ze wzrostem dysplazji bloczkowej i bocznego ustawienia guzowatości kości piszczelowej. Przeprowadzona zostanie dynamiczna symulacja obliczeniowa funkcji kolana w celu ustalenia standardów anatomicznych, dla których medykalizacja guzowatości kości piszczelowej jest bardziej prawdopodobna niż rekonstrukcja MPFL w celu ograniczenia maltretowania rzepki bez przeciążania chrząstki rzepkowo-udowej. Pierwszym konkretnym celem jest obliczeniowa replikacja bocznego nieprawidłowego ruchu rzepki i nacisku wywieranego na chrząstkę podczas czynności u pacjentów leczonych z powodu niestabilności rzepki. Dynamiczne wieloczłonowe modele kolan reprezentujące pacjentów leczonych z powodu nawracającej niestabilności rzepki będą oparte na rekonstrukcjach 3D ze skanów MRI. Technika modelowania traktuje powierzchnie kości i chrząstek jako ciała sztywne, w których kontakt Hertza określa siły kontaktowe i kieruje ruchem stawu. Techniki analizy elementów dyskretnych zostaną wykorzystane do scharakteryzowania wzorców nacisku kontaktowego w oparciu o zachodzenie na siebie powierzchni chrząstki. Modele zostaną indywidualnie zweryfikowane przez porównanie danych wyjściowych z danymi in vivo. Źródłem danych in vivo będzie komputerowa rekonstrukcja funkcji in vivo na podstawie ruchów pacjentów, którzy dostarczają dane obrazowe do opracowania modelu. Drugim celem szczegółowym będzie obliczeniowa charakterystyka wpływu stabilizacji chirurgicznej na funkcję stawu kolanowego u poszczególnych pacjentów. Symulowana będzie rekonstrukcja MPFL i medializacja guzowatości kości piszczelowej, każda z różnymi parametrami chirurgicznymi. Rzeczywiste procedury chirurgiczne przeprowadzane na pacjentach będą symulowane, a wpływ na śledzenie boczne będzie porównywany z wynikami in vivo, aby zweryfikować odwzorowanie procedur chirurgicznych. Trzecim celem szczegółowym będzie porównanie opcji chirurgicznych w funkcji anatomii rzepkowo-udowej. Różnice w śledzeniu rzepki i nacisku wywieranym na chrząstkę zostaną porównane między rekonstrukcją MPFL a medializacją guzowatości. Ponadto opracowane zostaną techniki parametrycznej zmiany dysplazji bloczkowej i lateralizacji guzowatości w modelach. Symulacje zostaną przeprowadzone, zmieniając anatomię, aby ustawić zakresy, w których każda opcja chirurgiczna może ograniczyć nieprawidłowe śledzenie rzepki bez zwiększania nacisków kontaktowych. System modelowania będzie dostępny do przyszłych badań dotyczących dodatkowych opcji chirurgicznych i parametrów anatomicznych związanych z niestabilnością rzepki.