Transcript A térdizület biomechanikája

A TÉRDIZÜLET
BIOMECHANIKÁJA
TÉRDIZÜLET
Natural distribution of the femoral mechanical–anatomical angle in an osteoarthritic
population and its relevance to total knee arthroplasty
Angela H. Deakin, Praveen L. Basanagoudar, Perrico Nunag, Andrew T. Johnston, Martin Sarungi ⁎
The Knee, In Press, Corrected Proof, Available online 25 February 2011
5°3°
81°
Élettani
valgus
87°
G. VARUM
175°
G. VALGUM
Izületi felszínek
Patellofemural
Tibiofemural
Medial and
lateral
A tibia condylusainak alakja
r = 80 mm
Mediális
Laterális
concave
convex
r = 70 mm
A femur condylusainak alakja
40-45
L
M
M
L
Laterális
Mediális
convex
concave
Transzlációs mozgás a térdízületben
Medialis
Lateralis
6 mm
12 mm
A térdizület stabilzációja
Menisci and capsule
M
L
A meniscusok transzlációs mozgása
Extenzio
Flexio
Meniscopatella
rostok
Meniscofemural
szalag
ACL
Semimembranosus
2011.03.23.
popliteus
KERESZTSZALAGOK
Elülső (AC)
Hátulsó (PC)
Oldalsó
(mediális)
Oldalsó
(laterális)
Oldalsó
(mediális)
A térszalagok keresztmetszeti területe
ELÜLSŐ KERESZTSZALAG
42 mm2
HÁTSÓ KERESZTSZALAG
60 mm2
MEDIÁLIS OLDALSÓ KERESZTSZALAG
18 mm2
LATERÁLIS OLDALSÓ KERESZTSZALAG
25 mm2
Mozgás az izületben transzverzális síkban
gördülés
Transzláció
(csúszás)
M
Forgás
L
Gördülés (forgás és transzláció)
A keresztszalagok szerepe
Patella mozgása
Forgástengelyek
Lateromediális –
hajlítás-feszítés (x-x’)
Husszúsági –
forgás (y-y’)
Anterior-posterior –
közelítés-távolítás (z-z’)
Transverzális
Latero-mediál tengely
Geometria forgástengely
(GCA)
The geometric center axis is
connecting the centers of the two
femoral condyles
Kondiláris tengely
(TEA)
The transepicondylar axis is
connecting the most prominent points
on the lateral and medial condyles axis
Forgásközéppont
E. Most et al. / Journal of Biomechanics 37 (2004) 1743–1748 (kneeflexion.pdf)
A forgásközéppont helyének változása
30o
15o
0o
45o
60o
75o
90o
E. Most et al. / Journal of Biomechanics 37 (2004) 1743–1748 (kneeflexion.pdf)
Transzláció
Mediális
Laterális
TEA- transepicondylar axis
GCA - geometric center axis
Rotáció
Hajlítás-feszítés mozgások közben
Kifelé-befelé rotáció
Forgás az anteroposterior tengely körül
ROM
FlexionExtension
140
Abduction-Adduction
45
30
Rotation
Erőhatások
1. Húzó
2. Nyomó
3. Nyíró
4. Torzió
2011.03.30.
Súlyerő (G)
Patello-femurális
nyomóerő iránya
Nyomóerő komponens
Patella ín
húzóerejének iránya
Nyíróerő komponens
Nyomóerő komponens
Térdfeszítők
húzóerejének iránya
Térdhajlítók
húzóerejének iránya
Nyíróerő komponens
Fk = G
G = 600 N
G
Fk = 600 N
Fny = 0 N
Forgástengely
Fk = nyomó erő(kompressziós)
Fny = nyíróerő
A patella ínra eső húzóerő kiszámítása
Fp • kp = G • kG
ha
kG / kp = 2
Fp = 1200 N
Fp = G • kG / kp
A nyomó- és nyíróerők kiszámítása
Fk = Fp (G) • sin α
Fny = Fp (G) • cos α
Fk = 1600 N
Fny = 805 N
α
A nyomóerő eloszlása az ízületi felszínen
A térdízületre ható erők
G
Fq
Fkp
kh
kp
Fp
Fny
Fh
Fk
kk
Fkq
Fkh
G – súlyerő
Fq – téérdfeszítő erő
Fp – patella ínra ható erő
Fh – térdhajlító erő
Fkp- patello-fermurális nyomóerő
Fk – nyomóerő
Fny- nyíróerő
Fkq – erőmérővel mért erő
térdfeszítés során
