Descrição de sistema de avaliação da cinemática do joelho em lesões ligamentares a partir de rastreamento óptico e tomografia 3D.

w w w . r b o . o r g . b r

Artigo

Original

Descric¸ão

de

sistema

de

avaliac¸ão

da

cinemática

do

joelho

em

lesões

ligamentares

a

partir

de

rastreamento

óptico

e

tomografia

3D

夽

Tiago

Lazzaretti

Fernandes

_,

_Douglas

_Badillo

_Ribeiro

_,

_Diogo

_Cristo

_da

_Rocha

_,

Cyro

Albuquerque

_,

_César

_Augusto

_Martins

_Pereira

_,

_André

_Pedrinelli

e

Arnaldo

José

Hernandez

a_{InstitutodeOrtopediaeTraumatologia,HospitaldasClínicas,FaculdadedeMedicina,UniversidadedeSãoPaulo(USP),SãoPaulo,}

SP,Brasil

b_{DepartamentodeEngenhariaMecânica,CentroUniversitáriodaFundac¸ãoEducacionalInaciana(FEI),SãoBernardodoCampo,}

SP,Brasil

informações

sobre

o

artigo

Históricodoartigo:

Recebidoem29deagostode2013

Aceitoem3deoutubrode2013

On-lineem25dejunhode2014

Palavras-chave:

Articulac¸ãodojoelho

Ligamentocruzadoanterior

Tomografiacomputadorizada

porraiosX

r

e

s

u

m

o

Objetivo:Descreveredemonstraraviabilidadedeummétododeavaliac¸ãodacinemáticado

joelho,pormeiodeumaparelhodeCPM(continuouspassivemotion),anteseapósalesãodo

ligamentocruzadoanterior(LCA).

Métodos:Oestudofoifeitoemjoelhodecadáver,emumsimuladormecânicodepivot-shift

avaliadoapartirderastreamentoópticoassociadoàtomografiacomputadorizada.

Resultados: Esteestudodemonstraaviabilidadedeumprotocolodemensurac¸ãoderotac¸ão

etranslac¸ãodojoelhocomferramentasreprodutíveiseobjetivas(erro<0,2mm).Osistema

mecanizadodeprovocac¸ãodotestedopivot-shiftéindependentedoexaminadorepermite

sempreamesmavelocidadeangularetrac¸ãode20Nportodoomovimento.

Conclusão:Suarelevânciaclínicaestáemfazerinferênciassobreocomportamentoinvivo

deumjoelhocomlesãodoLCAeproporcionaraosestudosfuturosmaiorqualidade

meto-dológicaparaaaferic¸ãodetécnicascirúrgicascomenxertosemposic¸õesrelativamente

próximas.

©2014SociedadeBrasileiradeOrtopediaeTraumatologia.PublicadoporElsevierEditora

Ltda.Todososdireitosreservados.

夽

TrabalhodesenvolvidonoInstitutodeOrtopediaeTraumatologia,HospitaldasClínicas,FaculdadedeMedicina,UniversidadedeSão

Paulo,SãoPaulo,SP,Brasil.

∗ _{Autorparacorrespondência.}

E-mail:tiago.lazzaretti@usp.br(T.L.Fernandes).

http://dx.doi.org/10.1016/j.rbo.2013.10.009

alwaysallowedthesameangularvelocityandtractionof20Nthroughoutthemovement.

Conclusion: Theclinicalrelevanceofthismethodliesinmakinginferencesabouttheinvivo

behaviorofakneewithanACLinjuryandprovidinggreatermethodologicalqualityinfuture

studiesformeasuringsurgicaltechniqueswithgraftsinrelativelyclosepositions.

©2014SociedadeBrasileiradeOrtopediaeTraumatologia.PublishedbyElsevierEditora

Ltda.Allrightsreserved.

