The mean anatomical shape of the tibial plateau at the knee arthroplasty resection level: an investigation using MRI

Clinical assessments after Total Knee Arthroplasty (TKA) show persisting pain after implantation in over 20% of patients. Impingement of soft tissue around the knee, due to imprecise geometry of the tibial implant, can be one reason for persisting ailment. Two hundred and thirty seven MRI scans were evaluated using an active contour detection algorithm (snake) to obtain a high-resolution mean anatomical shape of the tibial plateau. Differences between female and male, older and younger (40) and left and right averaged shapes were determined. The shapes obtained were asymmetric throughout. Absolute differences between the subgroups fell short of inter-individual variations represented by calculated one-sigma confidence intervals. Our results indicate that a differentiation in TKA tibial plateau design by gender, age, or side is of minor relevance.

Low-bandwidth telerehabilitation for patients who have undergone total knee replacement: preliminary results

We have developed a low-bandwidth, Internet-based telerehabilitation system to provide outpatient rehabilitation to patients who have undergone total knee arthroplasty. The preliminary efficacy of this treatment programme in terms of both physical and functional objective outcome measures was assessed on 21 patients. Subjects receiving a six-week rehabilitation programme were randomized to the telerehabilitation system or the usual face-to-face method. The physical and functional improvements in the telerehabilitation group were similar to those in the control group. There was a non-significant trend for greater improvements in the telerehabilitation group for most outcome measurements. The telerehabilitation programme was well received by patients. The results of this study provide evidence for the efficacy of low-bandwidth telerehabilitation consultations.

Development of an instrumented customizable total knee prosthesis for experimental tests.

Total knee arthroplasty (TKA) has revolutionized the life of millions of patients and it is the most efficient treatment in cases of osteoarthritis. The increase in life expectancy has lowered the average age of the patient, which requires a more enduring and performing prosthesis. To improve the design of implants and satisfying the patient's needs, a deep understanding of the knee Biomechanics is needed. To overcome the uncertainties of numerical models, recently instrumented knee prostheses are spreading. The aim of the thesis was to design and manifacture a new prototype of instrumented implant, able to measure kinetics and kinematics (in terms of medial and lateral forces and patellofemoral forces) of different interchangeable designs of prosthesis during experiments tests within a research laboratory, on robotic knee simulator. Unlike previous prototypes it was not aimed for industrial applications, but purely focusing on research. After a careful study of the literature, and a preliminary analytic study, the device was created modifying the structure of a commercial prosthesis and transforming it in a load cell. For monitoring the kinematics of the femoral component a three-layers, piezoelettric position sensor was manifactured using a Velostat foil. This sensor has responded well to pilot test. Once completed, such device can be used to validate existing numerical models of the knee and of TKA and create new ones, more accurate.It can lead to refinement of surgical techniques, to enhancement of prosthetic designs and, once validated, and if properly modified, it can be used also intraoperatively.

Identification of patients at risk of poor outcomes following hip or knee arthroplasty

