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3D Sequential Kinematics of the Femoro-Tibial Joint of Normal Knee from Multiple Bi-planar X-rays: Accuracy and Repeatability - 25/05/18

Doi : 10.1016/j.irbm.2018.05.001 
K. Langlois a, , H. Pillet a, , F. Lavaste a, G. Rochcongar b, P. Rouch a, P. Thoreux a, c, W. Skalli a
a Arts et Métiers ParisTech, LBM/Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak, 151 bd de l'Hôpital, 75013 Paris, France 
b INSERM U1075 COMETE “Mobilité: Attention, Orientation & Chronobiologie”, Département de Chirurgie Orthopédique et Traumatologique, Université de Caen Basse-Normandie, Centre Hospitalier Universitaire de Caen, France 
c Service de Chirurgie Orthopédique Hôpital Avicenne, Université Paris XIII, 125 rue de Stalingrad, 93009 Bobigny, France 

Corresponding authors.
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Friday 25 May 2018
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

Background

Several methods can be used to assess joint kinematics going from optoelectronic motion analysis to biplanar fluoroscopy. The aim of the present work was to evaluate the reliability of the use of biplane radiography to quantify the sequential 3D kinematics of the femoro-tibial joint.

Methods

Bi-planar X-rays (EOS imaging) of 12 lower limbs (6 specimens in vitro and 6 subjects in vivo) were taken for various knee flexion angles. 3D personalized models of the femur and the tibia were registered on each pair of views. To quantify the bias, the kinematic parameters calculated from the registered models were compared to those obtained from the tripods embedded in the specimens. Intra and inter-operator repeatability of each parameter were assessed from the registrations made by 3 operators in vivo.

Results

In vitro, the bias of the tibia pose estimation obtained from the registration method was inferior to 1.6 mm and 0.4°. In vivo, the repeatability of the sequential kinematic parameters was inferior to 0.3°, 2.1° and 1.8°, for respectively flexion, varus-valgus and medial-lateral rotation and inferior to 1.8 mm for translations.

Conclusion

Compared to simple fluoroscopy, the accuracy of our method based on sequential images was of the same order of magnitude, with better results for the translation in the frontal plane. The low dose of radiation of the EOS system offers promising prospects for a clinical use of this method to assess the femoro-tibial sequential kinematics.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

The EOS system allows the sequential kinematic analysis of the femoro-tibial joint.
The reliability of the registration of 3D model on 2D views has been quantified.
The accuracy of the registration is inferior to 1.6 mm and 0.4°.
The repeatability of the registration is 0.3°, 2.1° and 1.6°, for the rotations.
The repeatability of the registration is inferior to 1.8 mm for the translations.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Bi-planar radiography, low dose, Knee 3D sequential kinematics, Registration, Lower limb


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