Beräkningssimulering av patellar instabilitet

De två vanligaste stabiliseringsprocedurerna för patienter med återkommande patellär instabilitet är rekonstruktion av det mediala patellofemorala ligamentet (MPFL) och medialisering av tibial tuberositet. MPFL-rekonstruktion har ökat i popularitet, till stor del beroende på de tekniska kraven på omställning av tibial tuberositet och oro relaterade till benläkning över osteotomi. I fall av svår trochleär dysplasi och/eller en dramatiskt lateraliserad tibial tuberositet, kan ett MPFL-transplantat spänt enligt gällande standarder kanske inte ge tillräckligt motstånd för att begränsa lateral patellaspårning som orsakar fortsatt instabilitet. Ökad transplantatspänning kan överbelasta det mediala patellofemorala brosket. Den föreslagna studien är baserad på hypotesen att MPFL-rekonstruktionens förmåga att effektivt begränsa lateral patellär maltracking minskar när trochleär dysplasi och lateral position av tibial tuberositet ökar. Beräkningsdynamisk simulering av knäfunktion kommer att utföras för att fastställa anatomiska standarder för vilka tibial tuberositetsmedicinering är mer sannolikt än MPFL-rekonstruktion för att begränsa patellär maltracking utan att överbelasta patellofemoralt brosk. Det första specifika syftet är att beräkningsmässigt replikera lateral patellär maltracking och tryck som appliceras på brosk under funktion för patienter som behandlas för patellär instabilitet. Multibody dynamics knämodeller som representerar patienter som behandlas för återkommande patellär instabilitet kommer att baseras på 3D-rekonstruktioner från MRI-skanningar. Modelleringstekniken behandlar ben och brosket som stela kroppar med Hertz-kontakt som bestämmer kontaktkrafter och styr ledrörelser. Diskreta elementanalystekniker kommer att användas för att karakterisera kontakttryckmönster baserat på överlappning av brosketytor. Modeller kommer att valideras individuellt genom att jämföra utdata med in vivo-data. Källan till in vivo-data kommer att vara beräkningsrekonstruktion av in vivo-funktion baserat på rörelser utförda av patienterna som tillhandahåller bilddata för modellutveckling. Det andra specifika syftet kommer att vara att beräkningsmässigt karakterisera inverkan av kirurgisk stabilisering på knäfunktionen för enskilda patienter. MPFL-rekonstruktion och tibial tuberositetsmedialisering, var och en med variationer i kirurgiska parametrar, kommer att simuleras. De faktiska kirurgiska ingreppen som utförs på patienterna kommer att simuleras, med inverkan på lateral spårning jämfört med in vivo-resultat för att validera representationen av de kirurgiska ingreppen. Det tredje specifika syftet kommer att vara att jämföra kirurgiska alternativ som en funktion av patellofemoral anatomi. Variationer i patellär spårning och tryck som appliceras på brosk kommer att jämföras mellan MPFL-rekonstruktion och tuberositetsmedialisering. Dessutom kommer tekniker för att parametriskt förändra trochleär dysplasi och tuberositetslateralisering inom modellerna att utvecklas. Simuleringar kommer att utföras med varierande anatomi för att ställa in intervall över vilka varje kirurgiskt alternativ kan begränsa patellär maltracking utan att höja kontakttrycket. Modelleringssystemet kommer att vara tillgängligt för framtida studier som tar upp ytterligare kirurgiska alternativ och anatomiska parametrar relaterade till patellär instabilitet.