نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی- بیومکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 عضو هیأت علمی و استادیار گروه مهندسی پزشکی- بیومکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 جراح زانو و استادیار گروه ارتوپدی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران

10.22041/ijbme.2012.13098

چکیده

هدف از انجام این مطالعه، مقایسه سطح تماس و فشار وارده بر مفصل تیبیوفمورال در حین اعمال پیچش‌های داخلی و خارجی استخوان تیبیا است. برای این منظور استخوان تیبیای پای سالم جسد 5 مرد تازه یخ زده با روش استئوتومی از 40 درجه داخلی تا 40 درجه خارجی در گام‌های 10 درجه پیچش یافته؛ سپس در هر مرحله با استفاده از سیستم مکانیکی طراحی شد. به منظور شبیه‌سازی موقعیت استاتیک انسان ایستاده بر روی 2 پا، مفصل تیبیوفمورال هر پا به‌طور جداگانه در حالت فول‌اکستنشن زانو، تحت بارگذاری 400 نیوتن در امتداد محور طولی پا قرار گرفت. سطح تماس و مقدار متوسط و بیشینه فشار وارد بر مفصل تیبیوفمورال با استفاده از فیلم‌های Fujifilm prescaleاندازه‌گیری شد. نتایج نشان دادند که سطح تماس‌ها در حین دوران‌ها تغییر چندانی نکرده است. فشار وارد بر کمپارتمنت میانی مفصل تیبیوفمورال، به‌طور قابل ملاحظه‌ای در پیچش‌های خارجی افزایش و در پیچش‌های داخلی، کاهش یافت. فشار وارد بر کمپارتمنت جانبی مفصل تیبیوفمورال در حین پیچش‌های خارجی و داخلی، تغییر محسوسی نداشت. تغییر فشار اعمال شده بر بخش میانی تیبیوفمورال در موقعیت‌های پیچشی مختلف استخوان تیبیا، می‌تواند در تغییر سرعت گسترش آرتروز زانو و به‌خصوص در افراد دچار اُستئوآرتریت یک‌طرفه میانی زانو بسیار مؤثر باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

To Design and Make a Mechanical System for Clinical Studying on Rotational Deformities of Tibia Affecting the Tibiofemoral Contact Pressure under Standing Position Loading of Human Cadavers

نویسندگان [English]

  • Sara Sadat Farshidfar 1
  • Mohammad Reza Mallakzadeh 2
  • Hamid Reza Yazdi 3

1 M.Sc. Biomechanics Group, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology

2 Assistant Professor, Biomechanics Group, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology

3 Assistant Professor, Orthopedics Group, School of Medicine, Tehran University of Medical Science

چکیده [English]

The aim of this study was to compare the contact area and pressure within medial and lateral compartments of tibiofemoral joint during internal and external rotational deformities of tibia bone. Methods: five lower extremities of fresh frozen human cadavers were tested by using a mechanical system was designed for the first time in IRAN to simulate the static position loading of standing on two legs in full extension knee under 400N loading along the longitudinal axis of each foot. The contact area and pressure were measured by FUJIfilm Prescale films under axial loading in neutral rotation and serial mal-rotations of tibia from 40 degrees external to 40 degrees internal mal-rotations in 10 degrees increments by tibial osteotomy. Results: contact area and lateral compartment contact pressure was not significantly affected by mal-rotations. Medial compartment contact pressure increased with external and decreased with internal mal-rotations. Changing the medial compartment contact pressure of tibiofemoral joint in various rotational alignments of tibia can be very effective in rapid growth of knee osteoarthritis symptoms specially in people with unilateral medial knee osteoarthritis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • knee osteoarthritis
  • tibial rotations
  • contact area
  • contact pressure
  • tibiofemoral joint

[1]     B.L. O'Connor and K.D. Brandt, Neurogenic factors in the etiopathogenesis of osteoarthriti; Rheumatic Diseases Clinics of North America, 1993; 19: 581–605.

[2]     D.G. Eckhoff, R.C. Kramer, Femoral anteversion and arthritis of the knee; Pediatric Orthop, 1994; 14: 608–610.

[3]     T. Yagi, Tibial torsion in patients with medial-type osteoarthrotic knees; Clin Orthop Relat, 1994; 302: 52–56.

[4]     M.S. Turner, The association between tibial torsion and knee joint pathology; Clin Orthop Relat, 1994; 302: 47–51.

[5]     P. Bretin, P.F. O’Loughlin, Influence of femoral malrotation on knee joint alignment and intra-articular contract pressures; Arch Orthop Trauma Surg, PMID: 21069363.

[6]     M. Tanzer, C.A. McLean, Effect of femoral component designs on the contact and tracking characteristics of the unresurfaced patella in total knee arthroplasty; Canadian Journal of Surgery , 2001; 44(2):127–13.

[7]     H.A. McKellop, G. Sigholm, The effect of simulated fracture-angulations of the tibia on cartilage pressures in the knee joint; Bone Joint Surg, 1991; 73:1382–1391.

[8]     J.J. Gugenheim, R.A. Probe, The effects of femoral shaft malrotation on lower extremity anatomy; Orthop Trauma, 2004; 18: 658–664.

[9]     S.K. Lynn, T. Kajaks, P.A. Costigan, The effect of internal and external foot rotation on the adduction moment and lateral-medial shear force at the knee during gait; Sci Med Sport, 2008; 11: 444–451.

[10] A.J. Teichtahl, M.E. Morris, Foot rotation–a potential target to modify the knee adduction moment; Sci Med Sport, 2006; 9: 67–71.

[11] J.R. Davids, R.B. Davis, Tibial torsion: significance and measurement; Gait & Posture, 2007; 26:169–171.

[12] M. Kenawey, E. Liodakis, C. Krettek, Effect of lower limb rotational alignment on tibiofemoral contact pressure; Knee Surg Sport Taumatol Arthrosc, 2011.