Biomechanical study of ACL reconstruction grafts

There are no published studies describing the strength quadrupled gracilis tendon alone and quadrupled semitendinosus tendon alone in the configuration used for anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction. The primary objective was to compare the mechanical properties of grafts used for ACL reconstruction during a tensile failure test. The secondary objective was to evaluate the effect of uniform suturing on graft strength. Fifteen pairs of knees were used. The mechanical properties of five types of ACL grafts were evaluated: patellar tendon (PT), sutured patellar tendon (sPT), both hamstring tendons (GST4), quadrupled semitendinosus (ST4), and quadrupled gracilis (G4). Validated methods were used to perform the tensile tests to failure and to record the results. Student's t-test was used to compare the various samples. The maximum load to failure was 630.8N (± 239.1) for the ST4, 473.5N (± 176.9) for the GST4, 413.3N (± 120.4) for the sPT, and 416.4N (± 187.7) for the G4 construct. Only the ST4 had a significantly higher failure load than the other grafts. The sPT had a higher failure load than the PT. The ST4 construct had the highest maximum load to failure of all the ACL graft types in the testing performed here. Uniform suturing of the grafts improved their ability to withstand tensile loading

Bone lengthening using fitbone(r) motorized intramedullary nail: the first experience in France.

INTRODUCTION: Intramedullary limb lengthening systems include mechanical systems (the Albizzia nail and the ISKD nail) as well as motorized systems with the Fitbone(®) (Wittenstein, Igersheim, Germany) and the Precice(®) (Ellipse Technologies, Irvine, CA, USA) nails. We hypothesized that limb lengthening using the Fitbone(®) nail was reliable, reproducible, and comfortable for the patient. PATIENTS AND METHODS: Between 2010 and 2013, a prospective single-center, single-operator (FA) study was conducted on patients who had undergone limb lengthening using the Fitbone(®) nail. The inclusion criteria were length discrepancy of the limbs equal to or greater than 25 mm or a short stature. The exclusion criteria were indications for cosmetic reasons and/or growth plates that were still open. The lengthening parameters were assessed postoperatively and at the last follow-up. Lengthening was considered achieved when the lengthening objective did not differ by more than 5 mm. All complications were noted. A statistical analysis was performed. RESULTS: Twenty-six Fitbone(®) nails were implanted in 23 patients, in the femur in 15 cases and the tibia in 11 cases. The patients' mean age was 22.5 years (range: 15-53 years) and the mean follow-up was 3.4 years (range: 2-5.3 years). The limb lengthening targeted was obtained in 23 cases (88%) and the mean lengthening was 45.3±18 mm (range: 20-80 mm). The mean time to healing was 277±167 days (range: 86-638 days). The mean healing index was 73±57 days/cm for the femurs and 83.5±65 days/cm for the tibias. The mean complication rate was 15.4%. DISCUSSION: This study emphasizes the good short-term results of this motorized intramedullary lengthening system. An evaluation over the longer term and with a higher number of patients remains necessary. LEVEL OF EVIDENCE: IV: uncontrolled, prospective, continuous study

Can the gracilis replace the anterior cruciate ligament in the knee? A biomechanical study

Purpose The purpose of this study was to determine whether a four-strand gracilis-only construct possesses the biomechanical properties needed to act as an anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction graft. Methods This was a pilot study with 32 cadaver specimens. The biomechanical properties of three types of grafts were determined using validated tensile testing methods: patellar tendon (BTB), both hamstring tendons together (GST4) and gracilis alone (G4). Results The maximum load at failure of the G4 was 416.4 N (±187.7). The GST4 and BTB had a maximum load at failure of 473.5 N (±176.9) and 413.3 N (±120.4), respectively. The three groups had similar mean maximum load and stiffness values. The patellar tendon had significantly less elongation at failure than the other two graft types. Conclusions The biomechanical properties of a four-strand gracilis construct are comparable to the ones of standard grafts. This type of graft would be useful in the reconstruction of the anteromedial bundle in patients with partial ACL ruptures

Triple osteotomy of the pelvis for Legg-Calve-Perthes disease: a mean fifteen year follow-up.

