Effect of component alignment on soft tissue conditions during total knee replacement

全膝关节置换术中组件对准对软组织状况的影响

基本信息

  • 批准号:
    9416679
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.71万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-15 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

SUMMARY While total knee replacement (TKR) is regarded as a reasonably successful procedure in terms of revision rates (95% survivorship at 10 years), about 25% of patients remain dissatisfied with the outcome of their surgery. Moreover, nearly half of early TKR revisions are considered preventable if surgical techniques could reliably provide for proper component alignment and ligament balance. Considering that the number of TKR in the USA is projected to exceed 4.3 million annually by 2030, this equates to millions of dissatisfied patients with unsatisfactory clinical outcomes. It is well-established that stable TKR function is critical for successful patient outcomes. During TKR surgery, surgeons perform manual evaluations to detect joint instability and proceed to correct it by adjusting the TKR alignment and balancing the tension in the soft tissues surrounding the joint. Unfortunately, there is little evidence to guide surgeons in determining when alignment and soft tissue tension are adequate. It has long been speculated that soft tissue tension profiles could be a predictor of TKR clinical outcome compared to component alignment. Based on our published clinical studies, it is our scientific premise that alignment impacts soft tissue tension and the stability perceived by the patients, contributing to poor clinical scores. However, adequate methods for measuring soft tissue tension in vivo do not exist and the internal mechanical environment in the knee after TKR is poorly defined. Our long-term goal is to develop a validated finite element (FE) model of TKR and use it to determine the tension profiles of nine individual soft tissue structures crossing the knee joint and to establish quantitative relationships between component alignment, soft tissue tension, and clinical outcome in TKR patients. We hypothesize that i) component alignment affects soft tissue tension conditions during TKR; and ii) these soft tissue conditions are significant predictors of clinical outcomes after TKR. We propose to address these knowledge and technical gaps using a unique experimental and computational modeling approach. We identify the following specific aims: 1) adapt a finite element model of the natural knee to evaluate soft tissue tension in TKR; 2) determine the effect of TKR alignment on soft tissue tension; and 3) determine the effect of tension profiles on in vivo clinical outcomes of TKR. Successful completion of this proposal will: i) demonstrate the practical use of intra-operative measurements of knee kinematics during passive range of motion (ROM) for determining soft-tension profiles in FE TKR models and; ii) identify potential predictors of poor functional outcomes related to component alignment and soft tissue tension; and iii) identify potential detectable events that could inform technology innovation for more meaningful use of intra-operative sensing of soft tissue tension and knee motions. This project will inform our future R01 proposals addressing the magnitude of clinically acceptable soft tissue tension and the influence of different TKR designs and surgical techniques on soft tissue tension.
概括 虽然全膝关节置换术(TKR)在翻修方面被认为是相当成功的手术 率(10 年生存率为 95%),约 25% 的患者对其治疗结果仍不满意 外科手术。此外,如果手术技术可以,近一半的早期 TKR 修正被认为是可以预防的。 可靠地提供正确的部件对齐和韧带平衡。考虑到 TKR 的数量 预计到 2030 年,美国每年将超过 430 万,这相当于数百万不满意的患者 临床结果不令人满意。众所周知,稳定的 TKR 功能对于成功至关重要 患者的结果。在 TKR 手术期间,外科医生进行手动评估以检测关节不稳定和 通过调整 TKR 对齐和平衡周围软组织的张力来继续纠正它 联合。不幸的是,几乎没有证据可以指导外科医生确定何时对齐和软组织 张力足够。长期以来,人们推测软组织张力分布可能是 TKR 的预测因子 与组件对齐相比的临床结果。根据我们发表的临床研究,这是我们的科学 前提是对齐会影响软组织张力和患者感知的稳定性,从而导致不良 临床评分。然而,不存在测量体内软组织张力的适当方法,并且内部 TKR 后膝关节的机械环境尚不明确。我们的长期目标是开发一个经过验证的 TKR 的有限元 (FE) 模型,并用它来确定九个单独软组织的张力分布 穿过膝关节的结构并建立组件对齐、软性之间的定量关系 TKR 患者的组织张力和临床结果。我们假设 i) 组件对齐会影响软 TKR 期间的组织张力状况; ii) 这些软组织状况是临床的重要预测因素 TKR 后的结果。我们建议使用独特的实验来解决这些知识和技术差距 和计算建模方法。我们确定以下具体目标:1)采用有限元模型 自然膝关节用于评估 TKR 中的软组织张力; 2) 确定TKR对准对软组织的影响 紧张; 3) 确定张力曲线对 TKR 体内临床结果的影响。成功的 该提案的完成将: i) 展示膝关节术中测量的实际应用 被动运动范围 (ROM) 期间的运动学,用于确定 FE TKR 模型中的软张力分布;二) 确定与组件对齐和软组织张力相关的不良功能结果的潜在预测因素; iii) 识别潜在的可检测事件,这些事件可以为技术创新提供信息,以便更有意义地利用 术中感知软组织张力和膝关节运动。该项目将为我们未来的 R01 提案提供信息 解决临床上可接受的软组织张力的大小以及不同 TKR 设计的影响 以及软组织张力的手术技术。

项目成果

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