Introduc¸ão

Areconstruc¸ãodoLCAéumadascirurgiasortopédicasmais

feitasatualmente.Estimam-seaproximadamente200.000por

anonosEUA.1

Apesar do grande número de pesquisas relacionadas à

reconstruc¸ão do LCA,2,3 _{os resultados excelentes ou bons}

variamde 69%a95%.4 _{Osinsatisfatóriospodemser}

decor-rentesda instabilidadepersistentedojoelhoeconsequente

dificuldadederetornaràatividadefísicaprévia.5–9

A insuficiência do LCA é representada pela translac¸ão

anteriordatíbiaepelainstabilidaderotacionaldojoelho.10

O teste do pivot-shift é usado para avaliar a estabilidade

rotacionaldojoelho apósalesão doLCA.11 _{Alguns autores}

demonstraramqueapresenc¸adeumtestepivot-shiftpositivo

épreditivoparaodesenvolvimentodeosteoartroseedemaus

resultadosfuncionais.12–15

Apesardeserbastanteespecífico(próximo de100%sob

anestesia),16–19 _{o resultado desse testeé subjetivo por ser}

examinador-dependentee,portanto,imprecisoparaserusado

emtrabalhoscientíficos.10,15,18–21

Musahl et al.20 _{demostraram que o teste do pivot-shift}

mecanizado,queconsistenousodeumamáquinadeCPM

(continuous passivemotion) para a realizac¸ão do movimento

combinadoderotac¸ãointerna,valgoeflexãodojoelho,tem

maioracuráciadoqueomanual.

Emconjuntocomossistemasdecirurgiaassistidapor

com-putador,ofenômenodopivot-shiftpodeseraferidodeforma

satisfatóriaeserusadoparaanalisaraestabilidadedojoelho

apósdiferentestécnicasdereconstruc¸ãodoLCA.10,22

Portanto,opresenteestudotemporobjetivodescreverum

métododeavaliac¸ãodacinemáticadojoelhoanteseapósa

lesãodoLCAapartirdetecnologiasquepermitamaavaliac¸ão

daestabilidadeligamentardojoelhodeformaobjetiva.23

Paratanto,apresentamosaseguiroaparelhodepivot-shift

mecanizadoeosistemaderastreamentoópticoassociadoà

tomografiacomputadorizada.

Materiais

e

métodos

O experimento foi feito em joelho de cadáver, conforme

aprovac¸ãodoComitêdeÉticaemPesquisa.Todoomembro

inferiordocadáverfoiusadoefoipreservadaaarticulac¸ãodo

quadriledotornozelo.

Comocritériodeinclusão,foiselecionadoumjoelhosem

prévia de lesão do LCA ou outras lesões ligamentares,

semosteoartrosemoderadaougraveesemevidênciasde

fra-turaoudesalinhamentodoeixomecânicodomembro.

Antes doinício doexperimento, desinserc¸õesesecc¸ões

muscularesforamfeitasafimdepermitirtotalamplitudede

movimentodojoelho,conformedescritoaseguir:tenotomia

da massa adutoranaorigem do púbis; secc¸ãodos

múscu-losdoquadrícepsedomúsculoisquiotibialemsuaorigem;

tenotomiadotendãodocalcâneo.

Pivot-shiftinstrumentadoeestabilidaderotacional dojoelho

Osimuladormecânicodepivot-shiftfoidesenvolvidono

Labo-ratório deBiomecânica(LIM-41)apartirdeumaparelhode

CPM(Carci,Ortomed4060,Anvisa:10314290029)semelhante

aomodelousadoevalidadoporBedietal.24

Abaciafoiestabilizadanamesadecirurgiaepermitiuao

quadrileaojoelhoamplitudestotaisdemovimento.Nãohavia

apoioousuportecombandasnaalturadofêmuroudatíbia.

O aparelho de CPM foi projetado para permitir 15◦ _de

rotac¸ãointernadotornozelotantoparaomembroinferiordo

ladoesquerdoquantododireito.Acompressãoaxialdo

tor-nozelofoifeitaàvelocidadeangularde1,62◦_{/s,daextensão}

máximaaté50◦_{deflexãodojoelho}20_(fig.1).

O momento de rotac¸ão interna e valgo do joelho foi

feito por um sistema de cabo e polias acoplados ao CPM.

O ponto de trac¸ão na tíbia foi definido por um pino de

titânio fixado perpendicularmente à tuberosidade da tíbia

Figura1–Sistemadepivot-shiftmecanizado.

perpendicular ao eixo da tíbia e com o mesmo vetor de

forc¸ade20N25_{durantetodoomovimentodeflexoextensão}

(0◦_a50◦₎20_(fig.2).