PURPOSE: This study presents the results of a prospective consecutive cohort of patients with Legg-Calvé-Perthes disease (LCPD) operated with triple osteotomy of the pelvis (TOP) between 1989 and 2005. We attempted to determine whether the results of TOP remain stable with time and consequently lower the risk of subsequent osteoarthritis. The primary study aims were to determine the maintenance of head coverage and joint congruity, and functional outcomes of this surgery. METHODS: Forty-five patients with a mean follow-up of 15.2 years (range eight to 24) were included. RESULTS: At latest follow-up, two patients were lost to follow-up, and two required a surgical reoperation. Cumulative maintenance of head coverage and joint congruity rate for all TOP was 84.6 % (95 % CI: 82.3-90.6 %) at 15 years. Factors significantly associated with poor long-term results were the age at diagnosis and Greene index. CONCLUSION: TOP in LCPD provides satisfactory and reproducible long-term clinical results

BMI-related microstructural changes in the tibial subchondral trabecular bone of patients with knee osteoarthritis

Overweight is a risk factor for osteoarthritis on the knees. Subchondral trabecular bone (SCTB) densification has been shown to be associated with cartilage degeneration. This study analyzed the microarchitectural changes in the SCTB of tibial plateaus to validate the hypothesis that the degree of remodeling is correlated with a patient's body weight. Twenty-one tibial plateaus were collected during total knee arthroplasty from 21 patients (15 women and 6 men). These patients had a mean age of 70.4 years (49-81), mean weight of 74.7 kg (57-93) and mean body mass index (BMI) of 28.4 kg/m2 (21.3-40.8). One cylindrical plug was harvested in the center of each tibial plateau (medial and lateral). Micro-CT parameters (7.4 μm resolution) were determined to describe the SCTB structure. On the medial plateau, there were significant correlations between BMI and bone volume fraction BV/TV (r = 0.595, p = 0.004), structure model index SMI (r = -0.704 p = 0.0002), trabecular space Tb.Sp (r = 0.600, p = 0.04) and trabecular number Tb.N (r = 0.549, p = 0.01). SCTB densification during osteoarthritis is associated with a reduction in its elastic modulus, which could increase cartilage stress, and accelerate cartilage loss. SCTB densification has been shown to precede cartilage degeneration. The correlation of SCTB microarchitecture and body weight may explain why knee osteoarthritis is more common in overweight or obese patients

Innovations relatives à l'évaluation du cartilage articulaire du condyle fémoral humain par une nouvelle modalité d'imagerie optique

