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

Transcriptie

1 Academiejaar 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 2 de Master in het kader van de opleiding tot ARTS

2 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 Bruyneel Jasper Prof. Dr. R. Verdonk Prof. Dr. F. Almqvist ii

3 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 copromotor, 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 iii

4 Inhoudstafel 1 Abstract Inleiding Patellofemoraal pijnsyndroom Pathofysiologie Kliniek Therapie Kinematica Situering van het onderzoek Doelstelling Anatomie Beenderige structuren van het kniegewricht Ligamentaire structuren: Ligamentum collaterale fibulare en tibiale en het mediaal patellofemoraal ligament Het gewrichtskapsel Musculatuur M. quadriceps femoris Hamstrings Biomecahnica Methodologie Populatiebeschrijving De proefstand Actuator Materialen en technieken Medische beeldvorming Inbedden De druksensor Calibratie Plaatsen van de druksensor Osteotomie Artrotomie met laterale abord De aangrijpingsplaats van de actuator iv

5 3.3.7 Plaatsen knie in testrig Testverloop Meetprogramma s D-analyse Gegevensverwerking Resultaten Retropatellaire druk Fixatiemateriaal sensor Knielengte Overgang van osteotomie naar laterale abord Laterale rotatie van knie Speling tussen inbedcilinder en mechanisch gewricht Analyse van de inbedmethode D-analyse om tracking van de patella te analyseren Vertrek uit extensie Voorbeelden gemeten waarden Discussie Vrijheidsgraden en enkel Beperkingen Toekomstplanning Besluit Referentielijst v

6 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) Figuur 3: illustratie begrip Q-angle Floyd E. Hosmer Figuur 4: de 3 spiergroepen van de hamstrings ( 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 Figuur 6: groter wordende patellofemorale compressiekracht bij toename flexiehoek (Vanderstraeten, 2008) R= patellofemorale compressiekracht; Fq= Quadricepskracht; Fpp= kracht van de patellapees Figuur 7: krachtwerking op patella in het frontale vlak (Hungerford, Barry, 1979) Figuur 8: krachtwerking op patella in transversaal vlak (Vanderstraeten, 2008) Fq = valgus vector; Fpf= patellofemorale compressiekracht; R= resulterende kracht Figuur 9: De 6 vrijheidsgraden van het PF (Katchburian et al. 2003) Figuur 10: proefstand met donorknie Figuur 11: knie steunt op polyurethaan hoeken (blauw) Figuur 12: inbedding van de knie met behulp van een statief Figuur 13: I-scan (Tekscan, Inc.) (Baeten, 2008) Figuur 14: technische tekening van de I-Scan (Baeten, 2008) Figuur 15 (links): sensor in knie na osteotomie Figuur 16 (rechts): positie van schroef en krachtwerking na osteotomie (Baeten, 2008) Figuur 17: opening knie na artrotomie met lateral abord Figuur 18: sensor in knie na artrotomie met laterale abord Figuur 19: rectus femoris en pees van vastus intermedius in klem Figuur 20: ontvanger van de geluidsgolven Figuur 21: pijl duidt zender aan op het kniegewricht in de proefstand Figuur 22: screenshot van het krachtcentrum op de retropatellaire oppervlakte Figuur 23: patellofemorale druk tijdens flexie en extensie voor verschillende flexiehoeken (Baeten, 2008) Figuur 24: lijmen die overwogen zijn om de sensor aan de patella te kleven Figuur 25: indraaien van de schroef met het rondel Figuur 26: relatie tussen quadricepskracht, flexie hoek en tibia rotatie in functie van de tijd. 39 vi

7 Figuur 27: relatie tussen drukkracht en drukoppervlak in functie van de tijd Figuur 28: relatie tussen axiale tibiakracht en quadricepskracht in functie van de tijd Figuur 29: femur rotatie in functie van de tijd Figuur 30: opening tussen inbedcilinder en mechanisch gewricht: knie 4 van medioposterier (Links) en knie 5 van lateraal (rechts) Figuur 31: 2 maal dezelfde foto met links de hoek tussen femur en tibia (110 ) en rechts de hoek tussen de inbedcilinders (138 ) 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 ) Figuur 33: screenshot van statische 3D-opname tijdens het experiment Figuur 34: bij vergroten van de flexiehoek vergroot ook de quadricepskracht Figuur 35: mechanisch enkelgewricht As1= flexie-extensie As2= adducte-abductie As3= endo-exorotatie (Dockers en Stevens, 2006) Figuur 36: kunststofprothese van pathologische knie gemaakt met RPT (Quintelier) Figuur 37: tekening van kadaverknie met zaagvlakken (Quintelier) vii

8 Lijst met tabellen Tabel 1: selectie van maximumdrukwaarden van testen van knie 7, 8, 10, 11 en Tabel 2: verschillende parameters bij verschillende testen van knie viii

9 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

10 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

11 2 Inleiding 2.1 Patellofemoraal pijnsyndroom Anterieure kniepijn is een vaak voorkomende klacht in een actieve populatie. In veel van deze gevallen ligt de oorzaak in het patellofemorale gewricht (PF). De patella dient als hefboom bij het strekken van de knie. Tijdens activiteiten ontstaat een krachtwerking tussen de patella en de femur. Er ontstaan weinig problemen wanneer alle componenten van het strekapparaat in evenwicht zijn. Wanneer daarentegen een onevenwicht bestaat in de positie, de richting of de grootte van de verschillende componenten tijdens flexie en extensie van de knie, bestaat er een predispositie tot het ontwikkelen van kniepijn. Naast pijn wordt vaak ook een instabiliteit van de patella als objectieve klacht aangegeven door de patiënt. Deze instabiliteit is vaak klinisch objectiveerbaar. Beide symptomen kunnen samengevat worden onder de noemer van het patellofemorale pijnsyndroom (PFPS). Het belangrijkste symptoom van het PFPS is pijn, eventueel geassocieerd met instabiliteit (Witvrouw et al., 2005). Er bestaat geen duidelijke consensus voor de definitie van het PFPS: er wordt gesproken van een syndroom omdat het een groep van symptomen betreft die aanleiding kan geven tot een bepaald klachtenpatroon (Witvrouw et al., 2005). Instabiliteit vertaalt zich in een subluxatie of een luxatie van de patella bij een bepaalde belasting of tijdens een bepaalde beweging van het kniegewricht. Pijn is evenwel moeilijker te definiëren. Aangezien anterieure kniepijn het vaakst voortkomt uit het PF, kunnen verschillende pathologieën hiervoor verantwoordelijk zijn, zoals subchondrale sclerose dat soms gezien wordt bij chondromalacia patellae, bursitis, tumoren, patella tendinopathie, (Waryasz and McDermott, 2008). 2.2 Pathofysiologie Het mechanisme van deze pathologie is nog niet opgehelderd. Toch zijn er in de literatuur enkele hypotheses te weerhouden. 3