Aferic¸ãodatranslac¸ãoanteriordatíbia

Foifeitapormeiodeumdinamômetrodemola(Sandes)pelo

mesmo pino de titânio apresentado anteriormente e após

calibrac¸ão prévia com uma máquina universal de ensaios

mecânicos(Kratos–modelo5002,Cotia,Brasil).Aforc¸a

ver-ticalaplicada,segundoestudodeBedietal.,26_foide68Ncom

ojoelhoa30◦_deflexão.

Sistemaderastreamentoóptico

O sistema de rastreamento (MicronTracker 2, modelo H40)

permite obter o posicionamento do fêmur e da tíbia no

espac¸o apartir da identificac¸ãode marcadoresópticos e a

determinac¸ão dos movimentos de translac¸ão e rotac¸ão do

joelho.

Figura2–Sistemadetrac¸ãocomcaboepolias.

Figura3–MarcadoresópticosemLnofêmurenatíbia.

Trêsmarcadores ópticos foram distribuídosao longode

duaspec¸as deacrílicoemformato deLefixadosaofêmur

eàtíbiapordoispinosdetitânio,afimdesecriarumsistema

rígido.(fig.3)

Umarotinadecomputadorfoidesenvolvida(comousodas

bibliotecasdofabricante,nalinguagemBasic)para

reconhe-ceresalvarosdadostridimensionaiscapturados(XYZ)pelas

câmeras dosistemade rastreamentoópticoemtemporeal

(15Hz,precisãodeaferic¸ãofornecidapelofabricante:0,2mm).

(fig.4)

Opontocentraldojoelho(usadocomoreferênciaparao

cálculodarotac¸ãoedatranslac¸ãodojoelho)foidefinidoa

par-tirdatomografiacomputadorizadadetodoomembroinferior

apósotérminodostestes.(fig.5)

Para haver correspondência entreo sistema de

rastrea-mento ópticoeatomografia,filamentosradiodensos foram

incluídosnasposic¸õescentraisdosmarcadoresópticos.(fig.6)

Omovimentodojoelhofoicalculadoapartirdematrizes

derotac¸õesetranslac¸õesentreossistemasdecoordenadas

dacâmeraedatomografiaesistemasdecoordenadas

posici-onadosnosmarcadoresbaritadosenocentrodojoelho.Nesse

ponto,foramcriadossistemasdecoordenadasparaatíbiae

paraofêmur.Umdoseixoscoincidiucomorespectivoeixo

decadaosso,umhorizontaleoutrovertical.Essesdois

siste-masdecoordenadassãodeterminados,paracadainstantede

tempo,pelossistemasdecoordenadasdosmarcadores.

Arotac¸ãoemtornodoseixoseatranslac¸ãodoponto

cen-traldojoelhosãoobtidaspelamatrizderotac¸ãoetranslac¸ão

entre os sistemas de coordenadas femoral e tibial. Esse

procedimentofoidesenvolvidocomousodoprograma

com-putacionalGNUOctave.

Protocolo

Ostestesforamexecutadosemduasetapas:anteseapósa

dissecc¸ão sob visualizac¸ão direta doLCA emsuaorigem e

inserc¸ão.

Emcadaetapa,foramaferidastrêsmedidasdatranslac¸ão

anteriordatíbiapormeiododinamômetromanual(68N)e

trêsmovimentosdeflexoextensãodojoelhocomopivot-shift

Figura4–Identificac¸ãotridimensionaldosmarcadoresópticos.

Figura5–Eixomecânicodomembroinferior:pontostridimensionaisdocentrodacabec¸adofêmuredotornozelo. Marcadoresópticoserádio-densosnofêmurenatíbia.

140 120 100 80 60 40 20 0

−20

90 95

100 105

110 115

120

760 750 740 730 720 710 700 690 680 670 660 650 125

y

x Tíbia

Fêmur

z

Figura7–Representac¸ãográficadomovimentodojoelhonoespac¸odospontoscentraisdofêmuredatíbia.

Resultados

Joelhodecadáverdosexomasculino,45anos,ladodireito.

Ospontoscentraisdojoelho(fêmurdistaletíbiaproximal)

capturadostridimensionalmente(fig.7)aolongoda

flexoex-tensãodojoelhoforamanalisadosnodomíniodotempo.

