Les montages les plus fréquemment utilisés pour l'analyse cinématique du genou représentent en fait une succession d'états statiques. Les auteurs ont développé un montage original, mobilisant de façon continue et coordonnée fémur et tibia par des actionneurs asservis informatiquement.

Cinq paires de pièces cadavériques fraîchement congelées, conservant les structures capsuloligamentaires du genou et le tendon du quadriceps, ont été étudiées. L'extrémité inférieure du tibia était fixée, avec une orientation strictement frontale, dans un support contrôlé par un premier actionneur. Le tendon du quadriceps était relié par une sangle au second actionneur, fixé sur la face postérieure du fémur, contrôlant le mouvement de flexion-extension, et agissant également comme système de mise en charge verticale du membre avec une intensité de 28N. Le mouvement simulé représentait le passage de la position debout (angle sagittal fémorotibial de 180°, angle sagittal tibia-sol de 90°) à la position assise (angle sagittal fémorotibial de 90°, angle sagittal tibia-sol de 45°). Neuf marqueurs réfléchissants répartis en trois tripodes étaient ancrés dans la corticale du fémur, du tibia et de la patella, et leurs déplacements mesurés par trois caméras infrarouges. Les mouvements respectifs des pièces osseuses dans les trois plans de rotation et les trois plans de translation ont été interprétés sous forme de courbes en fonction de l'angle de flexion du genou.

La précision de la chaîne de mesure a été évaluée par une précédente étude à ± 1,5° et ± 0,5 mm. La reproductibilité du mouvement a été vérifiée par trois acquisitions successives sur un même genou : les résultats obtenus étaient superposables à moins d'un degré près.

Ce montage expérimental permet une approche de la simulation dynamique et continue de la cinématique du genou in vitro . Il permet de tester les modifications apportées par l'implantation de différents types de prothèse et par les lésions de l'appareil ligamentaire.

In vitro experiments are particularly useful for studying kinematic changes in the normal knee exposed to experimental conditions simulating different disease states. We developed an experimental protocol allowing a kinematic analysis of the femorotibial and femoropatellar joints in healthy knees and after implantation of a knee prosthesis, using a central pivot to simulate active loaded movement from the standing to sitting position.

An experimental device was designed to apply force to the femur of a cadaveric specimen including the femur, the patella and the tibia. The tibia was angled in the sagittal plane and the femur was free to move in space in response to the geometric movement of the knee joint, the capsuloligamentary structures, the quadriceps tendon and gravity. Variation in the length of the quadriceps tendon controlled the flexion-extension movement. The experimental setup included computer-controlled activation allowing continuous coordinated movement of the femur relative to the tibia and of the tibia relative to the ground. Standard activations simulated movement from the standing to the sitting position.

Five pairs of fresh-frozen cadaver specimens including the entire femur, patella, tibia and fibula, the capsuloligamentary and intra-articular structures of the knee, the superior and inferior tibiofibular ligaments and the quadriceps tendon were studied. The quadriceps tendon was connected to the computer-guided activation device. Reflectors were fixed onto the anterior aspect of the femur, the superior tibial epiphysis and the center of the patella. Anatomic landmarks on the femur, the tibia, and the patella were identified to determine the plane of movement of each bone in the three rotation axes and the three translation directions. Three infrared cameras recorded movements of the reflectors fixed on the bony segments and, by mathematical transformation, the movement of the corresponding bony segment, displayed in time-course curves.

The precision of the measurements, evaluated in a previous study, was ± 1.5° for rotation and ± 0.5 mm for translation movements. Three acquisitions were made for each experiment and produced results differing less than one degree. A qualitative analysis of femorotibial and femoropatellar kinematics was achieved for the normal knee. The automatic internal rotation of the femur during flexion was observed and the patellar kinematics were defined with six degrees of freedom.

This experimental setup enables a comparison of the kinetics of a normal knee with the kinetics observed after implantation of a prosthesis on the same knee. The kinetic analysis does not involve a succession of static states but rather a continuous movement generated by the action of the quadriceps that can be loaded, simulating partial weight bearing. Using the markers fixed directly on the bones, this in vitro study allowed remarkably precise and reproducible measurements. The movements simulated regularly encountered clinical situations. The quality of the movement recorded for a given prosthesis thus provides an accurate approach to the quality of the prosthesis. The goal is not to define the exact kinematics of the normal knee but rather to compare the kinematics of the normal knee with that of the same knee after prosthesis implantation allowing an accurate method for assessing prosthesis design and studying the influence of different parameters, particularly the ligaments. Concomitant study of femorotibial and femoropatellar kinematics provides further information rarely found in the literature.