Fkh- erőmérővel mért erő
térdhajlítás során
kp – patella ín erőkar
kh- térdhajlítók erőkarja
kk- az erőmérés során mért erő
erőkarja
A térdízület forgási tengelyének vándorlása
30o
15o
0o
45o
60o
75o
90o
Az erőkar hosszának változása
6
lever arm (cm)
5
4
EXTENSOR
3
FLEXORS
2
1
0
EXTENSOR
FLEXORS
5
4.35
2.5
15
4.72
3.38
30
4.87
3.87
45
4.89
4.08
60
4.67
3.94
75
4.33
3.52
90
3.8
2.56
Forgatónyomaték a térdízületi szögek függvényében
140
torque (Nm)
120
100
80
flexors
60
extensors
40
20
0
5
flexors
extensors
63.6
61.5
15
57.4
85.5
30
56.9
107.4
45
49.5
120.9
60
50.5
119.5
75
90
45.7
36.1
117
103.9
A hajlító és feszítő izmok erőkifejtésének
aránya a térdízületi szögek föggvényében
Hans H. C. M. Savelberg1 and Kenneth Meijer2 The Effect of Age and Joint Angle
on the Proportionality of Extensor and Flexor Strength at the Knee Joint. Journal
of Gerontology, 2004, Vol. 59A, No. 11, 1120–1128
A térdfeszítő izmok húzóerejének kiszámítása
(Fp x kp) - (Fkq x kk) = 0
Fq
Fcp
(Fp x kp) = (Fkq x kk)
Fp = (Fkq x kk) x
kp-1
kh
kp
Fp
Fs
Fh
Fc
kk
Fkq
2011.04. 13.
Fkh
MEASURING THE LENGTH OF
PATELLAR TENDON
EUP-L33,
75 Hz, 64 mm
Hitachi, Electronic Ultrasound
Scanner, EUB-405
MEASUREMENT OF PATELLAR LENGTH
350
300
Torque (Nm)
Torque
(Nm)
250
200
150
100
50
0
0
500
1000
1500
2000
(ms)
Time
Time (ms)
2500
3000
3500
4000
MEASUREMENT OF TENDON LENGTH
L0 at M = 0
52.6 mm
L at 0.1 M0
54.8 mm
L at 0.4M0
57.1 mm
Húzóerő az izületi szögek függvényében
3000
Force (N)
2500
2000
extensors
1500
flexors
1000
500
0
5
15
30
45
60
75
90
extensors
1418
1814
2213
2479
2576
2727
2768
flexors
2072
1772
1515
1238
1299
1322
1506
Torque (Nm)
Torque-time
curve
Mecc
500
400
300
200
100
0
0
200
400
600
800
1000
800
1000
EMG of Vastus
lateralis
EMG (uV)
Time (ms)
1800
1500
1200
900
600
300
0
0
200
400
600
Time (ms)
Erő (N)
A patella ín maximális feszülése
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
9042
7964
5962
IC(140)
IC(121)
EC
A nyomóerő kiszámítása
Knee extensors
Fq
Fce = Fp cosf
Knee flexors
Fcf = Fh cos
Fh
Fp
Fkq
Fkh
Nyomóerő az izületi szög függvényében
extensors
3000
flexors
Force (N)
2688
2748
2686
2512
2366
2500
2080
2000
1500
1681 1702
1326
1312
876
1000
652
345
500
100
0
5
15
30
45
60
joint angle position (degree)
75
90
A
Nyíróerő
Feszítők
Fq
Fse =Fp sinf
C
Fh
Hajlítók
Fsf = Fh sin
Fp
Fkq
B
Fkh
193
280
330
347
500
273
Nyíróerő az izületi szög függvényében
-500
-275
-587
-1000
-310
-32
-95
Nyíróerő (N)
0
-708
Feszítő
Hajlító
-965
-1500
-1135
-1506
-2000
Anatómiai szög (fok)
Maximális nyomó és nyíróerők
7830
8000
6897
7000
Erő (N)
6000
5163
5000
4000
3000
4521
2000
1000
3448
2581
0
IC(140)
IC(121)
EC
Nyomóerő a patello-femurális izületben
Fcp = (Fq cos  ) + ( Fp cos  )
Fq


Fp
Fq
Fcp
Fp
Fcp
Fkq
Fkh
Nyomóerő a patello-femurális izületben
Compression force (N)
2500
2100
2168
2085
45
60
75
90
1763
2000
1288
1500
1000
2088
645
500
0
5
15
30
angle (degrees)
Citation: Trilha Junior M, Fancello EA,
Roesler CRM, More ADO. Three-dimensional
numerical simulation of human knee joint
mechanics. Acta Ortop Bras. [online].
2009;17(2):18-23. Available from URL:
http://www.scielo.br/aob.
Patella és a patella mozgása