Oaumento da distânciaentreas posic¸õesdo centrodo

fêmuredocentrodatíbiaentreaextensãomáximaea

fle-xãomáximadojoelho representaofenômenodopivot-shift

(fig.8,linhavermelha).

Afigura9mostraatranslac¸ãoanteriordatíbiacomojoelho

fletidoa30◦_{emrelac¸ãoaofêmuranteseapós68Nou15lb}25

detrac¸ãoatravésdopinodetitânionosentidoperpendicular

àtíbia.

A figura 10 mostra um gráfico polar que representa os

movimentoscombinadosdetranslac¸ãoerotac¸ãodatíbiaem

relac¸ãoaofêmurnaflexoextensãodojoelho.

Discussão

Aprincipalcolaborac¸ãodesteestudoestáemmostrara

viabi-lidadedeumprotocolodemensurac¸ãoderotac¸ãoetranslac¸ão

dojoelhocomferramentasobjetivas(erro<0,2mm)e

reprodu-tíveis.Alémdisso,atecnologiadesenvolvidaparaacorrelac¸ão

entreosistemaópticoetomográficoeametodologia

compu-tacionalparaadescric¸ãodomovimentosãodepropriedade

intelectualnacional.

Laneetal.10_{descreveramqueosistemadegraduac¸ão}

clí-nica em glide, clunck e gross da estabilidade do joelho por

ortopedistasexperientesévalioso.Contudo,ésubjetivoenão

reprodutívelentreoscirurgiõese,poressemotivo,nãodeveria

serusadoemtrabalhoscientíficos.27

Osistemamecanizadodeprovocac¸ãodotestedopivot-shift

éindependentedoexaminadorepermitesempreamesma

velocidadeangularetrac¸ãode20Nportodoomovimento.

10

8

6

4

2

0

−2

0 20 40 60 80 100

Ã

ngulo, ^ o

120 140 160 180

Fêmur-tíbia Tíbia Fêmur

Tempo, s

−0,5

−1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo, s

Integro Lesado

Figura9– Translac¸ãoanteriordatíbiaapóstrac¸ãode68Nporpinometáliconatuberosidadedatíbia(após4s).Linhaazul -LCAíntegro;linhavermelha-LCAlesionado.

Ofatodeotestesermecanizadotambémdiminuioriscode

vieseseerroseaumentaavalidadeinternadoestudo.28_Como

consequência,aqualidadeearepresentatividadedoestudo

tambémaumentam.

Outraimportantenotatécnicareferenteàpresente

meto-dologiarefere-se aousoda tomografia paraa definic¸ãodo

centroderotac¸ãodojoelho.Essaselec¸ãopodeserfeitaapós

otérminodoexperimentoeépossíveldefinir,porexemplo,a

translac¸ãodatíbiaemrelac¸ãoaofêmurnoscompartimentos

lateral,medialouintercôndilo.Atomografiacomputadorizada

tridimensionaltambémpermiteareconstruc¸ãodojoelhoem

qualquerplanoepossibilitaoalinhamentodojoelhoea

cor-retamensurac¸ãodaposic¸ãodostúneisfemoraletibial.29,30

O fenômeno do pivot-shift apresentado na figura 8 está

emconcordânciacomosestudosde Bulletal.,31_emquea

subluxac¸ãodojoelhoocorreentre25◦ _e36◦_{.Outrosestudos}

demonstraramareduc¸ãodojoelhosubluxadoentre40◦_e44◦

deflexão.10

Uma limitac¸ão metodológica dos estudos

biomecâni-cos refere-se à realizac¸ão do experimento no time-zero,

ou seja, imediatamente após o procedimento cirúrgico da

LCA íntegro LCA lesado

Extensão Flexão

Translação [mm]

Rotação axial [

°]

5

4

3

2

1

0

0 2 4 6 8 10 12

Figura10–Representac¸ãopolardarotac¸ãoetranslac¸ão combinadasdojoelho.

reconstruc¸ãodoLCA.Nesteestudoemespecífico,comonão

foifeitaareconstruc¸ãoligamentar,easmudanc¸asnas

propri-edadesmecânicasdoenxertoduranteoperíododeintegrac¸ão

biológicanãointerferiramnaanálisedosresultados

apresen-tados.

