Rotational Laxity of the Knee Joint - In Vivo MRI Study
Result description
PURPOSE OF THE STUDY The purpose of the study was to evaluate tibio-femoral rotation during a simulated squat and to investigate the relationship between the rotational position of the femur in full extension and the amount of external rotation of the femur on the tibia during flexion. MATERIAL AND METHODS Part 1: MRIs of volunteers Data on healthy knees of 10 volunteers were obtained using 2D MRI measurements. The foot and the ankle were fixed to prevent rotation and adduction/abduction movements. Sagittal MRIs of the knees have been performed in 4 positions of flexion. The amount of longitudinal rotation in each position of flexion was calculated. Part 2: Mathematical model experiment a) The model of the femur has been positioned in the 3D coordinate system in full extension and at 12.8 degrees of internal rotation and then flexed to 90 degrees without longitudinal rotation. The distance between the centre of the femoral head and the sagittal plane passing through the centre of the knee was then measured. b) Subsequently, the femur was flexed and rotation allowed to retain femoral head within the sagittal plane. The amount of femoral rotation was then calculated. RESULTS Part 1: In full extension the femur was on average in 12.8 degrees of IR relative to the tibia. By 90 degrees flexion femur rotated on average 12.2 degrees externally. Part 2: a) From full extension to 90 degrees flexion the femoral head moved 93.1 mm laterally from the sagittal plane. b) Between full extension and 90 degrees flexion the femur rotated 12.8 degrees externally, a degree which corresponds to the amount of initial internal rotation of the femur in full extension. DISCUSSION The most important finding of the presented in vivo study lies in the fact that in normal knees with tibia rotationally fixed flexion is always coupled with femoral external rotation in order to keep the femoral head in the acetabulum. This rotation is obligatory. CONCLUSIONS We have demonstrated that if the tibia is rotationally fixed, the knee flexion is possible only when accompanied by femoral external rotation to keep the femoral head in the acetabulum. A mathematical description of the experiment has been proposed, the results of which confirm the stated premise. This finding can be explained by initial internal rotation of the femur in full extension of the knee and is allowed by the shape of articulating bones and tension of soft tissues.
Keywords
hip jointMRIknee movementknee rotationterminal extensionknee
The result's identifiers
Result code in IS VaVaI
Alternative codes found
RIV/00216208:11110/19:10398437 RIV/00064203:_____/19:10398437 RIV/00064211:_____/19:W0002025
Result on the web
https://verso.is.cuni.cz/pub/verso.fpl?fname=obd_publikace_handle&handle=UFEBeW.tis
DOI - Digital Object Identifier
—
Alternative languages
Result language
čeština
Original language name
Rotační laxita kolenního kloubu - in vivo NMR studie
Original language description
ÚČEL STUDIE Účelem studie bylo zhodnotit tibio-femorální rotaci během simulovaného dřepu a prozkoumat vztah mezi rotační polohou femuru v plném rozsahu a množstvím vnější rotace femuru na holenní kosti během flexe. MATERIÁL A METODY Část 1: MRI dobrovolníků. Údaje o zdravých kolenech 10 dobrovolníků byly získány pomocí měření 2D MRI. Noha a kotník byly upevněny, aby se zabránilo otáčení a adukčním / únosovým pohybům. Sagitální MRI kolen byly provedeny ve 4 polohách flexe. Byla vypočtena velikost podélné rotace v každé poloze flexe. Část 2: Experiment s matematickým modelem a) Model stehenní kosti byl umístěn do 3D souřadnicového systému v plném rozsahu a při 12,8 stupních vnitřní rotace a poté ohnut na 90 stupňů bez podélné rotace. Poté byla změřena vzdálenost mezi středem femorální hlavy a sagitální rovinou procházející středem kolena. b) Následně byla femur ohnuta a rotace umožnila udržet femorální hlavu uvnitř sagitální roviny. Poté byla vypočtena velikost rotace femoru. VÝSLEDKY Část 1: V plném rozsahu byla femur v průměru 12,8 stupně IR vzhledem k holenní kosti. Ohyb o 90 stupňů se stehenní stehen zvnějšku v průměru otáčel o 12,2 stupně. Část 2: a) Z úplného natažení do 90 ° flexe se femorální hlava posunula laterálně od sagitální roviny 93,1 mm. b) Mezi úplným natažením a ohybem 90 stupňů se femur otáčí zvnějšku o 12,8 stupňů, což odpovídá stupni počáteční vnitřní rotace stehenní kosti v plném natažení. Diskuse Nejdůležitější nález předkládané studie in vivo spočívá ve skutečnosti, že u normálních kolen s tibií je rotační fixní flexe vždy spojena s vnější femorální rotací, aby se femorální hlava udržela v acetabulu. Tato rotace je povinná. ZÁVĚRY Ukázali jsme, že je-li tibie rotačně fixována, je flexe kolena možná pouze tehdy, je-li doprovázena vnější rotací femuru, aby se femorální hlava udržela v acetabulu. Byl navržen matematický popis experimentu, jehož výsledky potvrzují uvedený předpoklad. Tento nález lze vysvětlit počátečním vnitřním otáčením stehenní kosti v plném rozsahu kolene a je umožněno tvarem kloubních kostí a napětím měkkých tkání.