12 Het betreft de neuromusculaire hypothese: Post (2005) suggereert dat de pijn het gevolg is van de stimulatie van de pijnzenuwen in de knie. Er is echter nog onduidelijkheid of deze zenuwen zich in het subchondraal bot of zich in de weke delen bevinden. Een andere belangrijke vaststelling is dat het aantal pijngevoelige zenuwen duidelijk is toegenomen in symptomatische kniegewrichten (Post, 2005). Door een slechte alignatie in het been, ontstaan op bepaalde plaatsen in het PF abnormale drukken die de fysiologische drempel van de eenheid kraakbeen-subchondraal bot overschrijden met schade tot gevolg (Post, 2005). Hierdoor is de homeostase verstoord waardoor er een abnormale stimulatie is van de pijnzenuwen. Dit wordt gesuggereerd door Dye in diens idee van de functionele enveloppe : Dye besluit dat de functionele eenheid in het kniegewricht een bepaalde belasting kan verdragen zonder schade. Wanneer de belasting te groot is, treedt schade in het kniegewricht op (Dye, 2001; Witvrouw et al., 2005). Er is bovendien aangetoond dat er een verband bestaat tussen de verhoogde drukken in het PF en de anterieure kniepijn (Post, 2005). 2.3 Kliniek De klinische classificatie van het PatelloFemorale PijnSyndroom bestaat uit 2 grote groepen: malalignatie en musculaire disfunctie (Witvrouw et al., 2005). Malalignatie van de patella bestaat uit alle afwijkingen in het onderste lidmaat die de efficiëntie van het strekapparaat verminderen. De componenten van het strekapparaat vormen een discongruent geheel dat aanleiding kan geven tot klachten (Post, 2005). Binnen de groep van malalignatie zijn er 2 subgroepen: malalignatie van het volledige onderste lidmaat en malalignatie van het PF. De malalignatieproblemen van het volledige onderste lidmaat kunnen eerder functioneel of eerder structureel zijn (Witvrouw et al., 2005). Functioneel wordt spierzwakte, spierhypertonie of patellaire instabiliteit weerhouden. Structureel wordt gekeken naar de stand van beide benen (genua vara, genua valga of rotatie afwijkingen), waarbij een beenlengteverschil of intrinsieke afwijkingen in de voet kunnen opgemerkt worden (Waryasz and McDermott, 2008). 4

13 Tot het PF daarentegen behoren statische (botstructuren, retinacula en ligamenten) en dynamische (musculatuur) stabilisatoren. Wanneer tussen de stabilisatoren een onevenwicht bestaat, ontstaat hier eveneens een malalignatie. Hoewel de verschillende spiergroepen een aandeel hebben in de malalignatieproblematiek, hebben deze een aparte classificatie volgens Witvrouw (2005). Zo is de vastus medialus obliquus van essentieel belang om voldoende mediale en posterieure tractie op de patella uit te voeren. Bij een hypotrofie van de vastus medialis obliquus is deze tractie onvoldoende en zal er een te grote laterale kracht ontstaan die kan aanleiding geven tot pijnklachten en instabiliteit. Een te zwakke quadricepsspier bepaalt de tweede subgroep binnen de musculaire disfuncties. Een derde subgroep beschrijft de non-synchrone werking van de vastus medialis en de vastus lateralis waardoor er een patellaire maltracking ontstaat. Tenslotte is ook het gebrek aan flexibiliteit belangrijk, bijvoorbeeld bij een hypertonie van de verschillende spiergroepen, zoals de hamstrings, de quadriceps, de gastrocnemius of de iliotibiale band (Waryasz and McDermott, 2008). 2.4 Therapie Afhankelijk van het beeld en de oorzaak van de anterieure kniepijn, is een andere behandeling gewettigd. Er is een conservatieve en een chirurgische aanpak. De chirurgische behandeling is meestal niet nodig ( Ostermeier et al., 2007). De conservatieve behandeling heeft vaak afdoende effect en bestaat uit het vergroten van de functionele enveloppe. Dit betekent dat de weke delen (spieren, pezen, ligamenten, ) en het bot versterkt worden door een rehabilitatieprogramma begeleid door kinesitherapeuten. De chirurgie heeft verschillende manieren ontwikkeld om in het geval van falen van de conservatieve behandeling het probleem te verhelpen, zoals het klieven van het laterale retinaculum (laterale release), heden zeer beperkt, of osteotomie. Deze methodes zijn ingrijpender dan de conservatieve benadering (Post, 2005). Een mogelijke complicatie van 5

