- Email: [email protected]
Validation d’un modèle numérique d’analyse des surfaces de contact et des contraintes fémoro-tibiales dans les prothèses totales de genou
91e réunion annuelle de la Société franc¸aise de chirurgie orthopédique et traumatologique / Revue de chirurgie orthopédique et traumatologique 102 (2016) S73–S190 S181
294
295
Geometric morphometric analysis reveals ethnic group related differences in the distal femur
Validation d’un modèle numérique d’analyse des surfaces de contact et des contraintes fémoro-tibiales dans les prothèses totales de genou
L’analyse géométrique morphométrique révèle des différences interethniques dans l’anatomie du fémur distal Etienne Cavaignac ∗ , David Ancelin , Nicolas Reina , Norbert Telmon , Philippe Chiron Service de chirurgie orthopédique, CHU de Toulouse, 31000 Toulouse, France ∗ Corresponding author. E-mail address: [email protected] (E. Cavaignac)
Validation of a digital model for the analysis of contact surfaces and femoro-tibial constraints in total knee prostheses Philippe Piriou ∗ , Olivier Guingand , Jean-Francois Potel , Geais Laurent CHU Ambroise-Paré, 2, boulevard Kennedy, 7000 Mons, Belgique ∗ Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (P. Piriou)
Background A better grasp of knee morphology and its variations can improve the design of TKA implants. The same kind of implants is not suitable for different populations. The design of total knee arthroplasty implants is based on the anatomy of a Caucasian population. The purpose of this study is to show that differences in distal femur shape related to ethnic group could be identified, visualized, and quantified using three-dimensional (3D) geometric morphometric analysis. Methods Geometric morphometric analysis was carried out on CT scans of the distal femur of 482 subjects living in the south of, France (240) and in the south of China (242). Ten landmarks were defined on 3D reconstructions of the distal femur. Both traditional metric (BCB Bicondylar breath) and geometric morphometric analyses were carried out on these bone reconstructions. The descriptive analysis consisted of calculating the mean, median and standard deviation values for each subgroup. A comparative analysis was performed with all the variables based on ethnic group and sex. The landmark coordinates were analyzed using principal component analysis (PCA) and canonical variate analysis (CVA) to identify shape trends in the various subgroups. These analyses were used to identify trends in bone shape in various subgroups: Asian, European, Asian female, Asian male, European female and European male. Results The osteometric analysis revealed no significant differences between the four subgroups of subjects. Ethnic-related differences in shape were statistically significant. PCA identified a difference in distal femur shape between Asians and Europeans; PC1 and PC2 accounted for 62% of the variance measured. Moreover, PCA identified a difference in distal femur shape between Asian females, Asian males, European females and European males; PC1 and PC2 accounted for 62% of the variance measured. The CVA revealed that the correct ethnic group was assigned in 82,5% of cases and the cross-validation revealed a 72,5% rate of correct sex estimation. Discussion This reliable, accurate method could be used to perform diachronic and interethnic comparisons. Moreover, this study provides updated morphometric data for a modern population in the south of France and a modern population in the south of China. The large number of subjects studied made it possible to modernize the references for certain bone measurements and should be taken into account by orthopedic implant manufacturers. Conclusion This study has shown that geometric morphometric analysis of the distal femur is feasible. Ethnic-related differences are present in this bone segment. Disclosure of interest The authors declare that they have no competing interest.
