Patellofemorale drukken in normale en pathologische omstandigheden Reproduceerbaarheid van

73 Pages·2009·4.14 MB·Dutch

by  Jasper Bruyneel

Academiejaar 2008 - 2009

Patellofemorale drukken in normale en
pathologische omstandigheden
Reproduceerbaarheid van de patellofemorale
drukmeting in normale omstandigheden

Pieter BEEKMAN

Jasper BRUYNEEL

Promotor: Prof. Dr. R. Verdonk
Prof. Dr. F. Almqvist
Co-promotor: Dr. Ir. J. Quintelier

Scriptie voorgedragen in de 2de Master in het kader van de opleiding tot
ARTS
“De auteur(s) en de promotor geven de toelating deze scriptie voor consultatie
beschikbaar te stellen en delen ervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander
gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met
betrekking tot de verplichting uitdrukkelijk de bron te vermelden bij het aanhalen van
resultaten uit deze scriptie.”

Datum

(handtekening student (en)) (handtekening promotor)

Beekman Pieter Prof. Dr. R. Verdonk
Bruyneel Jasper Prof. Dr. F. Almqvist
ii
Voorwoord

Wij hebben de voorbije 2 jaar hard gewerkt om deze studie te ontwikkelen. Het onderzoek om
de patellofemorale drukmetingen uit te voeren, is met deze thesis van start gegaan. Het zou
niet mogelijk geweest zijn deze thesis tot een goed einde te brengen zonder de steun van de
volgende mensen.

Onze promotoren prof. dr. R. Verdonk en prof. dr. F. Almqvist bedanken we voor de
raadgeving en het bieden van de faciliteiten om dit onderzoek uit te voeren. Onze co-
promotor, dr. ir. J. Quinelier, bedanken we voor het technische gedeelte van het onderzoek.
Brecht Baeten heeft veel betekend voor ons eerste thesisjaar.
We willen ook Pieter-Jan De Roo bedanken voor zijn interesse en zijn inzet om dit
onderzoeksproject te begeleiden.
We zijn zeer geïnteresseerd naar de verdere evolutie van het project. We worden nu afgelost
door een eerste master geneeskunde student, Cedric Robbrecht. Ook hij heeft meegewerkt
sinds een jaar, waarvoor we hem bedanken.

Er zijn nog 2 personen die eveneens aandacht verdienen en die we willen bedanken.
Aron De Smet voor het bijstaan in het verkrijgen van geschikte donorspecimens en
Juri Planckaert voor zijn bereidwilligheid en communicatie tussen de verschillende personen
betrokken in dit onderzoek.

Tenslotte bedanken wij familie en vrienden voor hun steun om dit werk tot een goed einde te
brengen.

Pieter Beekman en Jasper Bruyneel, mei 2009.
iii
Inhoudstafel

1 Abstract..............................................................................................................................1
2 Inleiding.............................................................................................................................3
2.1 Patellofemoraal pijnsyndroom...................................................................................3
2.2 Pathofysiologie...........................................................................................................3
2.3 Kliniek........................................................................................................................4
2.4 Therapie......................................................................................................................5
2.5 Kinematica.................................................................................................................6
2.6 Situering van het onderzoek.......................................................................................6
2.7 Doelstelling................................................................................................................8
2.8 Anatomie....................................................................................................................8
2.8.1 Beenderige structuren van het kniegewricht......................................................8
2.8.2 Ligamentaire structuren: Ligamentum collaterale fibulare en tibiale en het
mediaal patellofemoraal ligament....................................................................................10
2.8.3 Het gewrichtskapsel.........................................................................................11
2.8.4 Musculatuur......................................................................................................11
2.8.4.1 M. quadriceps femoris..................................................................................11
2.8.4.2 Hamstrings ...................................................................................................13
2.9 Biomecahnica...........................................................................................................13
3 Methodologie...................................................................................................................18
3.1 Populatiebeschrijving...............................................................................................18
3.2 De proefstand...........................................................................................................19
3.2.1 Actuator............................................................................................................20
3.3 Materialen en technieken .........................................................................................20
3.3.1 Medische beeldvorming...................................................................................20
3.3.2 Inbedden...........................................................................................................22
3.3.3 De druksensor...................................................................................................23
3.3.4 Calibratie..........................................................................................................25
3.3.5 Plaatsen van de druksensor..............................................................................25
3.3.5.1 Osteotomie...................................................................................................25
3.3.5.2 Artrotomie met laterale abord......................................................................27
3.3.6 De aangrijpingsplaats van de actuator..............................................................28
iv
3.3.7 Plaatsen knie in testrig......................................................................................28
3.3.8 Testverloop.......................................................................................................29
3.3.9 Meetprogramma’s............................................................................................29
3.3.10 3D-analyse........................................................................................................29
3.3.11 Gegevensverwerking........................................................................................31
4 Resultaten.........................................................................................................................34
4.1 Retropatellaire druk..................................................................................................34
4.2 Fixatiemateriaal sensor.............................................................................................34
4.3 Knielengte................................................................................................................35
4.4 Overgang van osteotomie naar laterale abord..........................................................36
4.5 Laterale rotatie van knie...........................................................................................38
4.5.1 Speling tussen inbedcilinder en mechanisch gewricht.....................................43
4.5.2 Analyse van de inbedmethode..........................................................................44
4.5.3 3D-analyse om tracking van de patella te analyseren......................................45
4.5.4 Vertrek uit extensie..........................................................................................46
4.6 Voorbeelden gemeten waarden................................................................................47
5 Discussie...........................................................................................................................50
5.1 Vrijheidsgraden en enkel..........................................................................................50
5.2 Beperkingen .............................................................................................................52
5.3 Toekomstplanning....................................................................................................54
5.4 Besluit.......................................................................................................................55
6 Referentielijst...................................................................................................................57