14 een laterale release is een verhoogde patellaire instabiliteit (Ostermeier et al., 2007). Een laterale release wordt uitgevoerd wanneer er een te sterke laterale componente aanwezig is. Daarnaast kan men een osteotomie van het tuberositas tibiae uitvoeren om de biomechaniek van het strekapparaat te veranderen (Ramappa et al., 2006). Het blijkt echter dat aanpassen, in casu verkleinen van de Q-angle, geen significant effect heeft op het verminderen van de patellofemorale druk (Huberti and Hayes, 1984). Een andere techniek is de patellofemorale arthroplastie die uitgevoerd wordt bij vergevorderde arthrose van het PF, bijvoorbeeld bij trochleaire dysplasie (Ackroyd et al., 2007). 2.5 Kinematica In het kader van malalignatie en van maltracking is het belangrijk om de normale positie en de normale beweging van de patella te kennen in het PF. In de literatuur zijn verschillende studies terug te vinden die dit hebben bestudeerd. De kinematica van de patella beschrijven kan op verschillende manieren. Men kan gespecialiseerde apparatuur gebruiken om de ganganalyse van de donorknie in de proefstand te beoordelen en te beschrijven (Ramappa et al., 2006) of men kan een 3D-analyse uitvoeren tijdens de dynamische testen van de knie in diens proefstand (Ostermeier et al., 2007). Anderzijds kan men de laterale bewegingen van de patella voorstellen door de kracht nodig om de patella over een bepaalde afstand te verplaatsen. Immers, bij bepaalde flexie hoeken zal deze kracht kleiner zijn wat wijst op een verminderde stabiliteit bij die bepaalde flexiehoek (Farahmand et al., 1998). 2.6 Situering van het onderzoek In de literatuur bestaat heel wat onduidelijkheid rond de etiologie en de behandeling van het PFPS. Omdat het PFPS verschillende facetten kent, is het noodzakelijk om inzicht te verwerven in de pathofysiologie van deze ziektebeelden en dit te linken aan de gemelde klachten, namelijk pijn en instabiliteit. 6

15 Het is de bedoeling om met dit onderzoek de biomechanica en het drukverloop van normale en pathologische knieën beter te begrijpen en te komen tot een geoptimaliseerde en geobjectiveerde aanpak van de patellofemorale problematiek. Deze thesis beschrijft de beginfase van een meerjarig onderzoek dat na het einde van de thesisstudie verder gezet wordt. Deze thesis moet dan ook gezien worden binnen het continuüm van het overkoepelende onderzoek. In dit experiment wordt nagegaan hoe krachten, drukoppervlakken en drukwaarden verdeeld zijn in het PF gedurende een dynamische flexie- en extensiebeweging onder belasting. Concreet betekent dit dat we een donorknie onderwerpen aan een tractie van de quadricepsspier om een flexie- en extensiebeweging in het kniegewricht te bekomen. De biomechanische proefstand die gebruikt wordt om de knie te testen, is ontwikkeld door de faculteit Ingenieurswetenschappen (Universiteit Gent, Prof. Dr.Ir. Taerwe). Deze proefstand wordt Gent Knee Rig (GKR) genoemd (Dockers and Stevens, 2006). Met deze thesis is de ontwikkeling gestart van een biomechanisch model waarin het mogelijk is om drukmetingen uit te voeren in het PF van donorknieën. Wanneer de methode en de mechanica op punt staan, kunnen verdere toepassingen bedacht worden. Pathologische omstandigheden kunnen nagebootst worden, waardoor er een vergelijking kan gemaakt worden tussen metingen in pathologische omstandigheden en metingen van donorknieën in normale omstandigheden. Op die manier kunnen nieuwe inzichten verworven worden in hoe een pathologie een invloed heeft op de patellofemorale krachtwerking. Eveneens kan in een verder stadium het effect van een behandeling of een verschil tussen behandelingen van patellofemorale pathologie bestudeerd worden. Deze studie bevindt zich momenteel in de beginfase, maar zal steeds verder gezet worden door verschillende thesisstudies, onderzoeksprojecten en doctoraatstudies zowel aan de faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen (Prof.dr. Eric Mortier, Decaan Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen, Universiteit Gent), als aan de faculteit Ingenieurswetenschappen. 7

16 2.7 Doelstelling Onze doelstelling is een protocol te ontwikkelen die voldoet aan verschillende criteria. De patellofemorale druk (PFP) moet gemeten worden zonder de anatomie van het kniegewricht ingrijpend te veranderen. Bovendien moet het biomechanisch model, de GKR, optimaal functioneren. Tenslotte moeten de resultaten die we bekomen onderling vergelijkbaar zijn en eveneens gestaafd kunnen worden met gegevens uit de literatuur. Wanneer die resultaten reproduceerbaar zijn, vormt dit een goede basis voor verder onderzoek. 2.8 Anatomie Het PF is een van de drie gewrichten in de knie en het wordt gevormd door de patella en de femur. Het tibiofemorale gewricht wordt gevormd door de tibia en de femur. Beiden gewrichten verzorgen samen de functie van het kniegewricht. Het kniegewricht vormt de schakel tussen het onderbeen en het bovenbeen. Het betreft hier een articulatio ginglymus of scharniergewricht. Hierdoor is het mogelijk om het onderbeen t.o.v. het bovenbeen te bewegen Beenderige structuren van het kniegewricht Het kniegewricht wordt opgebouwd door 4 verschillende beenderige structuren: de femur, de tibia, de fibula en de patella. De femur en de tibia liggen niet exact in elkaars verlengde, maar ze vormen een naar lateraal geopende stompe hoek van 160 tot 170. De gewrichtvlakken liggen op de femur, op de tibia en op de patella. Het patellofemorale gewricht: Femur De distale epifyse van de femur heeft op zijn voorzijde de facies patellaris. Deze facies patellaris wordt ook trochlea femoris (fig. 1) genoemd en is opgebouwd uit twee vlakken die afhellen naar een groeve waarin de patella kan glijden. De trochlea femoris is gemiddeld 7,8 mm diep en verdiept van proximaal naar distaal (Donell and Glasgow, 2006; Dejour et al., 1994). Ze is breder en schuiner langs lateraal dan langs mediaal en loopt naar distaal en naar achter door op de condylus medialis en lateralis (fig. 1). Bij belasting zal de patella in contact komen met het laterale en het mediale facet van de trochlea, in onbelaste toestand kan dit 8