Introduction La survie d’une prothèse totale du genou dépend pour une part des contraintes et des surfaces de contact fémoro-tibiales (FT). L’évaluation expérimentale de ces données mécaniques est complexe et lourde. Les auteurs proposent ici un modèle numérique validé permettant à l’avenir de s’affranchir des tests mécaniques. Matériel et méthodes Une des méthodes reconnues analysant les surfaces de contact et la pression FT est l’utilisation de film sensible FUJIy. Un protocole a analysé ces paramètres dans une prothèse Anatomicy (Amplitude), à divers degrés de flexion (0 ◦ C, 15 ◦ C, 30 ◦ C, 45 ◦ C, 60 ◦ C, 90 ◦ C et 130 ◦ C) et de rotation (+ 15◦ C, −15◦ C). Des courbes de contraintes et des cartes des surfaces de contact ont été établies avec un niveau de chargement moyen de 3000 N. Parallèlement, un modèle, de type « élément finis O », simulant les conditions expérimentales précédentes (nature et lois de comportement des matériaux, degrés de liberté des pièces, protocole de charge) a été créé sur Solidworksy. Une analyse statistique a comparé les résultats issus du modèle avec les données expérimentales. Résultats Les surfaces de contact FT globales constatées expérimentalement sont comprises entre 80 mm2 (à 130◦ C) et 155 mm2 (à 60◦ C). 66 % de cette surface présentait des contraintes inférieures à 40 Mpa. Le modèle surestimait en moyenne de 39 % les surfaces de contact mesurées selon une loi linéaire entre les valeurs numériques et expérimentales (ratio 1,39). La répartition géographique des surfaces de contact était semblable. L’analyse de Student n’a pas montré de différence significative entre les résultats numériques et expérimentaux. Discussion Ces résultats sont en accord avec les quelques études publiées qui rapportent des ratios valeurs numériques expérimentales de 1,25 à 2,5. Cette cohérence nous conforte sur la pertinence du modèle. Conclusion Nous disposons maintenant d’un modèle validé permettant de comparer différentes géométries prothétiques et d’analyser les contraintes FT ainsi que la géographie et l’étendue des zones de contact sur le polyéthylène. Déclaration de liens d’intérêts Recherches cliniques/travaux scientifiques : oui [Amplitude Tornier] consultant, expert : oui [Amplitude Tornier] Cours, formations : oui [Amplitude Tornier] détention d’un brevet ou inventeur d’un produit : oui [Tornier].
http://dx.doi.org/10.1016/j.rcot.2016.08.251
Prédiction de la morphologie normale de la glène par un modèle statistique de l’omoplate Steve Berger ∗ , Alexandre Terrier , Fabio Becce , Alain Farron , Philippe Büchler Institute for Surgical Technology and Biomechanics, University of Berne Stauffacherstrasse, 783014 Berne, Suisse ∗ Corresponding author. E-mail address: [email protected] (S. Berger)
http://dx.doi.org/10.1016/j.rcot.2016.08.252 296
Prediction of normal glenoid morphology with statistical shape modelling
294
295
Geometric morphometric analysis reveals ethnic group related differences in the distal femur
Validation d’un modèle numérique d’analyse des surfaces de contact et des contraintes fémoro-tibiales dans les prothèses totales de genou
L’analyse géométrique morphométrique révèle des différences interethniques dans l’anatomie du fémur distal Etienne Cavaignac ∗ , David Ancelin , Nicolas Reina , Norbert Telmon , Philippe Chiron Service de chirurgie orthopédique, CHU de Toulouse, 31000 Toulouse, France ∗ Corresponding author. E-mail address: [email protected] (E. Cavaignac)
Validation of a digital model for the analysis of contact surfaces and femoro-tibial constraints in total knee prostheses Philippe Piriou ∗ , Olivier Guingand , Jean-Francois Potel , Geais Laurent CHU Ambroise-Paré, 2, boulevard Kennedy, 7000 Mons, Belgique ∗ Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (P. Piriou)
Background A better grasp of knee morphology and its variations can improve the design of TKA implants. The same kind of implants is not suitable for different populations. The design of total knee arthroplasty implants is based on the anatomy of a Caucasian population. The purpose of this study is to show that differences in distal femur shape related to ethnic group could be identified, visualized, and quantified using three-dimensional (3D) geometric morphometric analysis. Methods Geometric morphometric analysis was carried out on CT scans of the distal femur of 482 subjects living in the south of, France (240) and in the south of China (242). Ten landmarks were defined on 3D reconstructions of the distal femur. Both traditional metric (BCB Bicondylar breath) and geometric morphometric analyses were carried out on these bone reconstructions. The descriptive analysis consisted of calculating the mean, median and standard deviation values for each subgroup. A comparative analysis was performed with all the variables based on ethnic group and sex. The landmark coordinates were analyzed using principal component analysis (PCA) and canonical variate analysis (CVA) to identify shape trends in the various subgroups. These analyses were used to identify trends in bone shape in various subgroups: Asian, European, Asian female, Asian male, European female and European male. Results The osteometric analysis revealed no significant differences between the four subgroups of subjects. Ethnic-related differences in shape were statistically significant. PCA identified a difference in distal femur shape between Asians and Europeans; PC1 and PC2 accounted for 62% of the variance measured. Moreover, PCA identified a difference in distal femur shape between Asian females, Asian males, European females and European males; PC1 and PC2 accounted for 62% of the variance measured. The CVA revealed that the correct ethnic group was assigned in 82,5% of cases and the cross-validation revealed a 72,5% rate of correct sex estimation. Discussion This reliable, accurate method could be used to perform diachronic and interethnic comparisons. Moreover, this study provides updated morphometric data for a modern population in the south of France and a modern population in the south of China. The large number of subjects studied made it possible to modernize the references for certain bone measurements and should be taken into account by orthopedic implant manufacturers. Conclusion This study has shown that geometric morphometric analysis of the distal femur is feasible. Ethnic-related differences are present in this bone segment. Disclosure of interest The authors declare that they have no competing interest.