Les arthroplasties totales de la hanche (ATH) et du genou (ATG) sont souvent offertes aux patients atteints de dégénérescence articulaire sévère. Bien qu’efficace chez la majorité des patients, ces interventions mènent à des résultats sous-optimaux dans de nombreux cas. Il demeure difficile d’identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux à l’heure actuelle. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser la gamme de soins et de services offerts et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. Ce mémoire a comme objectifs : 1) de réaliser une revue systématique des déterminants associés à la douleur et aux incapacités fonctionnelles rapportées par les patients à moyen-terme suivant ces deux types d’arthroplastie et 2) de développer des modèles de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles suivant l’ATH et l’ATG. Une revue systématique de la littérature identifiant les déterminants de la douleur et de la fonction suivant l’ATH et l’ATG a été réalisée dans quatre bases de données jusqu’en avril 2015 et octobre 2014, respectivement. Afin de développer un algorithme de prédiction pouvant identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux, nous avons aussi utilisé des données rétrospectives provenant de 265 patients ayant subi une ATH à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (HMR) de 2004 à 2010. Finalement, des données prospectives sur 141 patients recrutés au moment de leur inclusion sur une liste d’attente pour une ATG dans trois hôpitaux universitaires à Québec, Canada et suivis jusqu’à six mois après la chirurgie ont permis l’élaboration d’une règle de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles. Vingt-deux (22) études d’une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été incluses dans la revue. Les principaux déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH incluaient: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, un indice de la masse corporelle plus élevé, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, une scolarité plus faible, une arthrose radiographique moins sévère et la présence d’arthrose à la hanche controlatérale. Trente-quatre (34) études évaluant les déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATG avec une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été évaluées et les déterminants suivant ont été identifiés: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, un plus grands niveau d’anxiété et/ou de symptômes dépressifs, la présence de douleur au dos, plus de pensées catastrophiques ou un faible niveau socioéconomique. Pour la création d’une règle de prédiction clinique, un algorithme préliminaire composé de l’âge, du sexe, de l’indice de masse corporelle ainsi que de trois questions du WOMAC préopératoire a permis l’identification des patients à risque de résultats chirurgicaux sous-optimaux (pire quartile du WOMAC postopératoire et percevant leur hanche opérée comme artificielle avec des limitations fonctionnelles mineures ou majeures) à une durée moyenne ±écart type de 446±171 jours après une ATH avec une sensibilité de 75.0% (95% IC: 59.8 – 85.8), une spécificité de 77.8% (95% IC: 71.9 – 82.7) et un rapport de vraisemblance positif de 3.38 (98% IC: 2.49 – 4.57). Une règle de prédiction clinique formée de cinq items du questionnaire WOMAC préopratoire a permis l’identification des patients en attente d’une ATG à risque de mauvais résultats (pire quintile du WOMAC postopératoire) six mois après l’ATG avec une sensibilité de 82.1 % (95% IC: 66.7 – 95.8), une spécificité de 71.7% (95% IC: 62.8 – 79.8) et un rapport de vraisemblance positif de 2.9 (95% IC: 1.8 – 4.7). Les résultats de ce mémoire ont permis d’identifier, à partir de la littérature, une liste de déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH et l’ATG avec le plus haut niveau d’évidence à ce jour. De plus, deux modèles de prédiction avec de très bonnes capacités prédictives ont été développés afin d’identifier les patients à risque de mauvais résultats chirurgicaux après l’ATH et l’ATG. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser leur prise en charge et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie.

Identification of patients at risk of poor outcomes following hip or knee arthroplasty

Les arthroplasties totales de la hanche (ATH) et du genou (ATG) sont souvent offertes aux patients atteints de dégénérescence articulaire sévère. Bien qu’efficace chez la majorité des patients, ces interventions mènent à des résultats sous-optimaux dans de nombreux cas. Il demeure difficile d’identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux à l’heure actuelle. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser la gamme de soins et de services offerts et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. Ce mémoire a comme objectifs : 1) de réaliser une revue systématique des déterminants associés à la douleur et aux incapacités fonctionnelles rapportées par les patients à moyen-terme suivant ces deux types d’arthroplastie et 2) de développer des modèles de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles suivant l’ATH et l’ATG. Une revue systématique de la littérature identifiant les déterminants de la douleur et de la fonction suivant l’ATH et l’ATG a été réalisée dans quatre bases de données jusqu’en avril 2015 et octobre 2014, respectivement. Afin de développer un algorithme de prédiction pouvant identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux, nous avons aussi utilisé des données rétrospectives provenant de 265 patients ayant subi une ATH à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (HMR) de 2004 à 2010. Finalement, des données prospectives sur 141 patients recrutés au moment de leur inclusion sur une liste d’attente pour une ATG dans trois hôpitaux universitaires à Québec, Canada et suivis jusqu’à six mois après la chirurgie ont permis l’élaboration d’une règle de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles. Vingt-deux (22) études d’une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été incluses dans la revue. Les principaux déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH incluaient: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, un indice de la masse corporelle plus élevé, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, une scolarité plus faible, une arthrose radiographique moins sévère et la présence d’arthrose à la hanche controlatérale. Trente-quatre (34) études évaluant les déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATG avec une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été évaluées et les déterminants suivant ont été identifiés: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, un plus grands niveau d’anxiété et/ou de symptômes dépressifs, la présence de douleur au dos, plus de pensées catastrophiques ou un faible niveau socioéconomique. Pour la création d’une règle de prédiction clinique, un algorithme préliminaire composé de l’âge, du sexe, de l’indice de masse corporelle ainsi que de trois questions du WOMAC préopératoire a permis l’identification des patients à risque de résultats chirurgicaux sous-optimaux (pire quartile du WOMAC postopératoire et percevant leur hanche opérée comme artificielle avec des limitations fonctionnelles mineures ou majeures) à une durée moyenne ±écart type de 446±171 jours après une ATH avec une sensibilité de 75.0% (95% IC: 59.8 – 85.8), une spécificité de 77.8% (95% IC: 71.9 – 82.7) et un rapport de vraisemblance positif de 3.38 (98% IC: 2.49 – 4.57). Une règle de prédiction clinique formée de cinq items du questionnaire WOMAC préopratoire a permis l’identification des patients en attente d’une ATG à risque de mauvais résultats (pire quintile du WOMAC postopératoire) six mois après l’ATG avec une sensibilité de 82.1 % (95% IC: 66.7 – 95.8), une spécificité de 71.7% (95% IC: 62.8 – 79.8) et un rapport de vraisemblance positif de 2.9 (95% IC: 1.8 – 4.7). Les résultats de ce mémoire ont permis d’identifier, à partir de la littérature, une liste de déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH et l’ATG avec le plus haut niveau d’évidence à ce jour. De plus, deux modèles de prédiction avec de très bonnes capacités prédictives ont été développés afin d’identifier les patients à risque de mauvais résultats chirurgicaux après l’ATH et l’ATG. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser leur prise en charge et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie.