17 enkel het laterale facet zijn. De epicondylus medialis en lateralis strekken zich langs de zijkanten uit boven de gelijknamige condylen. Condylus lateralis condylus lateralis Trochlea trochlea Figuur 1: de condylus lateralis en de trochlea (Baeten, 2008) De femur rust met zijn beide condylen op de twee facies articulares superiores van de tibia. Het achterste deel van de condylen van de femur is meer gekromd dan het voorste deel. Zo rust bij een gestrekte knie het vlakkere deel op de facies articulares superiores van de tibia. Bij het buigen van de knie komen de meer gewelfde achterste delen van de femur in contact met de tibia. Dit vereenvoudigt de flexie van de knie. Het patellofemorale gewricht: Patella De patella is het grootste sesambeen van het lichaam (Donell and Glasgow, 2006). Ze is hartvormig met de apex patellae naar distaal gericht en de basis patellae naar proximaal gericht. De facies articularis is naar dorsaal gericht en articuleert met de facies patellaris van de femur. De facies articularis patellae is opgebouwd uit twee vlakken met verschillende subgroepen. Het grootste vlak ligt lateraal net als het breedste vlak van de trochlea femoris lateraal ligt. Het laterale vlak kan verder opgesplitst worden in 3 delen, het mediale vlak wordt opgesplitst in 4 delen, met als meest mediale deel het odd facet. De ventrale zijde wordt doorlopen door proximo-distale groefjes waar de quadricepspees en het ligamentum patellae zich vasthechten. Op deze manier wordt de m. quadriceps met de patella verbonden en de patella op haar beurt met de tuberositas tibiae via de patellapees. De vorm en de grootte van de gewrichtsoppervlakte van de patella is voor iedere mens uniek. 9

18 Wiberg introduceerde een classificatie-systeem om de verschillende vormen en groottes van de patella te beschrijven (Wiberg, 1941). Type 1 heeft een concave mediale en laterale retropatellaire oppervlakte die beiden ongeveer even groot zijn. Type 2 daarentegen heeft mediaal een vlakke tot lichte convexe oppervlakte die beduidend kleiner is dan de laterale oppervlakte, dit is het meest frequent. Type 3 tenslotte heeft eveneens een kleinere mediale retropatellaire oppervlakte, maar de vorm is hier uitgesproken convex in tegenstelling tot type 2 (Wiberg, 1941, Tecklenburg et al., 2006). Figuur 2 geeft een illustratie van deze 3 types. Figuur 2: de Wiberg types van de patella (Tecklenburg et al., 2006) Volgens Staeubli et al. (2002) komt de geometrie van het retropatellaire gewrichtskraakbeen niet overeen met het subchondraal bot: uit beeldvorming is gebleken dat er tussen beide een noncongruentie bestaat. Nochtans is het gewrichtskraakbeen het dikste kraakbeen in ons lichaam, wat een goede weerstand biedt tegen de enorme krachten die erop inwerken. (Grelsamer and Weinstein, 2001) Ligamentaire structuren: Ligamentum collaterale fibulare en tibiale en het mediaal patellofemoraal ligament Het ligamentum collaterale fibulare is een ronde band die zich niet binnen het gewrichtskapsel bevindt. Het loopt van de epicondylus lateralis naar de fibulakop. Op deze manier wordt de varus van de knie verhindert. Het ligamentum collaterale tibiale is een platte band die deel uitmaakt van het gewrichtskapsel. Bovendien hecht het aan aan de rand van de mediale mensicus. Ze loopt van de epicondylus medialis naar de tibia. Zo wordt de valgus van de knie verhindert. 10

19 Beide gewrichtsbanden zijn ontspannen tijdens flexie, maar worden aangespannen tijdens extensie. Het mediaal patellofemoraal ligament levert de belangrijkste passieve bijdrage om de laterale translatie van de patella tegen te gaan. Disfuncties kunnen aanleiding geven tot patellaire instabiliteit (Beck et al., 2007). De vastus medialis obliquus (VMO) is de belangrijkste spier die de laterale translatie tegengaat (zie verder) Het gewrichtskapsel Posterieure zijde Het gewrichtskapsel is achteraan versterkt door de pezen van de Mm. Gastrocnemius, het ligamentum popliteum obliquum en het ligamentum popliteum arcuatum. Anterieure zijde Het gewrichtskapsel wordt vooraan gevormd door de pees van de m. quadriceps. De patella wordt opgenomen in deze voorwand van het kapsel. Distaal van de apex van de patella zet de pees van de m. quadriceps zich verder als het ligamentum patellae dat zich vasthecht op de tuberositas tibiae. Het corpus adiposum infrapatellaris (vetlichaam van Hoffa) bevindt zich dorsaal van het ligamentum patellaris. Het kapsel is ver naar proximaal vastgehecht aan de femur Musculatuur M. quadriceps femoris De m. quadriceps femoris is de sterkste spier van het lichaam. De spier wordt klassiek opgedeeld in 4 spiergroepen, maar volgens Amis et al. (2006) kan de spier opgedeeld worden in 6 spiergroepen. Dit zijn de rectus femoris (RF), vastus intermedius (VI), vastus lateralis longus (VLL), vastus lateralis obliquus (VLO), vastus medialis longus (VML) en vastus medialis obliquus (VMO). De RF overspant zowel het heupgewricht als het kniegewricht. Hierdoor zorgt de RF zowel voor een heupflexie als voor een knie-extensie. De m. quadriceps femoris loopt door in de quadricepspees die als patellapees aanhecht op de tuberositas tibiae. 11