The World Health Organization recommends as part of secondary prevention, the development of innovative imaging tools allowing early diagnosis and assessement of osteoarthritis (10). The objective of this thesis was to study full-field OCT imaging and determine its ability to evaluate intraoperative cartilage tissue.The first part of our work consisted in defining the most accurate qualitative and quantitative parameters to evaluate osteoarthritis-induced cartilage lesions according to the latest literature. This preliminary part seemed necessary to further develop peroperative cartilage evaluation strategies. Indeed, to our knowledge, no existing technique allowed cartilaginous tissue characterization. Among the quantitative parameters, the assessment of the cartilage surface on a micrometric scale appeared to be best correlated to the histological grades of osteoarthritis which are the gold standard. This review of the literature also revealed that the structural parameters, both biomechanical and biochemical, lacked of actual correlation with histological arthrosis stages, which limits their interest in fundamental research. Finally, we noticed the most appropriate imaging systems for cartilage characterization (MRI, SEM, etc.) were unusable peroperatively and were very rarely used in vivo.In the second part of our work, we evaluated the ability of full field optical coherence tomography (FFOCT) imaging to characterize cartilaginous tissue. We described the principle of full field OCT, its advantages and disadvantages compared to the other existing imaging techniques listed in our review of literature. We then displayed the results of the descriptive, qualitative and quantitative evaluations of osteoarthritic cartilage lesions by full field OCT. This experimental work is, to our knowledge, the first to develop a semi-automatic algorithm in order to assess cartilage degeneration on FFOCT images. This allowed us to identify six surface parameters strongly correlated with OARSI histological arthrosis.In the third part of the thesis, we tried to determine the clinical applicability of this work, exposed further perspectives and explained the research work that we lead. Indeed, although the surface parameters were strongly correlated with the osteoarthritis grades, it seems essential to develop and validate new quantitative parameters that can be combined with these first ones. We are currently working on two structural parameters: the cell density of the superficial layers of the cartilage and the analysis of the surface roughness of the cartilage. At the same time we are working on the development of a peroperative and minimally invasive imaging system for endoscopic surgery. The endoscopic probe FFOCT-NOCT developed with the LLTech company could in the future allow to characterize cartilage lesions with the parameters we validated during the ex-vivo experiments.L’Organisation Mondiale de la Santé recommande le développement d’outils innovants d’imagerie pour le diagnostic précoce et le monitoring de l’arthrose dans le cadre d’une prévention secondaire(10). L’objectif de ce travail de thèse était d’établir l’intérêt de l’imagerie par OCT grand champ pour réaliser une évaluation du tissus cartilagineux peropératoire.La première partie de notre travail a consisté à définir à partir des données les plus récentes de la littérature les paramètres qualitatifs et quantitatifs les plus pertinents pour évaluer les lésions cartilagineuses arthrosiques. Ce travail de synthèse nous a semblé être le prérequis indispensable pour pouvoir développer des stratégies d’évaluation automatisé du cartilage en peropératoire. En effet, il n’existe pas en l’état une technique d’imagerie combinant toutes les qualités nécessaires pour caractériser le tissu cartilagineux. Les données actuelles montrent que parmi les paramètres quantitatifs, l’évaluation de l’état de surface, à une échelle micrométrique apparaît comme l’un des paramètres les mieux corrélés aux grades histologiques d’arthrose qui demeurent le gold-standard. Cette revue de la littérature a également mis en avant que les paramètres structurels, aussi bien biomécaniques que biochimiques, souffrent en l’état de ne pas avoir fait l’objet d’une corrélation avec les stades arthrosiques histologiques, limitant ainsi leur intérêt à des travaux de recherche fondamentale. Enfin, nous avons constaté que les systèmes d’imagerie les plus intéressants (IRM, SEM, etc…) pour caractériser le cartilage, et de fait les plus étudiés n’étaient accessibles qu’à un usage peropératoire et que très rarement à un usage in vivo.Dans la deuxième partie de notre travail de thèse, nous avons évalué la place de l’imagerie par tomographie par cohérence optique grand champ (Full Field Optical Coherence Tomography : FFOCT) pour la caractérisation du tissu cartilagineux. Nous avons exposé les principes de l’OCT grand champ ainsi que les avantages et les inconvénients que présente cette technique d’imagerie en comparaison à celles listées dans notre revue de la littérature. Puis nous avons présenté les résultats des évaluations descriptives, qualitatives et quantitatives des lésions cartilagineuses arthrosiques par OCT grands champ. Ces travaux expérimentaux sont, à notre connaissance, les premiers à avoir permis de développer un algorithme semi-automatique pour évaluer la dégénérescence cartilagineuse à partir d’images FFOCT. Six paramètres de surface ont pu être ainsi identifiés comme fortement corrélés au stade arthrosique histologique OARSI.Dans la troisième partie de cette thèse, nous essayons de répondre à la question de l’applicabilité clinique de ces travaux, en présentant les perspectives et les travaux de recherche que nous conduisons. En effet, même si les paramètres de surfaces sont fortement corrélés aux grades arthrosiques histologiques, il semble indispensable de développer et de valider de nouveaux paramètres quantitatifs, accessible à terme en peropératoire, qui pourront être combinés à ces premiers. Nous développons actuellement une thématique de recherche avec l ‘étude de deux paramètres structurels :la densité cellulaire des couches superficielles du cartilage et l’analyse de la rugosité de surface du cartilage. En parallèle de ces travaux, le développement d’un système d’imagerie accessible au bloc opératoire et à la chirurgie endoscopique mini-invasive est poursuivi. La sonde endoscopique FFOCT-NOCT développée en collaboration avec la société LLTech pourrait être le futur système d’imagerie peropératoire permettant d’obtenir les paramètres de caractérisation des lésions cartilagineuses que nous avons validés lors des expérimentations ex-vivo