Novosestudossãodesejáveisparaaanáliseda

biomecâ-nicadojoelhocomtúneisnasdiferentesposic¸õesanatômicas.

Crossetal.32_{argumentamquenãoháconsenso,naliteratura,}

sobreemquallocaldofootprintoriginaldeveserfeitootúnel

doLCA.

Conclusão

Arelevânciaclínicadopresenteestudoestáemfazer

inferên-ciassobreocomportamentoinvivodeumjoelhocomlesãodo

LCAeproporcionaraosestudosfuturosmaiorqualidade

meto-dológicaparaaaferic¸ãodetécnicascirúrgicascomenxertos

emposic¸õesrelativamentepróximas.

Conflitos

de

interesse

Osautoresdeclaramnãohaverconflitosdeinteresse.

r

e

f

e

r

ê

n

c

i

a

s

1.NationalInstitutesofHealth(NIH),NationalInstituteof

ArthritisandMusculoskeletalandSkinDiseases(NIAMS),

VanderbiltUniversity,UnitedStates.Prognosisandpredictors

ofACLreconstruction–Amulticentercohortstudy.

Disponívelem:

http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT00463099

3. OdenstenM,GillquistJ.Functionalanatomyoftheanterior cruciateligamentandarationaleforreconstruction.JBone JointSurgAm.1985;67(2):257–62.

4. ArakiD,KurodaR,KuboS,FujitaN,TeiK,NishimotoK,etal. Aprospectiverandomisedstudyofanatomicalsingle-bundle versusdouble-bundleanteriorcruciateligament

reconstruction:quantitativeevaluationusingan electromagneticmeasurementsystem.IntOrthop. 2011;35(3):439–46.

5. GeorgoulisAD,RistanisS,ChouliarasV,MoraitiC,StergiouN. TibialrotationisnotrestoredafterACLreconstructionwitha hamstringgraft.ClinOrthopRelatRes.2007;(454):89–94.

6. KvistJ.Rehabilitationfollowinganteriorcruciateligament injury:currentrecommendationsforsportsparticipation. SportsMed.2004;34(4):269–80.

7. LieDT,BullAM,AmisAA.Persistenceoftheminipivotshift afteranatomicallyplacedanteriorcruciateligament reconstruction.ClinOrthopRelatRes.2007;(457):203–9.

8. TashmanS,KolowichP,CollonD,AndersonK,AnderstW. DynamicfunctionoftheACL-reconstructedkneeduring running.ClinOrthopRelatRes.2007;(454):66–73.

9. BediA,MusahlV,LaneC,CitakM,WarrenRF,PearleAD. Lateralcompartmenttranslationpredictsthegradeofpivot shift:acadavericandclinicalanalysis.KneeSurgSports TraumatolArthrosc.2010;18(9):1269–76.

10.LaneCG,WarrenRF,StanfordFC,KendoffD,PearleAD.Invivo analysisofthepivotshiftphenomenonduringcomputer navigatedACLreconstruction.KneeSurgSportsTraumatol Arthrosc.2008;16(5):487–92.

11.GalwayHR,BeaupreA,MacIntoshDL.Pivotshift:aclinical signofsymptomaticanteriorcruciatedeficiency.JBoneJoint SurgBr.1972;54:763–4.

12.JonssonH,Riklund-AhlströmK,LindJ.Positivepivotshift afterACLreconstructionpredictslaterosteoarthrosis:63 patientsfollowed5-9yearsaftersurgery.ActaOrthopScand. 2004;75(5):594–9.

13.KaplanN,WickiewiczTL,WarrenRF.Primarysurgical treatmentofanteriorcruciateligamentruptures.Along-term follow-upstudy.AmJSportsMed.1990;18(4):354–8.

14.KocherMS,SteadmanJR,BriggsKK,SterettKK,HawkinsRJ. Relationshipsbetweenobjectiveassessmentofligament stabilityandsubjectiveassessmentofsymptomsand functionafteranteriorcruciateligamentreconstruction.AmJ SportsMed.2004;32(3):629–34.

15.LeitzeZ,LoseeRE,JoklP,JohnsonTR,FeaginJA.Implications ofthepivotshiftintheACL-deficientknee.ClinOrthopRelat Res.2005;(436):229–36.