v
Lijst met figuren
Figuur 1: de condylus lateralis en de trochlea (Baeten, 2008)...................................................9
Figuur 2: de Wiberg types van de patella (Tecklenburg et al., 2006)......................................10
Figuur 3: illustratie begrip Q-angle © Floyd E. Hosmer.........................................................12
Figuur 4: de 3 spiergroepen van de hamstrings (www.beebleblog.com).................................13
Figuur 5: patellofemorale contactoppervlakte in functie van de flexiehoek (Hungerford and
Barry, 1979) M= plaats van mediane rand; A-B= lijn die het mediale facet van het “odd”
facet scheidt......................................................................................................................14
Figuur 6: groter wordende patellofemorale compressiekracht bij toename flexiehoek
(Vanderstraeten, 2008) R= patellofemorale compressiekracht; Fq= Quadricepskracht;
Fpp= kracht van de patellapees........................................................................................15
Figuur 7: krachtwerking op patella in het frontale vlak (Hungerford, Barry, 1979)................16
Figuur 8: krachtwerking op patella in transversaal vlak (Vanderstraeten, 2008) Fq’= valgus
vector; Fpf= patellofemorale compressiekracht; R= resulterende kracht........................16
Figuur 9: De 6 vrijheidsgraden van het PF (Katchburian et al. 2003).....................................17
Figuur 10: proefstand met donorknie.......................................................................................19
Figuur 11: knie steunt op polyurethaan hoeken (blauw)..........................................................21
Figuur 12: inbedding van de knie met behulp van een statief..................................................23
Figuur 13: I-scan® (Tekscan, Inc.) (Baeten, 2008).................................................................24
Figuur 14: technische tekening van de I-Scan® (Baeten, 2008)..............................................24
Figuur 15 (links): sensor in knie na osteotomie.......................................................................26
Figuur 16 (rechts): positie van schroef en krachtwerking na osteotomie (Baeten, 2008)........26
Figuur 17: opening knie na artrotomie met lateral abord.........................................................27
Figuur 18: sensor in knie na artrotomie met laterale abord......................................................28
Figuur 19: rectus femoris en pees van vastus intermedius in klem..........................................28
Figuur 20: ontvanger van de geluidsgolven.............................................................................30
Figuur 21: pijl duidt zender aan op het kniegewricht in de proefstand....................................31
Figuur 22: screenshot van het krachtcentrum op de retropatellaire oppervlakte.....................32
Figuur 23: patellofemorale druk tijdens flexie en extensie voor verschillende flexiehoeken
(Baeten, 2008)..................................................................................................................33
Figuur 24: lijmen die overwogen zijn om de sensor aan de patella te kleven..........................35
Figuur 25: indraaien van de schroef met het rondel.................................................................37
Figuur 26: relatie tussen quadricepskracht, flexie hoek en tibia rotatie in functie van de tijd.39
vi
Figuur 27: relatie tussen drukkracht en drukoppervlak in functie van de tijd..........................40
Figuur 28: relatie tussen axiale tibiakracht en quadricepskracht in functie van de tijd...........41
Figuur 29: femur rotatie in functie van de tijd.........................................................................42
Figuur 30: opening tussen inbedcilinder en mechanisch gewricht: knie 4 van medioposterier
(Links) en knie 5 van lateraal (rechts)..............................................................................43
Figuur 31: 2 maal dezelfde foto met links de hoek tussen femur en tibia (110°) en rechts de
hoek tussen de inbedcilinders (138°)...............................................................................44
Figuur 32: 2 maal dezelfde foto met verbeterde inbedtechniek, links de hoek tussen femur en
tibia (67°) en rechts de hoek tussen de inbedcilinders (70°)...........................................45
Figuur 33: screenshot van statische 3D-opname tijdens het experiment.................................46
Figuur 34: bij vergroten van de flexiehoek vergroot ook de quadricepskracht........................47
Figuur 35: mechanisch enkelgewricht As1= flexie-extensie As2= adducte-abductie As3=
endo-exorotatie (Dockers en Stevens, 2006)....................................................................51
Figuur 36: kunststofprothese van pathologische knie gemaakt met RPT (Quintelier)............55
Figuur 37: tekening van kadaverknie met zaagvlakken (Quintelier).......................................55