New optical imaging modality for assessment of knee cartilage defects

L’Organisation Mondiale de la Santé recommande le développement d’outils innovants d’imagerie pour le diagnostic précoce et le monitoring de l’arthrose dans le cadre d’une prévention secondaire(10). L’objectif de ce travail de thèse était d’établir l’intérêt de l’imagerie par OCT grand champ pour réaliser une évaluation du tissus cartilagineux peropératoire.La première partie de notre travail a consisté à définir à partir des données les plus récentes de la littérature les paramètres qualitatifs et quantitatifs les plus pertinents pour évaluer les lésions cartilagineuses arthrosiques. Ce travail de synthèse nous a semblé être le prérequis indispensable pour pouvoir développer des stratégies d’évaluation automatisé du cartilage en peropératoire. En effet, il n’existe pas en l’état une technique d’imagerie combinant toutes les qualités nécessaires pour caractériser le tissu cartilagineux. Les données actuelles montrent que parmi les paramètres quantitatifs, l’évaluation de l’état de surface, à une échelle micrométrique apparaît comme l’un des paramètres les mieux corrélés aux grades histologiques d’arthrose qui demeurent le gold-standard. Cette revue de la littérature a également mis en avant que les paramètres structurels, aussi bien biomécaniques que biochimiques, souffrent en l’état de ne pas avoir fait l’objet d’une corrélation avec les stades arthrosiques histologiques, limitant ainsi leur intérêt à des travaux de recherche fondamentale. Enfin, nous avons constaté que les systèmes d’imagerie les plus intéressants (IRM, SEM, etc…) pour caractériser le cartilage, et de fait les plus étudiés n’étaient accessibles qu’à un usage peropératoire et que très rarement à un usage in vivo.Dans la deuxième partie de notre travail de thèse, nous avons évalué la place de l’imagerie par tomographie par cohérence optique grand champ (Full Field Optical Coherence Tomography : FFOCT) pour la caractérisation du tissu cartilagineux. Nous avons exposé les principes de l’OCT grand champ ainsi que les avantages et les inconvénients que présente cette technique d’imagerie en comparaison à celles listées dans notre revue de la littérature. Puis nous avons présenté les résultats des évaluations descriptives, qualitatives et quantitatives des lésions cartilagineuses arthrosiques par OCT grands champ. Ces travaux expérimentaux sont, à notre connaissance, les premiers à avoir permis de développer un algorithme semi-automatique pour évaluer la dégénérescence cartilagineuse à partir d’images FFOCT. Six paramètres de surface ont pu être ainsi identifiés comme fortement corrélés au stade arthrosique histologique OARSI.Dans la troisième partie de cette thèse, nous essayons de répondre à la question de l’applicabilité clinique de ces travaux, en présentant les perspectives et les travaux de recherche que nous conduisons. En effet, même si les paramètres de surfaces sont fortement corrélés aux grades arthrosiques histologiques, il semble indispensable de développer et de valider de nouveaux paramètres quantitatifs, accessible à terme en peropératoire, qui pourront être combinés à ces premiers. Nous développons actuellement une thématique de recherche avec l ‘étude de deux paramètres structurels :la densité cellulaire des couches superficielles du cartilage et l’analyse de la rugosité de surface du cartilage. En parallèle de ces travaux, le développement d’un système d’imagerie accessible au bloc opératoire et à la chirurgie endoscopique mini-invasive est poursuivi. La sonde endoscopique FFOCT-NOCT développée en collaboration avec la société LLTech pourrait être le futur système d’imagerie peropératoire permettant d’obtenir les paramètres de caractérisation des lésions cartilagineuses que nous avons validés lors des expérimentations ex-vivo.The World Health Organization recommends as part of secondary prevention, the development of innovative imaging tools allowing early diagnosis and assessement of osteoarthritis (10). The objective of this thesis was to study full-field OCT imaging and determine its ability to evaluate intraoperative cartilage tissue.The first part of our work consisted in defining the most accurate qualitative and quantitative parameters to evaluate osteoarthritis-induced cartilage lesions according to the latest literature. This preliminary part seemed necessary to further develop peroperative cartilage evaluation strategies. Indeed, to our knowledge, no existing technique allowed cartilaginous tissue characterization. Among the quantitative parameters, the assessment of the cartilage surface on a micrometric scale appeared to be best correlated to the histological grades of osteoarthritis which are the gold standard. This review of the literature also revealed that the structural parameters, both biomechanical and biochemical, lacked of actual correlation with histological arthrosis stages, which limits their interest in fundamental research. Finally, we noticed the most appropriate imaging systems for cartilage characterization (MRI, SEM, etc.) were unusable peroperatively and were very rarely used in vivo.In the second part of our work, we evaluated the ability of full field optical coherence tomography (FFOCT) imaging to characterize cartilaginous tissue. We described the principle of full field OCT, its advantages and disadvantages compared to the other existing imaging techniques listed in our review of literature. We then displayed the results of the descriptive, qualitative and quantitative evaluations of osteoarthritic cartilage lesions by full field OCT. This experimental work is, to our knowledge, the first to develop a semi-automatic algorithm in order to assess cartilage degeneration on FFOCT images. This allowed us to identify six surface parameters strongly correlated with OARSI histological arthrosis.In the third part of the thesis, we tried to determine the clinical applicability of this work, exposed further perspectives and explained the research work that we lead. Indeed, although the surface parameters were strongly correlated with the osteoarthritis grades, it seems essential to develop and validate new quantitative parameters that can be combined with these first ones. We are currently working on two structural parameters: the cell density of the superficial layers of the cartilage and the analysis of the surface roughness of the cartilage. At the same time we are working on the development of a peroperative and minimally invasive imaging system for endoscopic surgery. The endoscopic probe FFOCT-NOCT developed with the LLTech company could in the future allow to characterize cartilage lesions with the parameters we validated during the ex-vivo experiments