20 De quadricepspees is trilaminair. De voorste laag wordt gevormd door de pees van de rectus femoris, de middelste laag door de vastus medialis en de vastus lateralis. Tenslotte wordt de diepste laag gevormd door de vastus intermedius (Andrikoula S. et al., 2006). Figuur 3: illustratie begrip Q-angle Floyd E. Hosmer De m. quadriceps femoris oefent een laterale kracht uit op de patella als gevolg van de Q- angle (fig. 3). Dit is de scherpe hoek die gevormd wordt door het snijden van de rechte van de tuberositas tibiae naar het middelpunt van de patella en van de rechte van het middelpunt van de patella naar de spina iliaca anterior superior (SIAS). Normale waarden van de Q-angle liggen tussen 5 en 15 (Caylor et al., 1993). Variaties op de normale Q-angle zijn mogelijk en worden aangeduid als genua valga wanneer de Q-angle groter is dan normaal, en genua vara wanneer de Q-angle kleiner is dan normaal. Traditioneel wordt bij experimenten de krachtverdeling over de verschillende spiergroepen en dus ook de richting van de totale kracht genomen volgens de fysiologisch dwarsdoorsneden van de verschillende spiergroepen. Volgens Elisa et al. (2006) dragen de vastus medialis en de vastus lateralis minder bij aan het extensiemoment dan hun dwarsdoorsneden laten blijken: uit hun EMG-onderzoek blijkt dat de vastus intermedius en de rectus femoris samen meer dan 70% van de quadricepskracht uitmaken. 12

21 Hamstrings De hamstrings bevinden zich aan de posterieure zijde van de femur en zijn opgebouwd uit 3 spieren (fig. 4). Ze hebben hun oorsprong op het tuber ichiadicum. Lateraal bevindt zich de m. biceps femoris met het caput longum en het caput brevis. De m. biceps femoris heeft het caput fibulae als insertieplaats. Mediaal ligt de m. semitendinosus oppervlakkig van de m. semimembranosus. De m. semimembranosus insereert posterieur van de m. graciles en van de m. sartorius, om op die manier de pes anserinus te vormen. De m. semimembranosus insereert op de condylus medialis van de tibia, op het ligamentum popliteum obliquum en op de fascia poplitea. De functies van de hamstrings zijn retroflexie van het heupgewricht en flexie van de knie. Uit onderzoek blijkt dat tijdens de extensie van het kniegewricht de hamstrings ook geactiveerd worden. Hierdoor wordt een deel van het moment dat ontstaat door de m. quadriceps teniet gedaan (Aagaard et al., 2000). Dit zorgt voor een stabilisatie van het gewricht en een ontlasting van de kruisbanden. Tijdens een loopbeweging zorgen de hamstrings bovendien voor een belangrijke posterieur gerichte kracht die de anterieure krachten van de andere spiergroepen opvangt (Shelburne et al., 2005). Figuur 4: de 3 spiergroepen van de hamstrings ( 2.9 Biomecahnica De patella werkt als een hefboom waardoor de momentarm van de quadriceps vergroot wordt (Bellemans, 2002; Grelsamer and Weinstein, 2001; Kaufer and Arbor, 1971). De momentarm wordt het meest vergroot bij kleine flexiehoeken, van 30% bij quasi volledige extensie naar 15% bij 30 flexie (Kaufer and Arbor, 1971). De patella werkt niet als een klassieke hefboom 13

22 (type I), waar de verplaatsing verminderd en de kracht toeneemt. In het PFP systeem is er sprake van een type III hefboom. Een korte contractie van de m. quadriceps zorgt voor een grote verplaatsing van de voet. De kracht die gegenereerd wordt door de m. quadriceps is echter veel groter dan het gewicht van het onderbeen. Kracht wordt als het ware opgeofferd voor verplaatsing (Bellemans, 2002; Grelsamer and Weinstein, 2001). Het steunpunt van het PF hefboomsysteem wordt gevormd door het contactoppervlak tussen patella en trochlea. Dit steunpunt is niet statisch, maar verschuift continu gedurende flexie en extensie (Bellemans, 2002; Grelsamer and Weinstein, 2001; Hungerford and Barry, 1979). Het eerste contact vindt plaats tussen 10 en 20 flexie. De laterale en mediale inferieure rand van de patella vormen een continue oppervlakte die de druk opvangt. Bij verdere flexie verschuift het steunpunt meer naar proximaal. Het contactoppervlak is de zone van de patella die reikt vanaf de grens tussen het odd facet en het mediaal facet tot aan de laterale rand van het laterale facet. Het contactoppervlak neemt toe met groter wordende flexiehoek. Tot 80 flexie komt enkel het kraakbeen van de patella in aanraking met de trochlea. Vanaf 90 zal het brede peesblad van de m. quadriceps bijdragen tot de drukverdeling. Bij een flexiehoek van meer dan 90 zal het mediale facet van de patella in de intercondylaire notch terecht komen. Hierdoor zal het odd facet van de patella contact maken met laterale rand van de mediale condyl (Goodfellow et al., 1976; Hungerford and Barry, 1979). In onderstaande figuur (fig. 5) wordt de contactoppervlakte in functie van de flexiehoek geïllustreerd. 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 De patella centraliseert de krachten van de verschillende spierbuiken van de quadriceps (Heegaard et al., 1995). Deze quadricepskracht wordt tegengewerkt door de kracht van de 14

23 patellapees. In het sagitale vlak geeft dit aanleiding tot de patellofemorale compressiekracht (PFCK) en in het frontale vlak tot de valgusvector. De PFCK wordt in het sagitale vlak beschouwd en is de resulterende vector uit enerzijds de quadricepskracht en anderzijds de kracht van de patellapees (Reilly and Martens, 1972). Bij groter wordende flexiehoek wordt de PFCK groter. Dit is het gevolg van de groter wordende quadricepskracht en het gelijk blijven van de patellapeeskracht (fig. 6). Figuur 6: groter wordende patellofemorale compressiekracht bij toename flexiehoek (Vanderstraeten, 2008) R= patellofemorale compressiekracht; Fq= Quadricepskracht; Fpp= kracht van de patellapees In het frontale vlak loopt de vector van de quadricepskracht in de richting van de spina iliaca anterior superior. Een tweede vector loopt van de patella naar de tuberositas tibiae. Deze twee vectoren vormen de Q-angle (fig. 7). De resulterende kracht is lateraal gericht en wordt de valgusvector genoemd. Laterale (sub)luxatie wordt tegengegaan door de vastus medialis obliquus, het mediaal retinaculum en de prominente laterale rand van de trochlea (Hungerford and Barry, 1979). 15

