Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2021; 88(4):313-320 | DOI: 10.55095/achot2021/047
Vliv vysoké osteotomie fibuly na kolenní a hlezenní kloub: analýza konečných prvkůPůvodní práce
- 1 Department of Orthopedics and Traumatology, Maltepe University Faculty of Medicine, Istanbul, Turkey
- 2 Department of Mechanical Engineering, Yildiz Technical University, Istanbul, Turkey
PURPOSE OF THE STUDY:
In this study, our aim is to examine the effect of proximal fibular osteotomy on knee and ankle kinematics with finite element analysis method.
MATERIAL AND METHODS:
One 62-year-old, female volunteer's radiologic images were used for creating lower limb model. Osteotomized model (OM) which was created according to definition of PFO and non-osteotomized model (NOM) were created. To obtain a stress distribution comparison between the two models, 350 N of axial force was applied to the femoral heads of the models.
RESULTS:
After PFO, the average contact pressure decreased 26.1% at the medial tibial cartilage and increased 42.4% at the lateral tibial cartilage. The Von Mises stresses decreased 57.1% at the femoral cartilage and decreased 79.1% at tibial cartilage. The stress on the tibial cartilage increased 44.6%, and stress on the talar cartilage increased 7.1% at the ankle joint.
CONCLUSIONS:
FEA revealed that main loading at the knee joint shifted from medial tibial cartilage to the lateral tibial cartilage after PFO. Additionally, the stresses on each cartilage were redistributed across a wider and more peripheral area. FEA also demonstrated that the Von Mises stresses of the tibial and talar cartilages of the ankle joint increased after PFO.
Klíčová slova: knee pain, osteoarthritis, osteotomy, finite element analysis, axial loadings
Zveřejněno: 15. srpen 2021 Zobrazit citaci
ACS | AIP | APA | ASA | Harvard | Chicago | Chicago Notes | IEEE | ISO690 | MLA | NLM | Turabian | Vancouver |
Reference
- Beumer A, Van Hemert WL, Swierstra BA, Jasper LE, Belkoff SM. A biomechanical evaluation of the tibiofibular and tibiotalar ligaments of the ankle. Foot Ankle Int. 2003;24:426-429.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Caplan N, Kader DF. Biomechanical analysis of human ligament grafts used in knee-ligament repairs and reconstructions. In: Banaszkiewicz PA, Kader DF. Classic papers in orthopaedics. Springer, London Heidelberg New York Dordrecht, 2014, pp.145-148.
Přejít k původnímu zdroji...
- Dell'Isola A, Allan R, Smith SL, Marreiros SS, Steultjens M. Identification of clinical phenotypes in knee osteoarthritis: a systematic review of the literature. BMC Musculoskelet Disord. 2016;17:425.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Diffo Kaze A, Maas S, Arnoux PJ, Wolf C, Pape D. A finite element model of the lower limb during stance phase of gait cycle including the muscle forces. Biomed Eng Online. 2017;16:138.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Donzelli PS, Spilker RL, Ateshian GA, Mow VC. Contact analysis of biphasic transversely isotropic cartilage layers and correlations with tissue failure. J Biomech. 1999;32:1037-1047.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Guess TM, Thiagarajan G, Kia M, Mishra M. A subject specific multibody model of the knee with menisci. Med Eng Phys. 2010;32:505-515.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Guo J, Zhang L, Qin D, Chen W, Dong W, Hou Z, Zhang Y. Changes in ankle joint alignment after proximal fibular osteotomy. PLoS One. 2019;14:e0214002.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Haut Donahue TL, Hull M, Rashid MM, Jacobs CR. A finite element model of the human knee joint for the study of tibiofemoral contact. J Biomech Eng. 2002;124:273-280.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Hayes W, Mockros L. Viscoelastic properties of human articular cartilage. J Appl Physiol. 1971;31:562-568.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Hori RY, Mockros L. Indentation tests of human articular cartilage. J Biomech. 1976;9:259-268.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Jaheer HS, Shetty AA, Choi NY, Kim K-W, Thirumal SV, Song JS, Kim KS, Chun YS, Kim SJ. Preliminary results of high fibular osteotomy (HFO) and cartilage regeneration procedure for medial compartment osteoarthritis of knee with varus deformity. Regen Ther. 2019;10:112-117.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Kendall FP, Mccreary EK, Provance PG, Rodgers M, Romani WA. Muscles: testing and function with posture and pain. 5th ed., Wolters Kluwer Health, Philadelphia PA, 2005, pp.212-213.