Innovations relatives à l'évaluation du cartilage articulaire du condyle fémoral humain par une nouvelle modalité d'imagerie optique

The World Health Organization recommends as part of secondary prevention, the development of innovative imaging tools allowing early diagnosis and assessement of osteoarthritis (10). The objective of this thesis was to study full-field OCT imaging and determine its ability to evaluate intraoperative cartilage tissue.The first part of our work consisted in defining the most accurate qualitative and quantitative parameters to evaluate osteoarthritis-induced cartilage lesions according to the latest literature. This preliminary part seemed necessary to further develop peroperative cartilage evaluation strategies. Indeed, to our knowledge, no existing technique allowed cartilaginous tissue characterization. Among the quantitative parameters, the assessment of the cartilage surface on a micrometric scale appeared to be best correlated to the histological grades of osteoarthritis which are the gold standard. This review of the literature also revealed that the structural parameters, both biomechanical and biochemical, lacked of actual correlation with histological arthrosis stages, which limits their interest in fundamental research. Finally, we noticed the most appropriate imaging systems for cartilage characterization (MRI, SEM, etc.) were unusable peroperatively and were very rarely used in vivo.In the second part of our work, we evaluated the ability of full field optical coherence tomography (FFOCT) imaging to characterize cartilaginous tissue. We described the principle of full field OCT, its advantages and disadvantages compared to the other existing imaging techniques listed in our review of literature. We then displayed the results of the descriptive, qualitative and quantitative evaluations of osteoarthritic cartilage lesions by full field OCT. This experimental work is, to our knowledge, the first to develop a semi-automatic algorithm in order to assess cartilage degeneration on FFOCT images. This allowed us to identify six surface parameters strongly correlated with OARSI histological arthrosis.In the third part of the thesis, we tried to determine the clinical applicability of this work, exposed further perspectives and explained the research work that we lead. Indeed, although the surface parameters were strongly correlated with the osteoarthritis grades, it seems essential to develop and validate new quantitative parameters that can be combined with these first ones. We are currently working on two structural parameters: the cell density of the superficial layers of the cartilage and the analysis of the surface roughness of the cartilage. At the same time we are working on the development of a peroperative and minimally invasive imaging system for endoscopic surgery. The endoscopic probe FFOCT-NOCT developed with the LLTech company could in the future allow to characterize cartilage lesions with the parameters we validated during the ex-vivo experiments.L’Organisation Mondiale de la Santé recommande le développement d’outils innovants d’imagerie pour le diagnostic précoce et le monitoring de l’arthrose dans le cadre d’une prévention secondaire(10). L’objectif de ce travail de thèse était d’établir l’intérêt de l’imagerie par OCT grand champ pour réaliser une évaluation du tissus cartilagineux peropératoire.La première partie de notre travail a consisté à définir à partir des données les plus récentes de la littérature les paramètres qualitatifs et quantitatifs les plus pertinents pour évaluer les lésions cartilagineuses arthrosiques. Ce travail de synthèse nous a semblé être le prérequis indispensable pour pouvoir développer des stratégies d’évaluation automatisé du cartilage en peropératoire. En effet, il n’existe pas en l’état une technique d’imagerie combinant toutes les qualités nécessaires pour caractériser le tissu cartilagineux. Les données actuelles montrent que parmi les paramètres quantitatifs, l’évaluation de l’état de surface, à une