Czech name
Rotační laxita kolenního kloubu - in vivo NMR studie
Czech description
ÚČEL STUDIE Účelem studie bylo zhodnotit tibio-femorální rotaci během simulovaného dřepu a prozkoumat vztah mezi rotační polohou femuru v plném rozsahu a množstvím vnější rotace femuru na holenní kosti během flexe. MATERIÁL A METODY Část 1: MRI dobrovolníků. Údaje o zdravých kolenech 10 dobrovolníků byly získány pomocí měření 2D MRI. Noha a kotník byly upevněny, aby se zabránilo otáčení a adukčním / únosovým pohybům. Sagitální MRI kolen byly provedeny ve 4 polohách flexe. Byla vypočtena velikost podélné rotace v každé poloze flexe. Část 2: Experiment s matematickým modelem a) Model stehenní kosti byl umístěn do 3D souřadnicového systému v plném rozsahu a při 12,8 stupních vnitřní rotace a poté ohnut na 90 stupňů bez podélné rotace. Poté byla změřena vzdálenost mezi středem femorální hlavy a sagitální rovinou procházející středem kolena. b) Následně byla femur ohnuta a rotace umožnila udržet femorální hlavu uvnitř sagitální roviny. Poté byla vypočtena velikost rotace femoru. VÝSLEDKY Část 1: V plném rozsahu byla femur v průměru 12,8 stupně IR vzhledem k holenní kosti. Ohyb o 90 stupňů se stehenní stehen zvnějšku v průměru otáčel o 12,2 stupně. Část 2: a) Z úplného natažení do 90 ° flexe se femorální hlava posunula laterálně od sagitální roviny 93,1 mm. b) Mezi úplným natažením a ohybem 90 stupňů se femur otáčí zvnějšku o 12,8 stupňů, což odpovídá stupni počáteční vnitřní rotace stehenní kosti v plném natažení. Diskuse Nejdůležitější nález předkládané studie in vivo spočívá ve skutečnosti, že u normálních kolen s tibií je rotační fixní flexe vždy spojena s vnější femorální rotací, aby se femorální hlava udržela v acetabulu. Tato rotace je povinná. ZÁVĚRY Ukázali jsme, že je-li tibie rotačně fixována, je flexe kolena možná pouze tehdy, je-li doprovázena vnější rotací femuru, aby se femorální hlava udržela v acetabulu. Byl navržen matematický popis experimentu, jehož výsledky potvrzují uvedený předpoklad. Tento nález lze vysvětlit počátečním vnitřním otáčením stehenní kosti v plném rozsahu kolene a je umožněno tvarem kloubních kostí a napětím měkkých tkání.
Classification
Type
Jimp - Article in a specialist periodical, which is included in the Web of Science database
CEP classification
—
OECD FORD branch
30211 - Orthopaedics
Result continuities
Project
—
Continuities
V - Vyzkumna aktivita podporovana z jinych verejnych zdroju
Others
Publication year
2019
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data specific for result type
Name of the periodical
Acta Chirurgiae Orthopaedicae et Traumatologiae Čechoslovaca
ISSN
0001-5415
e-ISSN
—
Volume of the periodical
86
Issue of the periodical within the volume
4
Country of publishing house
CZ - CZECH REPUBLIC
Number of pages
7
Pages from-to
249-255
UT code for WoS article
000483007800002
EID of the result in the Scopus database
2-s2.0-85072217114
Basic information
Result type
Jimp - Article in a specialist periodical, which is included in the Web of Science database
OECD FORD
Orthopaedics
Year of implementation
2019