Introduction: MPFL reconstruction represents one of the most important surgical treatment options for recurrent patellar dislocations at low flexion angles associated with low flexion patellofemoral instability. Nevertheless, the role of quadriceps muscles in patients with patellofemoral instability before and after patellofemoral stabilization using MPFL reconstruction has not been fully elucidated. The present study investigates the influence of quadriceps muscles on the patellofemoral contact in patients with low flexion patellofemoral instability (PFI) before and after surgical patellofemoral stabilization using MPFL reconstruction using 3 T MRI datasets in early degrees of flexion (0-30°).
Methods: In this prospective cohort study, 15 patients with low flexion PFI before and after MPFL reconstruction and 15 subjects with healthy knee joints were studied using dynamic MRI scans. MRI scans were performed in a custom-made pneumatic knee loading device to determine the patellofemoral cartilage contact area (CCA) with and without quadriceps activation (50 N). Comparative measurements were performed using 3D cartilage and bone meshes in 0-30° knee flexion in the patients with patellofemoral instability preoperatively and postoperatively.
Results: The preoperative patellofemoral CCA of patients with low flexion PFI was 67.3 ± 47.3 mm2 in 0° flexion, 118.9 ± 56.6 mm2 in 15° flexion, and 267.6 ± 96.1 mm2 in 30° flexion. With activated quadriceps muscles (50 N), the contact area was 72.4 ± 45.9 mm2 in extension, 112.5 ± 54.9 mm2 in 15° flexion, and 286.1 ± 92.7 mm2 in 30° flexion without statistical significance. Postoperatively determined CCA revealed 159.3 ± 51.4 mm2 , 189.6 ± 62.2 mm2 and 347.3 ± 52.1 mm2 in 0°, 15° and 30° flexion. Quadriceps activation with 50 N showed a contact area in extension of 141.0 ± 63.8 mm2, 206.6 ± 67.7 mm2 in 15° flexion, and 353.5 ± 64.6 mm2 in 30° flexion, also without statistical difference compared with unloaded CCAs. Subjects with healthy knee joints showed an increase of 10.3% in CCA at 30° of flexion (p = 0.003).
Conclusion: Although patellofemoral CCA increases significantly after isolated MPFL reconstruction in patients with low flexion patellofemoral instability, there is no significant influence of quadriceps muscles either preoperatively or postoperatively.
Zusammenfassung: EINLEITUNG: Die MPFL-Rekonstruktion stellt eine der wichtigsten operativen Therapiemöglichkeiten beim Auftreten rezidivierender Patellaluxationen bei strecknaher patellofemoraler Instabilität dar. Dennoch ist die Rolle der Quadrizepsmuskulatur bei Patienten mit patellofemoraler Instabilität vor und nach einer patellofemoralen Stabilisierung mittels MPFL-Plastik bislang nicht vollständig geklärt. Die vorliegende Studie untersucht den Einfluss der Quadrizepsmuskulatur auf den patellofemoralen Kontaktmechanismus bei Patienten mit strecknaher patellofemoraler Instabilität (PFI) vor und nach einer operativen patellofemoralen Stabilisierung mittels MPFL-Plastik anhand von statisch-dynamischen 3‑Tesla MRT-Datensätzen in frühen Beugegraden (0–30°).
Methoden: In dieser prospektiven Kohortenstudie wurden 15 Patienten mit strecknaher PFI vor und 11 ± 5 Wochen nach einer isolierten MPFL-Rekonstruktion und 15 Probanden mit gesunden Kniegelenken mittels dynamischen MRT-Scans untersucht. Die MRT-Scans wurden in einer individuell angefertigten pneumatischen Kniebelastungsvorrichtung zur Bestimmung der patellofemoralen Knorpelkontaktfläche (CCA) mit und ohne Quadrizepsaktivierung (50 N axiale Last) durchgeführt. Vergleichende Messungen wurden anhand von 3D-Knorpel- und Knochen-Meshes in 0–30° Kniebeugung an den Patienten mit patellofemoraler Instabilität prä- und postoperativ und an den kniegesunden Probanden durchgeführt.
Ergebnisse: Die präoperativ ermittelte patellofemorale CCA von Patienten mit strecknaher PFI betrug 67,3 ± 47,3 mm2 in 0°-Flexion, 118,9 ± 56,6 mm2 in 15°-Flexion und 267,6 ± 96,1 mm2 in 30°-Flexion. Unter aktivierter Quadrizepsmuskulatur (50 N) zeigte sich eine Kontaktfläche von 72,4 ± 45,9 mm2 in Streckung, 112,5 ± 54,9 mm2 in 15° Beugung und 286,1 ± 92,7 mm2 in 30° Beugung ohne statistische Signifikanz im Vergleich. Die postoperativ bestimmte CCA ergab in 0°, 15° und 30°-Flexion 159,3 ± 51,4 mm2, 189,6 ± 62,2 mm2 und 347,3 ± 52,1 mm2. Unter Quadrizepsaktivierung mit 50 N zeigte sich eine CCA in Streckung von 141,0 ± 63,8 mm2, 206,6 ± 67,7 mm2 in 15° und 353,5 ± 64,6 mm2 in 30° Beugung, ebenso ohne statistischen Unterschied im Vergleich zur unbelasteten CCA. Bei Probanden mit gesunden Kniegelenken zeigt sich bei 30° Beugung ein Zuwachs der CCA von 10,3 % (p = 0,003).
Schlussfolgerung: Obwohl sich die patellofemorale CCA nach MPFL-Plastik bei Patienten mit strecknaher patellofemoraler Instabilität signifikant vergrößert, zeigt sich weder prä- noch postoperativ ein signifikanter Einfluss der Quadrizepsmuskulatur.
Keywords: Cartilage; Joint instability; Ligaments; Magnetic resonance imaging; Prospective studies.
© 2023. The Author(s).