16.KatzJW,FingerothRJ.Thediagnosticaccuracyofrupturesof theanteriorcruciateligamentcomparingtheLachmantest, theanteriordrawersign,andthepivotshifttestinacute andchronickneeinjuries.AmJSportsMed.1986;14(1):88–91.

17.BenjaminseA,GokelerA,vanderSchansCP.Clinical diagnosisofananteriorcruciateligamentrupture:a meta-analysis.JOrthopSportsPhysTher.2006;36(5):267–88.

18.BachBRJr,WarrenRF,WickiewiczTL.Thepivotshift phenomenon:resultsanddescriptionofamodifiedclinical testforanteriorcruciateligamentinsufficiency.AmJSports Med.1988;16(6):571–6.

19.GalwayHR,MacIntoshDL.Thelateralpivotshift:asymptom andsignofanteriorcruciateligamentinsufficiency.Clin OrthopRelatRes.1980;(147):45–50.

20.MusahlV,VoosJ,O’LoughlinPF,StueberV,KendoffD,Pearle AD.Mechanizedpivotshifttestachievesgreateraccuracy thanmanualpivotshifttest.KneeSurgSportsTraumatol Arthrosc.2010;18(9):1208–13.

21.KocherMS,SteadmanJR,BriggsKK,SterettWI,HawkinsRJ. Relationshipsbetweenobjectiveassessmentofligament stabilityandsubjectiveassessmentofsymptomsand functionafteranteriorcruciateligamentreconstruction.AmJ SportsMed.2004;32(3):629–34.

22.PlaweskiS,CazalJ,RosellP,MerlozP.Anteriorcruciate ligamentreconstructionusingnavigation:acomparative studyon60patients.AmJSportsMed.2006;34(4): 542–52.

23.SieboldR,DehlerC,EllertT.Prospectiverandomized comparisonofdouble-bundleversussingle-bundleanterior cruciateligamentreconstruction.Arthroscopy.

2008;24(2):137–45.

24.BediA,MaakT,MusahlV,O’LoughlinP,ChoiD,CitakM,etal. Effectoftunnelpositionandgraftsizeinsingle-bundle anteriorcruciateligamentreconstruction:anevaluationof time-zerokneestability.Arthroscopy.2011;27(11):1543–51.

25.DriscollMD,IsabellGPJr,CondittMA,IsmailySK,JupiterDC, NoblePC,etal.Comparisonof2femoraltunnellocationsin anatomicsingle-bundleanteriorcruciateligament

reconstruction:abiomechanicalstudy.Arthroscopy. 2012;28(10):1481–9.

26.BediA,MusahlV,O’LoughlinP,MaakT,CitakM,DixonP,etal. Acomparisonoftheeffectofcentralanatomical

single-bundleanteriorcruciateligamentreconstructionand double-bundleanteriorcruciateligamentreconstructionon pivot-shiftkinematics.AmJSportsMed.2010;38(9): 1788–94.

27.BullAMJ,AmisAA.Thepivot-shiftphenomenon:aclinical andbiomechanicalperspective.Knee.1998;5(3):141–58.

28.PearleAD,SolomonDJ,WanichT,Moreau-GaudryA,Granchi CC,WickiewiczTL,etal.Reliabilityofnavigatedkneestability examination:acadavericevaluation.AmJSportsMed. 2007;35(8):1315–20.

29.KopfS,ForsytheB,WongAK,TashmanS,IrrgangJJ,FuFH. TranstibialACLreconstructiontechniquefailstopositiondrill tunnelsanatomicallyinvivo3DCTstudy.KneeSurgSports TraumatolArthrosc.2012;20(11):2200–7.

30.IwahashiT,ShinoK,NakataK,OtsuboH,SuzukiT,AmanoH, etal.Directanteriorcruciateligamentinsertiontothefemur assessedbyhistologyand3-dimensionalvolume-rendered computedtomography.Arthroscopy.2010;26Suppl9: S13–20.

31.BullAM,EarnshawPH,SmithA,KatchburianMV,HassanAN, AmisAA.Intraoperativemeasurementofkneekinematicsin reconstructionoftheanteriorcruciateligament.JBoneJoint SurgBr.2002;84(7):1075–81.