Three dimensional modelling of the knee joint: Prediction of ligamenet related gaid abnormalities

Abstract

Bu çalısmanın amacı ön çapraz bagın ön parçasının (aÖÇB), arka çapraz bagın önparçasının (aAÇB), iç yan bagın ön ve derin kısımlarının (aYB, dYB) ve kaval keimigi ileuyluk kemigi arasındaki temasın pasif diz bükülmesine olan etkisini arastrmaktır.Çalısmamızda normal bir uyluk-kaval kemik ekleminin üç boyutlu dinamik hereketlerinitahmin etmek için bag parçalırının kemige tutundugu noktaları, uyluk-kaval kemik eklemin içve dıs tarafındaki yüzeylerini içeren 3 boyutlu anatomik dinamik bir model kullanıldı.Hareketleri, boyu diz bükülmesi sırasında degismeyen bag kısımları (aÖÇB, aAÇB,aYB, dYB) ve iç-dıs taraf eklem yüzeyleri ile sınırlanmıs bir baska üç boyutlu dinamikuyluk-kaval kemik modeli kaval kemiginin uyluk kemigi üzerinde olusturdugu izleribelirlemek için kullnıldı. Kaval kemiginin diz eklmeinin bükülmesi sırasındaki dönmehareketleri her iki modelle ve literatürle karsılastırıldı.Çalısmamızda olusturdugumuz uyluk?kaval eklemi, diz kapagı-kaval-uyluk eklemmodeline eklenmis ve yeni olusturulan modelin dogrulugu, klinikte ÖÇB yırtıgı tespiti içinkullanılan çekmece testi ve diz düzeltme egzersizi simüle edilerek test edildi. Bu model tümvücut modeline yerlestirilerek normal ve ÖÇB yaralanması olan hastaların yürümesini simüleetmek için kullanıldı.Alınan sonuçlar literatüre ve dogal diz kapagı- uyluk?kaval kemik eklem modeli ileyakın bir uyumluluk gösterdi.Çalısmamızda kullanılan diz modeli, ÖÇB yaralanmalı hastalara uygulanan kliniktestlerde ve bu hastaların yürüyüsünü simüle edebilmistir. Bu çalısmada yukarıda bahsi geçenbag parçalının yerini veya uzunlugunu degistirecek herhengi bir girisimin dizin dogalsınırlarını olusturan yapıları bozabilecegi ve agrıya neden olabilecegidir. Cerrahi tedavi, bagkısımlarının geometrisinin ve eklem geometrisinin dogrulugunu saglanması gerekmektedir.Anahtar Kelimeler: Diz, Kinematik, Geometri, 3 boyutlu model, Bag cerrahisi.

The purpose of this study is to investigate the affect of anterior bundle of ACL (aACL),anterior portion of posterior cruciate ligament PCL (aPCL), anterior and deep portions of MCL(aMCL, dMCL) and the tibiofemoral articular contacts on to passive knee motion.A well accepted reference model for a normal tibio-femoral joint was reconstructedfrom the literature in which attachments of the bundles of the ligaments and the articularsurfaces in medial and the lateral components were carefully defined.Another three dimensional dynamic tibiofemoral model which includes the isometricfascicles, aACL, aPCL, aMCL, dMCL, and the medial-lateral articular surfaces wererepresented as the constraints to predict the trajectory of the tibia on the femur during flexion.The tibiofemoral model was also integrated in to the dynamic patella-tibio-femoralmodel. The behavior of the knee model was also tested by simulating dynamic and staticclinical tests such as knee extension exercise and drawing test. The patello- tibio-femoralmodel was integrated into full-body model to simulate people walk with normal and ACLdeficient patterns.The predictions were closely agreed with the literatures and correspond well tomeasurements of the model which represents natural patello-tibio-femoral joint. The aACL,aPCL, aMCL, dMCL bundles and the medial-lateral articular surfaces might play a primaryrole to give the nature of distal femoral sphere like shape. The clinical significance of the workis that anything which changes the lengths and locations of the related ligaments may demolishnatural constraints and force the articular structures in to unnatural shape which may make theknee to change contact behavior on the articular surface and may cause pain. The surgicaltreatments must be accurate enough to provide both ligament bundle geometries and articulargeometry to achieve a problem free knee kinematics after the surgery.Keywords: Knee, Kinematics, Geometry, Three-dimensional model, Ligament surgery.