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Variable tibiofemoral articular contact stress in fixed-bearing total knee arthroplasties - 31/03/18

Doi : 10.1016/j.otsr.2017.11.015 
K. Murakami a, S. Hamai a, , T. Moro-oka a, b, K. Okazaki a, H. Higaki c, T. Shimoto d, S. Ikebe c, Y. Nakashima a
a Department of orthopaedic surgery, Graduate school of medical sciences, Kyushu university, 1-3-3, Maidashi, 812-8582 Higashi-ku, Fukuoka, Japan 
b Moro-oka orthopaedic hospital, 101-3, Katawana Nakagawa-machi, 811-1201 Chikushi-gun, Fukuoka, Japan 
c Department of biorobotics, faculty of engineering, Kyushu Sangyo university, 2-3-1, Matsugadai, 813-8583 Higashi-ku, Fukuoka, Japan 
d Department of information and systems engineering, faculty of information engineering, Fukuoka institute of technology, 3-30-1, Wajiro-higashi, 811-0295 Higashi-ku, Fukuoka, Japan 

Corresponding author.

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Abstract

Background

Rotational allowance at the tibiofemoral joint would be required during deep flexion. However, the amount of flexion and rotation has not been investigated in modern total knee arthroplasty (TKA) designs. The present study aimed to determine the contact stress in five posterior-stabilized fixed-bearing TKA designs.

Hypothesis

We hypothesized that the contact area and stresses at the tibiofemoral articular surfaces vary according to the type of implant design and tested condition.

Materials and methods

The contact area and mean and peak contact stresses at the tibiofemoral articular surfaces were determined when a compressive load of 1200N was applied to a NexGen LPS Flex, Scorpio NRG, Genesis II, PFC Sigma, and Foundation implant. Measurements were performed at 0° and 45° flexion with 0°, 5°, 10°, and 15° rotation, and at 90° and 135° flexion with 0, 5°, 10°, 15°, and 20° rotation.

Results

The LPS Flex showed that the femoral component could not achieve 20° rotation at 135° flexion. The Scorpio NRG showed less than 20MPa of contact stress at all conditions. The Genesis II showed higher contact stress than 20MPa at 135° flexion with 20° rotation. The PFC Sigma showed that the femoral component could not achieve >10° rotation at any flexion angle. The Foundation showed more than 20MPa of contact stress at 90° flexion with 20° rotation and at 135° flexion with 10°, 15°, and 20° rotation.

Discussion

Surgeons should be more aware of the variable contact conditions of the tibiofemoral articular surfaces in individual TKA designs.

Level of evidence

Level IV, basic science study.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Total knee arthroplasty, Contact stress, Contact area, Axial rotation


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Vol 104 - N° 2

P. 177-183 - avril 2018 Retour au numéro
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