24 Figuur 7: krachtwerking op patella in het frontale vlak (Hungerford, Barry, 1979) In het transversale vlak kan de resultante van de PFCK en de valgusvector beschreven worden (fig. 8). Wanneer deze vector teveel naar lateraal gericht is, dan kan dit aanleiding geven tot (sub) luxatie van de patella (Vanderstraeten, 2008). Figuur 8: krachtwerking op patella in transversaal vlak (Vanderstraeten, 2008) Fq = valgus vector; Fpf= patellofemorale compressiekracht; R= resulterende kracht Wanneer de knie een extensie- of flexiebeweging uitvoert, dan zal de patella een bepaald pad beschrijven ten opzichte van de femur. Deze beweging van de patella wordt patella-tracking genoemd. Wanneer er een abnormale tracking optreedt, spreekt men over maltracking (Katchburian et al. 2003). De patella ligt bij volledige extensie niet in de trochlea, maar wel proximaal hiervan en rust op het supratrochleaire vet. Bij flexie wordt de patella in de trochlea getrokken. Een stabiel contact tussen patella en trochlea is er vanaf 20. Daarvoor wordt de stabiliteit bepaald door de spierspanning. Door de invloed van de Q-angle zal de patella steeds vanaf de laterale zijde de trochlea binnentreden (Hungerford and Barry, 1979). De patella 16

25 beschrijft vervolgens een mediale tilt terwijl ze verder wegzakt in de intercondylaire notch (Hungerford and Barry, 1979; Moro-oka et al., 2002). Bij diepe flexie zal de patella weer lateraal verschuiven, waardoor de patella op zijn verloop een C beschrijft die open is aan de laterale kant (Hungerford and Barry, 1979). Om deze beweging te kunnen uitvoeren, beschikt het PF over 6 vrijheidgraden (fig. 9). Deze bestaan uit 3 loodrechte translaties (laterale shift, distale translatie en anterieure translatie) en 3 loodrechte rotaties (laterale rotatie, laterale tilt en flexie) (Katchburian et al. 2003). Figuur 9: De 6 vrijheidsgraden van het PF (Katchburian et al. 2003). 17

26 3 Methodologie 3.1 Populatiebeschrijving Van december 2007 tot februari 2009 zijn 12 donorknieën getest in de GKR. Er zijn 7 vrouwelijke knieën en 5 mannelijke knieën. De gemiddelde leeftijd bedraagt 76.8 jaar (±7.33) voor de mannelijke knieën. De gemiddelde leeftijd bedraagt 93 jaar (±3.87) voor de vrouwelijke knieën. Er zijn 7 rechter knieën en 5 linker knieën. De mannelijke knieën zijn op een uitzondering na rechter knieën. Er zijn 4 vrouwelijke linker knieën en 3 vrouwelijke rechter knieën. Bij 2 knieën is ernstige osteoporose vastgesteld. Bij 2 knieën is degeneratief kraakbeenlijden vastgesteld. De RX foto s van de laatste 4 knieën hebben geen afwijkingen getoond. Er zijn 7 succesvolle knie-experimenten en 5 onsuccesvolle knie-experimenten uitgevoerd. Bij de succesvolle experimenten hebben de 7 knieën de experimenten goed doorlopen. 2 van die 7 knieën hebben slechts eenmaal een flexie en extensie doorlopen. De verwerking van knie 3 is terug te vinden in de thesis Karakterisatie van het kniegewricht naar patellofemorale drukken (Baeten, 2008). Bij het verwerkingsproces van de zesde knie is het aftasten van de patella of het nemen van de foto fout gebeurd. Hierdoor kan de retropatellaire oppervlakte niet met zekerheid bepaald worden en hebben de gemeten drukwaarden geen betekenis. De knieën worden ons ter beschikking gesteld door de vakgroep Anatomie, embryologie, histologie en medische fysica (Universiteit Gent, Prof. Dr. D Herde). Deze knieën worden volgens de conventionele methode gebalsemd: in een eerste stap wordt een intraveneuze balseming uitgevoerd. Vervolgens wordt het kadaver ondergedompeld in een immersievloeistof voor een periode van vier weken waarna het in een gekoelde ruimte bewaard wordt (Bijlage 1). 18

27 3.2 De proefstand De GKR is afgeleid van de Oxford Rig. Ze is ontworpen om biomechanische experimenten uit te voeren op donorknieën (Dockers and Stevens, 2006). De beweging die uitgevoerd wordt, is een flexie- en extensiebeweging van de donorknie. Bij de bouw van het GKR is vertrokken van het model van de Oxford Rig (Dockers and Stevens, 2006; Beck et al., 2007; Elias et al., 2004; Ramappa et al., 2006; Maggi et al., 1995). mechanisch heupgewricht mechanisch enkelgewricht Figuur 10: proefstand met donorknie De GKR staat verticaal en heeft bovenaan een mechanisch heupgewricht en onderaan een mechanisch enkelgewricht (Fig. 10). Hiertussen kan de donorknie worden ingebracht. Een actuator produceert de quadricepskracht. Door de verticale opstelling moet de donorknie het gewicht van het mechanische heupgewricht en het gewicht van de actuator overwinnen vooraleer de donorknie zich kan strekken. Het mechanisch heupgewricht kan rond 2 19