Introduction La survie d’une prothèse totale du genou dépend pour une part des contraintes et des surfaces de contact fémoro-tibiales (FT). L’évaluation expérimentale de ces données mécaniques est complexe et lourde. Les auteurs proposent ici un modèle numérique validé permettant à l’avenir de s’affranchir des tests mécaniques. Matériel et méthodes Une des méthodes reconnues analysant les surfaces de contact et la pression FT est l’utilisation de film sensible FUJIy. Un protocole a analysé ces paramètres dans une prothèse Anatomicy (Amplitude), à divers degrés de flexion (0 ◦ C, 15 ◦ C, 30 ◦ C, 45 ◦ C, 60 ◦ C, 90 ◦ C et 130 ◦ C) et de rotation (+ 15◦ C, −15◦ C). Des courbes de contraintes et des cartes des surfaces de contact ont été établies avec un niveau de chargement moyen de 3000 N. Parallèlement, un modèle, de type « élément finis O », simulant les conditions expérimentales précédentes (nature et lois de comportement des matériaux, degrés de liberté des pièces, protocole de charge) a été créé sur Solidworksy. Une analyse statistique a comparé les résultats issus du modèle avec les données expérimentales. Résultats Les surfaces de contact FT globales constatées expérimentalement sont comprises entre 80 mm2 (à 130◦ C) et 155 mm2 (à 60◦ C). 66 % de cette surface présentait des contraintes inférieures à 40 Mpa. Le modèle surestimait en moyenne de 39 % les surfaces de contact mesurées selon une loi linéaire entre les valeurs numériques et expérimentales (ratio 1,39). La répartition géographique des surfaces de contact était semblable. L’analyse de Student n’a pas montré de différence significative entre les résultats numériques et expérimentaux. Discussion Ces résultats sont en accord avec les quelques études publiées qui rapportent des ratios valeurs numériques expérimentales de 1,25 à 2,5. Cette cohérence nous conforte sur la pertinence du modèle. Conclusion Nous disposons maintenant d’un modèle validé permettant de comparer différentes géométries prothétiques et d’analyser les contraintes FT ainsi que la géographie et l’étendue des zones de contact sur le polyéthylène. Déclaration de liens d’intérêts Recherches cliniques/travaux scientifiques : oui [Amplitude Tornier] consultant, expert : oui [Amplitude Tornier] Cours, formations : oui [Amplitude Tornier] détention d’un brevet ou inventeur d’un produit : oui [Tornier].
http://dx.doi.org/10.1016/j.rcot.2016.08.251
Prédiction de la morphologie normale de la glène par un modèle statistique de l’omoplate Steve Berger ∗ , Alexandre Terrier , Fabio Becce , Alain Farron , Philippe Büchler Institute for Surgical Technology and Biomechanics, University of Berne Stauffacherstrasse, 783014 Berne, Suisse ∗ Corresponding author. E-mail address: [email protected] (S. Berger)
http://dx.doi.org/10.1016/j.rcot.2016.08.252 296
Prediction of normal glenoid morphology with statistical shape modelling