University of Oulu

Normal variation of the tibiotalar joint in dynamic computed tomography

Saved in:
Author: Lepojärvi, Sannamari1,2,3,4
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Medicine
3Medical Reseach Center Oulu
4Oulu University Hospital
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526214740
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2017
Publish Date: 2017-01-17
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic Dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium 7 of Oulu University Hospital (Kajaanintie 50), on 27 January 2017, at 12 noon
Tutor: Docent Jaakko Niinimäki
Doctor Hannu-Ville Leskelä
Reviewer: Docent Mika Koivikko
Docent Heikki Mäenpää
Opponent: Docent Kimmo Mattila
Description:

Abstract

The normal tibiotalar joint is a stable structure, where only a minor widening of the ankle mortise and rotation of the fibula is caused by normal flexion-extension movements and joint loading. The most common injury mechanism is excessive external rotation of the ankle, which may induce an ankle fracture or an injury of the syndesmosis ligaments, leading to instability of the joint. Subsequent surgical fixation can cause malreduction and dysfunction of the joint by restricting normal motion, which may lead to altered tibiotalar joint loading conditions and cause long-term complications, such as osteoarthritis. In order to correctly evaluate the potential post-traumatic conditions, clinicians must know the normal movements of the fibula in the distal tibiofibular joint and the talus in the upper ankle joint under weight-bearing conditions. Until now, the normal dynamics of the syndesmosis and upper ankle joint, as well as the changes in rotations have been unknown, and the aim was to answer these questions.

In the first study, the distal tibiofibular syndesmosis was assessed on non-weight-bearing computed tomography (NWBCT) scans in order to provide standardized measures of the syndesmosis in cross-sectional imaging. Second, a distal tibiofibular syndesmosis was investigated in upright weight-bearing CT (WBCT) scans in the neutral standing position and under maximal internal and external rotational stress. Third, the normal anatomy and rotational dynamics of the upper ankle joint was observed.

The first study demonstrated that in axial CT imaging of the syndesmosis, the location of the fibula was either anteriorly or centrally in the tibial incisura in 88–97% of patients in both the supine position with resting ankles, and in the neutral standing position. If the fibula lies posteriorly, malreduction should be considered.

The second study demonstrated that when the ankle is maximally rotated, the fibula slides back and forth in the tibial incisura with 1.5 mm total movement and a rotation of 3°, but the distal tibiofibular joint is not widened. In internal rotation of the ankle, the talus is rotated externally, the fibula moves, and the fibula moves to the posterior part of the tibial incisura in 40% of subjects. In external rotation of the ankle, the talus is rotated internally, and the fibula moves concomitantly slightly anteriorly.

The results of the third study show that the talus rotates in the ankle mortise 10°, with no change in the medial clear space (MCS) and no significant lateral widening in the joint space.

Minimal intrasubject variation (less than 1 mm at all measurement points) was observed in the total rotational range of motion, while in some measurements the intersubject variation was large in both supine, neutral standing, and rotational stress images. Sex or age did not affect most of the measurements; only in maximal external rotation was a minor tilting of the talus seen in the older population.

These findings suggest that the contralateral ankle can and probably should be used as a reference when possible malreduction of the syndesmosis or tibiotalar ankle joint instability is suspected.

see all

Tiivistelmä

Nilkkanivel on sääriluun, pohjeluun ja telaluun muodostama kokonaisuus, jota tiiviit nivelsiderakenteet vakauttavat. Normaalisti nivelen pääasiallinen liike tapahtuu ojennus-koukistussuuntaan ja kuormittumiseen liittyen tapahtuu vain hyvin vähäistä nivelhaarukan leviämistä, eikä telaluu pääse juurikaan kiertymään. Useimmat nilkkavammat taas syntyvät kiertoliikkeessä, joka voi johtaa nivelsidevammaan ja/tai nilkkamurtumaan, johon liittyen telaluu pääsee kiertymään normaalia enemmän ulkokiertoon ja nivelhaarukka leviämään, mikä johtaa nilkan epävakauteen ja poikkeaviin kuormitusolosuhteisiin. Vamman jälkeinen kirurginen hoito taas voi aiheuttaa luisten rakenteiden asettumiseen nivelen toiminnan kannalta epäanatomiseen asentoon ja estää nilkan normaalin liikkumisen. Sekä nivelen liiallinen väljyys että virheasentoon tehty kirurginen kiinnitys voivat aiheuttaa kipua, muuttaa nivelen kuormitusolosuhteita ja johtaa nivelen toimintahäiriöihin tai ennenaikaiseen kulumiseen. Jotta vamman jälkeisiä muutoksia pystyttäisiin arvioimaan sekä sääri- ja pohjeluun välisen sidekudossidoksen eli syndesmoosin alueella että ylemmässä nilkkanivelessä tulisi terveiden nivelten normaalit liikelaajuudet ja kuormituksen aiheuttamat dynaamiset muutokset pystyä mittaamaan luotettavasti.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää syndesmoosialueen ja ylemmän nilkkanivelen normaali anatomia sekä maaten kuvatuista tietokonetomografia- että seisten kuvatuista kartiokeilatietokonetomografia¬tutkimuksista arvioiden. Lisäksi mitattiin molempien nivelalueiden kiertorasituksessa todettavat normaalit liikelaajuudet seisten kuvatuista kartiokeilatietokonetomografiatutkimuksista.

Ensimmäinen tutkimus osoitti, että normaalisti pohjeluu sijaitsee alemman pohjesääriluunivelen etuosassa tai nivelen keskellä 88–97 %:lla tutkituista potilaista. Jos taas pohjeluu on siirtynyt nivelen takaosaan, tulee epäillä virheasentoa.

Toisen tutkimuksen tulokset osoittivat, että kiertorasituksissa pohjeluu liikkuu syndesmoosialueella edestakaisin 1.5 mm ja kiertyy 3 astetta, mutta nivel ei levene sivuttaissuuntaan. Telaluun sisäkierrossa pohjeluu liukuu 40 %:lla tutkituista vapaaehtoisista koehenkilöistä syndesmoosialueen takaosaan, ja ulkokierrossa taas nivelen etuosaan.

Kolmas tutkimus osoitti, että telaluu kiertyy maksimaalisen ulko- ja sisäkierron välillä 10 astetta ilman merkittävää mediaalisen tai lateraalisen nivelraon leviämistä.

Kaikissa tutkimuksissa todettiin, että mikäli koehenkilöitä verrataan keskenään, samojen mittauskohtien väliset erot ovat merkittäviä. Mikäli taas verrataan saman koehenkilön molempia nilkkoja keskenään, mittauksissa ei ole merkittävää puolieroa. Ainoa mittaustulos, johon iällä tai sukupuolella oli vaikutusta, oli vanhemmassa ikäryhmässä todettu telaluun vähäinen kallistuminen maksimaalisessa ulkokierrossa.

Tutkimukset tuottivat tietoa alemman pohjesääriluunivelen ja ylemmän nilkkanivelen normaalista anatomiasta ja liikkuvuuksista kiertorasituksissa tietokonetomografiatutkimuksissa. Tutkimusten perusteella todetaan, että potilaan tervettä nilkkaa kannattaa käyttää normaalianatomian vertailukohtana sekä heti vamman jälkeen mahdollisen operatiivisen hoidon tarvetta arvioitaessa että hoidon tulosta arvioitaessa.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-1474-0
ISBN Print: 978-952-62-1473-3
Issue: 1405
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2017. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.