28 verschillende assen roteren: de flexie en extensie en de abductie en adductie. Het mechanisch heupgewricht heeft de mogelijkheid om een verticale beweging uit te voeren die resulteert in een flexie- en extensiebeweging van de donorknie. Het mechanisch enkelgewricht kan in 2 richtingen verschuiven: mediaal en lateraal en anterieur en posterieur. Hierdoor is het mogelijk om verschillende statiekafwijkingen te simuleren. Het mechanische enkelgewricht kan roteren rond 3 verschillende assen: flexie en extensie, abductie en adductie en endorotatie en exorotatie van de tibia. De GKR zorgt er dus voor dat de knie in de proefstand zijn 6 vrijheidsgraden blijft behouden (Baeten, 2008; Dockers and Stevens, 2006). De quadricepskracht, geproduceerd door de actuator, wordt via een kabel en een katrol naar de klem overgezet die de m. rectus femoris en de anterieure fascia van de m. vastus intermedius bevat. De totale massa van de opstelling bedraagt 30 kg. Bij de testen wordt telkens 1 donorknie in de GKR geplaatst. Daarom is de belasting de helft van het lichaamsgewicht dat zich boven de knie bevindt. Dit is ongeveer 30 kg (Baeten, 2008) Actuator De actuator stuurt de quadricepskracht aan die nodig is om de extensie van de donorknie te bekomen. De elektrische motor die via de PC kan bediend worden, heeft volgende kenmerken: de maximale cilindersnelheid bedraagt 275 mm/s, de maximale continue kracht bedraagt 1358 N en de maximale kracht van de actuator bedraagt 3000 N. De vrije maximumslag bedraagt 100 mm (Baeten, 2008). Uit simulatie en voorgaande experimenten is gebleken dat deze waarden voldoende zijn om de experimenten uit te voeren (Baeten, 2008). 3.3 Materialen en technieken Medische beeldvorming Van de eerste 2 knieën, die een osteotomie hebben ondergaan, zijn CT-beelden gemaakt. De CT is uitgevoerd om 2 redenen: de anatomische schade aan het kniegewricht moet na de osteotomie gedocumenteerd zijn. Een tweede reden is dat de CT-beelden zijn gebruikt geweest in een andere studie om een computermodel van de knie te creëren (Holvoet, 2008). 20

29 Voor de eerste 2 knieën zijn telkens 6 CT-reeksen gemaakt: 2 reeksen voor de osteotomie, 2 reeksen na de osteotomie en 2 reeksen na de experimenten. De eerste van de twee reeksen is zonder contrast, de tweede reeks is een CT met contrast (Baeten, 2008). Om de knie in bepaalde flexiehoeken te fixeren, zijn hoeken gemaakt uit polyurethaan waarop de knieën zijn gefixeerd (fig. 11). Figuur 11: knie steunt op polyurethaan hoeken (blauw) Na het stopzetten van de osteotomie, is geen CT-onderzoek meer gebeurd. Om de osteoartrose te evalueren in de verschillende knieën, wordt RX face en profiel gemaakt van de donorknieën alvorens ze te testen. Er is pas gestart met de RX foto s bij de negende knie om verschillende redenen. De knieën die we van de vakgroep Anatomie krijgen, zijn afkomstig van oude donorlichamen. Het is evident dat een knie op oudere leeftijd heel wat degeneratieve letsels vertoont. Bij de inspectie na de testen viel het op dat elke knie een eigen schadepatroon vertoonde. Van belang is dat dit een verschil kan maken in het al dan niet slagen van experimenten en een verschil kan maken in de krachtwerking van de knie. Dit is een factor om rekening mee te houden bij de verdere data-analyse. Omdat we de schade aan de knie op een objectieve manier willen beschrijven om latere correlatie te beschrijven, is er besloten om de knieën te classificeren volgens het 21

30 Kellgren-Lawrence classificatie (Muraki et al., 2008). De bedoeling is om sterk degeneratieve knieën te weigeren, zodat de invloed van osteoartrose kan uitgesloten worden op de inwerking van de krachten. Bovendien is een classificatie nuttig bij de populatiebeschrijving en de casuïstiek Inbedden Om de knie te kunnen bevestigen in de proefstand, is het nodig om de femur bovenaan en de tibia en de fibula onderaan, in aluminium cilinders in te bedden (fig. 12). Het onderste lidmaat wordt afgezaagd ter hoogte van de proximale femur door de vakgroep Anatomie. Een eerste stap die uitgevoerd wordt, is het plaatsen van een intramusculaire naald in de enkel ter hoogte van het talocrurale gewricht. 23 cm proximaal van de naald wordt de tibia en de fibula afgezaagd. Zo komt de afstand van het kniegewricht tot aan het mechanische talocrurale gewricht overeen met de afstand van het kniegewricht tot aan het anatomische talocrurale gewricht. Het mechanische enkelgewricht is namelijk 23 cm lang. Daarentegen is het mechanische heupgewricht 14 cm lang. Bijgevolg wordt de femur afgezaagd op 14 cm van het caput femoris. De afstand tussen het kniegewricht en het caput femoris kunnen indirect afgeleid worden uit de metingen van de vakgroep Anatomie. Op deze manier is de afstand van het kniegewricht tot aan het mechanisch heupgewricht gelijk aan de afstand van het kniegewricht tot aan het anatomische heupgewicht. 5 cm van de femur wordt in een aluminium cilinder geplaatst. Opdat er geen weke delen in contact zouden komen met de lamineerhars, wordt 8 cm van de femur vrij gedisseceerd. Aan het distale uiteinde van tibia en fibula wordt eveneens over een afstand van 8 cm de spieren weggesneden, op deze manier wordt vrij bot bekomen, dat ook hier in een aluminium cilinder wordt ingebed. We plaatsen de tibia en de fibula loodrecht in het centrum van de onderste aluminium cilinder. Deze cilinders hebben een ruwe binnenkant dat zorgt voor een goede aanhechting van de lamineerhars. In de cilinder wordt vervolgens lamineerhars 1408 (= onverzadigd polyester lamineerhars) gegoten, samen met de verharder MEKP (=methylethelketonperoxide) zodat de uithardtijd verkort wordt tot 20 à 30 minuten. Tijdens het uitharden wordt de tibia in positie gehouden door een statief. 22

