Biomechanics of the ACL

Transcription

1 Biomechanics of the ACL James R. R Robinson MS FRCS(Orth Orth)

2 The Importance of ACL rupture ACL rupture results in large diplacements of the articular surfaces (shear forces). Meniscal Tears (Dupont et al. 1998) Predisposes to degenerative articular changes (Smith and Livesay, 1993) Alters the pattern of Osteoarthritis (Harman et al. 1998)

3 ACL Anatomy

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8 Failure of reconstruction of the anterior cruciate ligament due to impingement by the intercondylar roof. Howell SM, Taylor MA J Bone Jt Surg 75[Am]: , 1998.

9 The role of the ACL in stabilising the knee

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11 Passive restraints to 4mm anterior drawer (Butler et al, JBJS 62Am Am, , 1980)

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14 Reduction of AP laxity with fixed tibial rotation Force (N) Translation (mm) J Robinson et al, Am J Sports Med

15 (Butler, Noyes, Grood, AAOS Symp 1980)

16 During AP drawer, greater laxity in lateral compartment

17 Anterior translation Coupled internal rotation

18 Biomechanical studies in the living, weight bearing knee Logan M, Dunstan E, Robinson J, Williams A, Gedroyc W, Freeman M. Tibiofemoral kinematics of the ACLdeficient weightbearing, living knee employing vertical access open "interventional" MRI. Am J Sports Med Apr-May;32(3):720-6.

19 In the weight-bearing, living knee, ACL deficiency the tibia is anteriorly subluxed and internally rotated. The position of the centre of the femoral condyles during knee flexion ACL deficient Normal

20 ACL graft isometric behaviour How does graft placement affects length change patterns in the graft?

21 The effect of graft position on graft tension and knee laxity pattern with flexion-extension (Zavras, Race, Amis, Knee Surg, Sports Traumatol, Arthrosc 13: , 2005)

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23 Isometry from anterior to posterior graft placement Length change (mm) Anterior tightens isometric Posterior slackens Knee flexion (deg)

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25 Tension (N) (N) anterior anterior Isometric and posterior Isometric and posterior Flexion Knee (deg) flexion ( o ) (Zavras TD, Race A, Amis AA: Knee Surg, Sports Traumatol, Arthrosc 13: , 2005)

26 IKDC nearly normal limit Matching laxity Significant over-constraint

27 ACL Anatomy - 2 bundles AM PL

28 8.2 ± 1.2 mm 10.3 ± 2.7 mm 18.3 ± 2.3 mm 17.6 ± 2.1 mm 12.7 ± 2.8 mm

29 Tibial footprint variation

30 Femoral footprint variation

31 Bundle behaviour with Knee Flexion

32 PLB AMB

33 PLB slack in flexion

34 Load Sharing of ACL bundles PLB AMB The PLB resists most of the draw force near knee extension. The AMB is the primary restraint in the flexed knee. This reflects the length change patterns. (Amis & Dawkins, JBJS 73 Br: 260-7, 1991)

35 Force Sharing Mae T, Shino K, Matsumoto N, Nakata K, Nakamura N, Iwahashi T.Force sharing between two grafts in the anatomical two-bundle anterior cruciate ligament reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc Jun;14(6):505-9

36 Bundle Load Sharing Zantop T, Herbort M, Raschke MJ, Fu FH, Petersen W.The role of the anteromedial and posterolateral bundles of the anterior cruciate ligament in anterior tibial translation and internal rotation. Am J Sports Med. 2007

37 Une reconstruction plus anatomique LCA Normal Reconstruction à 2 faisceaux

38 Preuve Biomécanique 1 Resultats du LCA à 1 faisceau sont Bons! Mais Le LCA monofaisceau se comporte comme le faisceau AM seulement La cinématique de l articulation du genou normale, particulièrement en stabilité rotationnel, n est pas totalement restituée (Georgoulis et al. 2003, Tashman et al. 2004, Logan 2004) % des cas on montré un glissement du pivot résiduel (Grana et al. 1992, Karlson et al. 1994, Lerat et al. 1998) La chirurgie de reconstruction du LCA n a pas encore montré une diminution des risques d arthrose (voire augmentation du risque!)

39 Preuve Biomécanique 2 Amis 1991 JBJS [B] multi-bundle implant structures will provide a closer approach to normal knee behaviour Bach & Patterson 1997 J Biomech reciprocating function in load sharing evident between the two bundles Yagi 2002 Am J Sp Med Anatomic reconstruction was significantly closer to the intact knee than was the single-bundle reconstruction.

40 Cependant, d un point de vue clinique les premières études randomisée n ont montré aucun avantage Nous n avons pas trouvé d avantage dans le double- faisceau en comparaison avec le mono-faisceau en terme de stabilité

41 Straight Anterior Laxity

42 Mais quel résultat r clinique mesure-t-on? aucun patients ne se plaint d une d laxité antérieure anormale. Mais plutôt d un d dérobement lors des activités

43 Le Pivot Shift C est La meilleure façon de tester l instabilité fonctionnelle Mais il il reste très s Subjectif COMMENT LE MESURER?