Valor da avaliação radiográfica pré-operatória dos defeitos ósseos no joelho nas revisões de artroplastia

OBJETIVO: Avaliar o valor da avaliação radiográfica pré-operatória nas revisões de artroplastias totais do joelho. MÉTODOS: Trinta e um joelhos operados no período de 2006 a 2008 em uma série consecutiva de casos de cirurgia de revisão de artroplastia total de joelho foram analisados retrospectivamente. CRITÉRIOS ANALISADOS: número de cunhas ou enxertos ósseos estruturados utilizados para preenchimento dos defeitos ósseos; localização das cunhas e enxertos ósseos utilizados e espessura média do polietileno utilizada. A classificação AORI era estabelecida previamente através de radiografias pré-operatórias segundo critérios preestabelecidos. Após a análise, os joelhos foram divididos em quatro grupos (I, IIA, IIB e III). RESULTADOS: O número médio de cunhas ou enxertos ósseos utilizados em cada joelho variou de maneira crescente entre os grupos (grupo I: 1,33; grupo IIA: 2; grupo IIB: 4,33; grupo III: 4,83) (P = 0,0012). As localizações mais comuns foram: medial na tíbia e posteromedial no fêmur. Não houve diferença estatisticamente significante na espessura do polietileno utilizado. CONCLUSÃO: A classificação AORI para defeitos ósseos no joelho baseada em radiografias pré-operatórias mostrou correlação crescente com a necessidade de utilização de cunhas e/ou enxertos estruturados na revisão de artroplastia total do joelho. Porém, até 46% dos joelhos dos grupos I e IIA apresentaram falhas ósseas de até 5mm não diagnosticadas através das radiografias pré-operatórias.

One-Stage Revision of Infected Total Hip Arthroplasty with Bone Graft

There are many different opinions in the literature regarding the best procedure for revision of infected hip arthroplasty and hence in achieving long-term stabilization of a new implant. Thirty-two patients with 32 loose and infected total hip arthroplasties underwent revision with a bone graft in a 1-stage procedure. The bone graft was used in the acetabulum and femure in 25 patients, in the acetabulum alone in 4 patients and in the femur alone in 3 patients. A metal mesh was necessary in 15 patients to contain the morselized bone graft. At the time of surgical revision, 9 patients had a draining sinus, 6 had a closed sinus, and 17 had never had sinuses in the surgical wound. Antibiotic therapy was administered intravenously and orally for 6 months. Mean follow-up was 103 months (range, 63-183 months), and infection recurred in 2 (6.2%) cases. Further studies are necessary, and continuation of this method is justified.

Translation of biomechanical concepts in bone tissue engineering: from animal study to revision knee arthroplasty.

Bone defects in revision knee arthroplasty are often located in load-bearing regions. The goal of this study was to determine whether a physiologic load could be used as an in situ osteogenic signal to the scaffolds filling the bone defects. In order to answer this question, we proposed a novel translation procedure having four steps: (1) determining the mechanical stimulus using finite element method, (2) designing an animal study to measure bone formation spatially and temporally using micro-CT imaging in the scaffold subjected to the estimated mechanical stimulus, (3) identifying bone formation parameters for the loaded and non-loaded cases appearing in a recently developed mathematical model for bone formation in the scaffold and (4) estimating the stiffness and the bone formation in the bone-scaffold construct. With this procedure, we estimated that after 3 years mechanical stimulation increases the bone volume fraction and the stiffness of scaffold by 1.5- and 2.7-fold, respectively, compared to a non-loaded situation.