échelle micrométrique apparaît comme l’un des paramètres les mieux corrélés aux grades histologiques d’arthrose qui demeurent le gold-standard. Cette revue de la littérature a également mis en avant que les paramètres structurels, aussi bien biomécaniques que biochimiques, souffrent en l’état de ne pas avoir fait l’objet d’une corrélation avec les stades arthrosiques histologiques, limitant ainsi leur intérêt à des travaux de recherche fondamentale. Enfin, nous avons constaté que les systèmes d’imagerie les plus intéressants (IRM, SEM, etc…) pour caractériser le cartilage, et de fait les plus étudiés n’étaient accessibles qu’à un usage peropératoire et que très rarement à un usage in vivo.Dans la deuxième partie de notre travail de thèse, nous avons évalué la place de l’imagerie par tomographie par cohérence optique grand champ (Full Field Optical Coherence Tomography : FFOCT) pour la caractérisation du tissu cartilagineux. Nous avons exposé les principes de l’OCT grand champ ainsi que les avantages et les inconvénients que présente cette technique d’imagerie en comparaison à celles listées dans notre revue de la littérature. Puis nous avons présenté les résultats des évaluations descriptives, qualitatives et quantitatives des lésions cartilagineuses arthrosiques par OCT grands champ. Ces travaux expérimentaux sont, à notre connaissance, les premiers à avoir permis de développer un algorithme semi-automatique pour évaluer la dégénérescence cartilagineuse à partir d’images FFOCT. Six paramètres de surface ont pu être ainsi identifiés comme fortement corrélés au stade arthrosique histologique OARSI.Dans la troisième partie de cette thèse, nous essayons de répondre à la question de l’applicabilité clinique de ces travaux, en présentant les perspectives et les travaux de recherche que nous conduisons. En effet, même si les paramètres de surfaces sont fortement corrélés aux grades arthrosiques histologiques, il semble indispensable de développer et de valider de nouveaux paramètres quantitatifs, accessible à terme en peropératoire, qui pourront être combinés à ces premiers. Nous développons actuellement une thématique de recherche avec l ‘étude de deux paramètres structurels :la densité cellulaire des couches superficielles du cartilage et l’analyse de la rugosité de surface du cartilage. En parallèle de ces travaux, le développement d’un système d’imagerie accessible au bloc opératoire et à la chirurgie endoscopique mini-invasive est poursuivi. La sonde endoscopique FFOCT-NOCT développée en collaboration avec la société LLTech pourrait être le futur système d’imagerie peropératoire permettant d’obtenir les paramètres de caractérisation des lésions cartilagineuses que nous avons validés lors des expérimentations ex-vivo

Concept of Combined Femoral and Tibial Osteotomies

International audienc

Minimally invasive harvesting of the quadriceps tendon: Technical note.

Place: FranceInternational audienceThe quadriceps tendon is gaining preference as an autograft over conventional grafts for the primary reconstruction of the anterior and posterior cruciate ligaments and of the medial patello-femoral ligament. In the past, the use of the quadriceps tendon was associated with considerable morbidity and less favourable outcomes compared to other grafts, specifically due to post-operative weakness of the quadriceps and other complications such as patellar fracture and rupture of the extensor apparatus. These problems are partially ascribable to the graft harvesting method used (large incision, bone block\textgreater2cm, and full-thickness tendon harvesting). Recent technical advancements have made reproducible harvesting of quadriceps grafts possible, thereby largely preventing the complications. In this study we describe an original quadriceps tendon harvesting technique in which a minimally invasive approach allows the collection of a sufficiently long graft, while sparing the deep layer of the quadriceps tendon. This technique decreases intra-operative morbidity and improves the post-operative outcomes