44 Mesure de la Cinématique assistée e par Navigation La Navigation offre la possibilité de mesurer précis cisément la cinématique du genou en per-op opératoire

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46 ÉTUDE CLINIQUE

47 Principes Objectifs Méthodes Resultats Discussion Hypothèse: Fonction du faisceau Faisceau PL Oblique par rapport à l axe mécanique? Contrôle important de la LAXITE ROTATIONNELLE par rapport à l extension, in vivo Faisceau AM Reconstruction classique

48 Principes Objectifs Méthodes Resultats Discussion 17 Patients consécutifs cutifs : Protocole 1 (n=11) Protocole 2 (n=6) LCA deficient Faisceau AM réparé Faisceau PL réparé LCA deficient Faisceau PL réparé Faisceau AM réparé Diamètres moyens du Greffon AM = 7mm PL = 5.5 mm

49 Principes Objectifs Méthodes Resultats Discussion Utilisation de la Navigation pour mesurer : Translation Antéro ro-tibiale À 90 de flexion (Tiroir Antérieur rieur) À 20 de flexion (Test de Lachman) Rotation Couplée e int.. / ext.

50 Background Objectives Methods Results Discussion Navigation used to measure: Anterior Tibial Translation at 90 flexion (Anterior drawer) at 20 flexion (Lachman Test) Coupled int.. / ext. tibial rotation

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52 Background Objectives Methods Results Discussion Mesure du Pivot Shift Bull and Amis 1998 The Knee Ont montré que le pivot shift est un mouvement rotationel complexe et de translation en 3D autour d un axe hélicoïdal Mais sur le plan axial, le mouvement comprend une translation tibiale AP et une rotation couplée Int / Ext

53 Principes Objectifs Méthodes Resultats Discussion Mesure du Pivot Shift Translation Rotation Précision Translation ± 0.3 mm Rotation ± 0.5

54 Background Objectives Methods Results Discussion

55 Principes Objectifs Méthodes Resultats Discussion RESULTATS

56 À 90 (Tiroir Antérieur) Background Objectives Methods Results Discussion Tension À 20 (Lachman plus importante Test) du faisceau AM Addition Tension du à faisceau 20 Faisceau PL au PL faisceau plus importante AM pas de différence Addition du faisceau du faisceau AM PL au au faisceau PL AM Laxité réduit la Ant laxité Ant (p<0.006) (p=0.004) Addition du faisceau AM au faisceau PL aucune difference. Control of Ant. Translation mm Med 90 Lat 20 Med 20 Lat Pivot Rupture du LCA Reconstruction Faisceau AM Reconstruction Faisceau PL Reconstruction 2 faisceaux

57 Test de la rotation couplée au tiroir 30 Rotation lors du Pivot Shift Background Objectives Methods Results Discussion À 90 : Pas d effet sur la rotation couplée avec le f. AM ou PL F. AM réduit de façon significative la rotation (p=<0.0001) À 20 : La rotation interne couplée est réduite par Addition du f. PL résulte en une réduction supplém. (p=0.0002) le f. AM (p=0.0003) Addition du f. AM au f. PL pas de différence significative Addition du Control f. PL réduction of Rotation (p=0.0017) 25 Deg LCA rompu reconstruction AM reconstruction PL Reconstruction 2Fx 5 0 Coupled IR 90 Coupled IR 20 Pivot Donc le f. PL est plus important dans le contrôle de la

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59 Conclusion Faisceau AM Contrôle de la TRANSLATION plus important (particul. à 90 ) Faisceau PL Important dans le contrôle de la ROTATION et de la Translation plus important en Extension

60 Question: Avez-vous comparé la reconstruction mono-faisceau au double-faisceau pouvez-vous noter une différence?

61 35 Consecutive Patients: 17 Patients with Double-bundle reconstruction V s 18 Patients with Single-bundle reconstruction Navigation analysis of Pivot Shift Rotation + Translation

62 % réduction dans la laxité du Pivot Mono-faisceau Double faisc Translation Rotation

63 Question: Mais pourquoi ne pas déplacer le tunnel fémoral à 2h30 ou même 3 heures pour améliorer le contrôle de la rotation?

64 ISOMETRY ANALYSIS

65 La Recherche de l isoml isométrie

66 Principes Objectifs Méthodes Resultats Discussion Méthode Navigation utilisée pour évaluer l Isométrie des différentes positions du tunnel fémoral Flexion/Extension passive du genou à 0 - Flexion complète La distance entre les ouvertures de tunnels est mesurée

67 Vertical Tunnel Placement

68 Background Objectives Methods Resultats Discussion RESULTATS

69 RÉSULTATS INCOMPATABILITÉ entre l ISOMÉTRIE et le CONTRÔLE de la ROTATION

70 Recherches futures? La cinématique est-elle rendue normale? Un meilleur contrôle de la rotation fait une différence quant : À la stabilité fonctionnelle? Au développement de l Arthrose Ostéo-articulaire Quels patients nécessite une reconstruction à double faisceau?

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72 Reconstruction faisceaux Reconstruction LCA Rompu 21faisceaux

73 LCA Rompu Reconstruction Fx AM Reconstruction a 2 Fx?

74 Index Pivot Shift!! Translation mm Rotation Ratio T / R Varie de 0,25 à 0,86 Moyenne 0,52 < 0,5 Chirurgie additionnelle??

75 Variations Inter Opérateurs

76 Principes Objectifs Méthodes Resultats Discussion Conclusions Conclusions Les faisceaux AM et PL révèlent des actions différentes et synergiques dans le contrôle de la translation et de la rotation tibial Faisceau AM Translation Faisceau PL Rotaton Meilleur contrôle du pivot dans la reconstruction à double faisceaux La Navigation est un outil important pour définir la laxité individuelle

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78 Trackers mounted on bone clamps to reduce femoral rotational errors Sensor on femoral tracker Sensor on tibial tracker Transmitter

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