The course of radiographic loosening, pain and functional outcome around the first revision of a total hip arthroplasty

Background: The published data on pain and physical function before and after revision of total hip arthroplasty (THA) is scarce. The study reports the course and interrelationships of radiographic loosening, pain and physical function 5 year before and after a first revision THA. Methods: The study was based on the IDES-THA database. All patients with their first THA revision for aseptic loosening and a documented index surgery on the same side and at least one pre-revision and one post-revision follow-up were selected. Only patients with an intact contralateral hip joint (Charnley class-A) were included. Follow-ups within ±5.5 years around the revision time point were analyzed. Annual prevalences of radiographic component loosening and the non-desired outcomes (moderate/severe/intolerable pain, walking <30 minutes, hip flexion range <90°) were calculated. Results: Signs of radiographic component loosening started to increase about 4 years before revision surgery. Two years later, a sharp increase of painful hips from 15% to 80% in the revision year was observed. In the year after revision surgery, this rate dropped back to below 10%. Walking capacity started to noticeably deteriorate 3 years before revision and in the revision year about 65% of patients could not walk longer than 30 minutes. As opposed to pain, walking capacity did not recover to pre-revision levels and the best outcome was only reached two years post-revision. Hip flexion range had the slowest and least extent of deterioration (≈45% flexed <70° in the revision year) but with the best outcomes at only three years after revision surgery it took the longest to recover. Conclusion: Prevalence of radiological loosening signs and/or pain intensity follow an almost parallel course around the first revision of a THA for aseptic component loosening. This process begins about 4 years (radiographic loosening) before the actual revision surgery and intensifies about 2 years later (pain). It also involves walking capacity and hip range of motion. While pain levels go back to levels similar to those after primary surgery, range of motion and even more walking capacity remain moderately compromised.

Consecutive series of 226 journey bicruciate substituting total knee replacements: early complication and revision rates

BACKGROUND The Journey bicruciate substituting (BCS) total knee replacement (TKR) is intended to improve knee kinematics by more closely approximating the surfaces of a normal knee. The purpose of this analysis was to address the safety of Journey BCS knees by studying early complication and revision rates in a consecutive case series. METHODS Between December 2006 and May 2011, a single surgeon implanted 226 Journey BCS total knee prostheses in 191 patients (124 women, 67 men) who were eligible for study. Mean age at surgery was 68 years (41-85 years).Outcome measures were early complications and minor and major revision rates. All complications were considered, irrespective of whether conservative treatment or revision was required. RESULTS The average implantation time was 3.5 years (range 1.3-5.8 years). Thirty-three complications (14.6% of 226 knees) required minor or major revision surgery in 25 patients. The remaining eight patients were treated conservatively. Sixteen minor revisions were performed in 12 patients. Thirteen major revisions were required in 13 patients, which results in a rate of 1.65 major revisions per 100 component years. The linear trend of the early complication rate by treatment year was not significant (p = .22).Multivariate logistic regression showed no significant predictors for the occurrence of a complication or for revision surgery. A tendency towards higher complication rates was observed in female patients, although it was not significant (p = .066). CONCLUSIONS The complication and revision rates of the Journey BCS knee implant are high in comparison with those reported for other established total knee systems. Caution is advised when using this implant, particularly for less experienced knee surgeons.

Management of pelvic discontinuity in revision total hip arthroplasty: a review of the literature

Pelvic discontinuity is a complex problem in revision total hip arthroplasty. Although rare, the incidence is likely to increase due to the ageing population and the increasing number of total hip arthroplasties being performed. The various surgical options available to solve this problem include plating, massive allografts, reconstruction rings, custom triflanged components and tantalum implants. However, the optimal solution remains controversial. None of the known methods completely solves the major obstacles associated with this problem, such as restoration of massive bone loss, implant failure in the short- and long-term and high complication rates. This review discusses the diagnosis, decision making, and treatment options of pelvic discontinuity in revision total hip arthroplasty.

Surface-active phospholipid in total hip arthroplasty

This is the first report of surface-active phospholipid as the boundary lubricant in total hip arthroplasty. Aspirate and rinsings from the bearing surfaces of 25 revision operations and one primary surgery were analyzed from 3 weeks to 26 years postoperatively. All samples contained substantial amounts of surface-active phospholipids ranging from 14 to 4186 μg. These findings indicate that synoviocytes continue producing the lubricant in significant quantities after arthroplasty surgery independent of the type of joint replacement and its fixation. Surface-active phospholipid was found on all bearing surfaces analyzed including polyethylene, stainless steel, chrome cobalt, alumina, zirconia, and titanium.