31 Wanneer de lamineerhars van de onderste cilinder uitgehard is, wordt de knie ondersteboven gedraaid. Er wordt veel aandacht besteed aan de oriëntatie van de 2 cilinders onderling. De femur wordt ingebed zodanig dat de lijn die de 2 middens van beide cilinders verbindt, loodrecht staat op het grondvlak. Beide cilinders samen beschrijven zo een imaginaire cilinder. De femur wordt tijdens het uitharden van het lamineerhars en het MEKP in positie gehouden met behulp van een statief, zodat de femur de bodem van de cilinder niet raakt. Op deze manier hangt de femur in de cilinder en wordt deze niet geforceerd (fig. 12). Figuur 12: inbedding van de knie met behulp van een statief De druksensor Om drukmetingen in het PF uit te voeren, wordt gebruik gemaakt van de I-scan (Tekscan, Inc.). Deze sensor is papierdun waardoor het mogelijk is om de sensor in het PF te plaatsen. Bijkomend voordeel is de flexibiteit van de sensor (fig.13). Hierdoor zal de sensor de contouren die afgetast worden op de patella, eenvoudig kunnen weergeven. De I-scan kan continue drukken in de tijd meten. Dit is voor deze studie nodig omdat dynamische drukmetingen in een donorknie worden uitgevoerd. Uit het onderzoek van Wilson blijkt bovendien dat de meetresultaten met de I-scan reproduceerbaar zijn (Wilson et al., 2003). 23

32 Figuur 13: I-scan (Tekscan, Inc.) (Baeten, 2008) Technische gegevens van de I-scan ( De onderstaande technische gegevens van de sensor zijn terug te vinden in de thesis van Brecht Baeten over Karakterisatie van het kniegewricht naar patellofemorale krachten (2008). Fig. 14 toont de technische tekening van de sensor. Het standaard drukbereik is 3447 kpa (500 PSI) of 8273 kpa (1200 PSI) en de afmetingen van de sensor zijn 55,9 mm op 55,9 mm. De senselresolutie bedraagt 62,0 per cm² en de senseloppervlakte bedraagt 1,6129 mm². Er zijn 44 senselrijen en 44 senselkolommen (Baeten, 2008). Figuur 14: technische tekening van de I-Scan (Baeten, 2008) 24

33 3.3.4 Calibratie Om de gemeten drukresultaten te kunnen relateren aan de werkelijke gemeten drukken, gebeurt er een calibratie van de I-scan. De calibratie van de sensor gebeurt door elke I- scan te belasten op een oppervlak van 100 mm² of op een oppervlak van 400 mm² met 4 verschillende gewichten ( bij benadering 4 kg, 9 kg, 15 kg en 18 kg) (Baeten, 2008). De volledige methode van de calibratie wordt hier niet verder besproken maar is terug te vinden in de thesis van Brecht Baeten over Karakterisatie van het kniegewricht naar patellofemorale krachten (2008) Plaatsen van de druksensor Osteotomie Om de druksensor in het PF te plaatsen, is voor de eerste 2 knieën gebruik gemaakt van een osteotomie. Bij deze techniek wordt over de patella een incisie gemaakt, die ongeveer 20 cm lang is en tot 5 cm onder de tuberositas tibiae reikt. De huid met het subcutaan vetweefsel wordt zowel langs lateraal als langs mediaal losgemaakt zodat de tuberositas tibiae duidelijk te zien en te palperen is. In de tuberositas tibiae wordt een gat voorgeboord met behulp van een boor 3.2. Dit gat wordt doorheen de beide cortices geboord. Nadien wordt met behulp van een hamer en een beitel de tuberositas tibiae losgemaakt van de tibia. Er wordt een osteotomievlak gecreëerd door mediaal en lateraal onder een kleine hoek in de tibia te slaan. 2 cm distaal van de tuberositas tibiae wordt met hamer en beitel naar proximaal gegaan zodat de tuberositas tibiae loskomt van het vlak dat gecreëerd wordt. Met een scalpel worden de resterende structuren vrijgemaakt tot aan de apex patellae zodat hier een insnede in het kniegewricht kan worden gemaakt. Mediaal wordt het retinaculum patellae mediale samen met de plica synovialis mediopatellaris, net onder de patella, doorgesneden om op die manier langs mediaal het articulatio genus te bereiken.op dezelfde manier wordt lateraal een incisie gemaakt in het retinaculum patellae laterale. 25

34 Op dit moment is het kniegewricht enkel proximaal gesloten. De patella kan nu naar boven omgeklapt worden waardoor er een mooi overzicht is over de structuren in het kniegewricht. De patella en de trochlea worden droog gemaakt zodat de werking van het 2-octyl cyanoacrylate (Ethicon, Inc., Dermabond ) geoptimaliseerd wordt. Dermabond wordt aangebracht op de posterieure zijde van de patella, meer bepaald op de facies articularis. De I-scan (Tekscan, Inc.) wordt tegen de achterzijde van de paetella geduwd, zodat het meetgedeelte van de sensor de facies articularis patellae volledig bedekt. De sensor wordt met zijn lengterichting geplaatst volgens de as van de tibia, waarbij zijn lange zijde het kniegewricht verlaat langs distaal (fig. 15). Figuur 15 (links): sensor in knie na osteotomie Figuur 16 (rechts): positie van schroef en krachtwerking na osteotomie (Baeten, 2008) In deze fase gebeurt het aftasten van de sensor om de oppervlakte van de patella te bepalen. De osteotomie wordt gesloten met een schroef (fig. 15/ fig. 16). Het retinaculum laterale en mediale worden gesloten met gewone hechtingen en de huid met Donatti hechtingen (fig. 15). 26