- Kennedy MI, Claes S, Fuso FaF, Williams BT, Goldsmith MT, Turnbull TL, Wijdicks CA, LaPrade RF. The anterolateral ligament: an anatomic, radiographic, and biomechanical analysis. Am J Sports Med. 2015;43:1606-1615.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- LaPrade RF, Bollom TS, Wentorf FA, Wills NJ, Meister K. Mechanical properties of the posterolateral structures of the knee. Am J Sports Med. 2005;33:1386-1391.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Li G, Gil J, Kanamori A, Woo SL. A validated three-dimensional computational model of a human knee joint. J Biomech Eng. 1999;121:657-662.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Łuczkiewicz P, Daszkiewicz K, Chróścielewski J, Witkowski W, Winklewski PJ. The influence of articular cartilage thickness reduction on meniscus biomechanics. PLoS One. 2016;11:e0167733.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Marchetti DC, Moatshe G, Phelps BM, Dahl KD, Ferrari MB, Chahla J, Turnbull TL, LaPrade RF. The proximal tibiofibular joint: A biomechanical analysis of the anterior and posterior ligamentous complexes. Am J Sports Med. 2017;45:1888-1892.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Pannell WC, Heidari KS, Mayer EN, Zimmerman K, Heckmann N, Mcknight B, Hill JR, Vangsness CT, Hatch GF, Weber AE. High tibial osteotomy survivorship: a population-based study. Orthop J Sports Med. 2019;7:2325967119890693.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Pfaeffle HJ, Tomaino MM, Grewal R, Xu J, Boardman ND, Woo SLY, et al. Tensile properties of the interosseous membrane of the human forearm. J Orthop Res. 1996;14:842-845.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Riza S, Marlinawati D, Fahmi MaM. COMSeg technique for MRI knee cartilage segmentation. Int Rev Appl Sci Eng. 2019;10:147-155.
Přejít k původnímu zdroji...
- Shah R, Paudel S, Kalawar R. Role of proximal fibular osteotomy in medial joint osteoarthritis of knee. Austin J Orthopade & Rheumatol. 2018;5:1071.
- Siegler S, Block J, Schneck CD. The mechanical characteristics of the collateral ligaments of the human ankle joint. Foot Ankle. 1988;8:234-242.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Simscale. What is FEA | Finite Element Analysis?. FEA | Finite Element Analysis: Simscale. Https://www.simscale com, 2021.
- Van Seymortier P, Ryckaert A, Verdonk P, Almqvist KF, Verdonk R. Traumatic proximal tibiofibular dislocation. Am J Sports Med. 2008;36:793-798.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Walke W, Paszenda Z, Kaczmarek M. Biomechanical analysis of tibia-double threaded screw fixation. Archives of Materials Science and Engineering. 2008;30:41-44.
- Wang X, Wei L, Lv Z, Zhao B, Duan Z, Wu W, Zhang B, Wei X. Proximal fibular osteotomy: a new surgery for pain relief and improvement of joint function in patients with knee osteoarthritis. J Int Med Res. 2017;45:282-289.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Wilson WT, Deakin AH, Payne AP, Picard F, Wearing SC. Comparative analysis of the structural properties of the collateral ligaments of the human knee. J Orthop Sports Phys Ther. 2012;42:345-351.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Yang ZY, Chen W, Li CX, Wang J, Shao DC, Hou ZY, Gao SJ, Wang F, Li JD, Hao JD, Chen BC, Zhang YZ. Medial compartment decompression by fibular osteotomy to treat medial compartment knee osteoarthritis: a pilot study. Orthopedics. 2015;38:e1110-1114.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Yu J, Cheung JT-M, Fan Y, Zhang Y, Leung AK-L, Zhang M. Development of a finite element model of female foot for high-heeled shoe design. Clin Biomech. 2008;23:S31-S38.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Zheng KK, Chen JN, Scholes C, Li Q. Magnetic resonance imaging (MRI) based finite element modeling for analyzing the influence of material properties on menisci responses. Applied Mechanics and Materials. 2014;553:305-309.
Přejít k původnímu zdroji...