vii
Lijst met tabellen

Tabel 1: selectie van maximumdrukwaarden van testen van knie 7, 8, 10, 11 en 12..............47
Tabel 2: verschillende parameters bij verschillende testen van knie 12..................................48

viii
1 Abstract

Anterieure kniepijn en instabiliteit van de patella zijn de belangrijkste symptomen van het
patellofemorale pijnsyndroom (PFPS). Klinisch kan het PFPS in twee groepen onderverdeeld
worden: malalignatie en de musculaire disfunctie. Het klinische beeld en de etiologie van de
klachten bepalen de conservatieve of de chirurgische therapie.
In de literatuur is reeds onderzoek uitgevoerd om de complexe etiologie van het PFPS te
onderzoeken en de verschillende behandelingsmodaliteiten te vergelijken. De literatuur
beschrijft een aantal experimenten waarin dit onderzocht is door middel van in-vitro
patellofemorale drukmetingen in statische omstandigheden.

De doelstelling van deze studie is een reproduceerbare methode te ontwikkelen om
patellofemorale drukmetingen uit te voeren in normale donorknieën. Deze studie vormt de
aanzet voor een meerjarig project waarin patellofemorale drukken in normale en in
pathologische omstandigheden zullen bepaald worden. De bedoeling van dit project is
onderzoek te doen naar de patellofemorale drukken in de context van het PFPS.
Hiervoor wordt gebruik gemaakt van het biomechanisch model Gent Knee Rig (GKR). Het
model simuleert een flexie en een extensie door te trekken aan de m. rectus femoris en de
vastus intermedius van de quadriceps via een lineaire actuator. De specimens zijn afkomstig
van een donorlichaam verkregen via de vakgroep Anatomie van de Universtiteit Gent.

7 experimenten zijn geslaagd terwijl 5 experimenten geen goede uitkomst hebben. 5 van de 7
geslaagde experimenten worden weerhouden in deze studie: het ene experiment is besproken
in de thesis van Brecht Baeten (2008), het andere heeft door een fout in de
verwerkingsprocedure geen resultaten opgeleverd.
In de loop van het onderzoek zijn enkele belangrijke stappen gezet naar het ontwikkelen van
een werkbare en reproduceerbare methode.
Er is een methode ontwikkeld om de specimens voor te bereiden zodat de natuurlijke variatie
van de verschillende specimens weinig invloed heeft. Er wordt rekening gehouden met de
inbedmethode, de knielengte, de verschillende spiergroepen en de anatomie van de knie.

De vergelijking tussen de osteotomie en de artrotomie met laterale abord toont aan dat de
artrotomie de beste methode is om de sensor in te brengen. Dermabond® is de meest
1
geschikte lijm omdat het de sensor fixeert aan de retropatellaire oppervlakte en nadien
gemakkelijk te verwijderen is.
De resultaten van de verschillende experimenten maken duidelijk dat de 1200 PSI I-scan® het
meest geschikt is. De test- en meetapparatuur zijn tijdens de experimenten verder op punt
gezet. Bijkomend is gekozen voor 3D-analyse (Zebris) om de kinematica van de patella te
evalueren.

Er zijn verschillende problemen opgetreden bij de experimenten. Hiervoor zijn oplossingen
bedacht. Een majeur probleem is het lateraal roteren van de knie: het wordt veroorzaakt door
een excessieve exorotatie van de tibia.
3 mogelijke oorzaken worden weerhouden: een kapotte schroefdraad van de aluminium
inbedcilinder, een foutieve inbedmethode of een te geringe weerstand in het mechanisch
enkelgewricht.
De reproduceerbaarheid van de methode is sterk verbeterd door deze oorzaken aan te pakken.
Ten gevolge van de minimale wrijving in het mechanisch enkelgewricht volgens de axiale as,
wordt er geopteerd om in het mechanisch enkelgewricht een weerstand te plaatsen van 7 à 8N.

De geslaagde knie-experimenten geven aan dat er een belangrijke bijdrage is geleverd om de
doelstelling reproduceerbaarheid te bereiken. Verschillende metingen geven drukwaarden die
variëren tussen 1.2 en 6.3 MPa. Deze belangrijke variatie kan enerzijds verklaard worden
door de variatie tussen de verschillende specimens en anderzijds door de verschillende
deelnemers aan dit onderzoek. Bovendien is de beschreven methode geëvolueerd waardoor dit
niet telkenmale op dezelfde manier is verlopen.

In deze studie is een belangrijke stap gezet naar de ontwikkeling van een werkzame
proefstand met reproduceerbare resultaten. Naar de toekomst toe, zijn er verdere
experimenten noodzakelijk om de reproduceerbaarheid van de patellofemorale drukmeting te
onderzoeken. Wanneer meerdere geslaagde experimenten op normale knieën uitgevoerd zijn,
kunnen toepassingen en pathologische condities getest worden.
2