Zusammenfassung Markus Zeißler Gelenkknorpeldicke und Spaltlinienverlauf im Hinblick auf eine autologe osteochondrale Transplantation vom Knie ins Ellbogengelenk beim Hund Klinik für Kleintiere der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig ( 87 Seiten, 19 Abbildungen, 221 Literaturangaben) Eingereicht im August 2012 Schlüsselwörter: autologe osteochondrale Transplantation – Ellbogengelenk-Kniegelenk – Hund – Knorpeldicke – Spaltlinien – Mosaikplastik Zielstellung: Ziel der Arbeit war es eine autologe osteochondrale Transplantation zur Therapie einer Osteochondrosis dissecans (OCD) beim Hund unter Berücksichtigung der morphologischen Grundlagen an potentiellen Empfängerstellen des Ellbogengelenkes und Spenderstellen des Kniegelenkes, durchzuführen. Dazu wurden die Knorpeldicke bestimmt und die Spaltlinien des Knorpels dargestellt und die potentiellen Empfänger- und Spenderstellen miteinander verglichen. Material und Methode: Es wurde eine postmortale Studie an Gelenken von 20 über 20 kg schweren knorpelgesunden Hunden durchgeführt. An 15 Vorder- und den entsprechenden 15 Hintergliedmaßenpaaren wurden mit einem 2,7 mm Hohlmeißel osteochondrale Zylinder an jeweils vier Empfängerstellen an der Trochlea humeri und 14 potentiellen Spenderstellen im Kniegelenk entnommen und mittels eines hochauflösenden digitalen Röntgensystems die Knorpeldicke bestimmt. Nachträglich wurde an fünf zusätzlichen Hintergliedmaßen, die die selben Kriterien wie die anderen 15 Gliedmaßen erfüllten, kurz vor Abschluss der Studie ein bis dahin nicht bekanntes Spenderareal (CO) mit jeweils drei Spenderstellen nachbeprobt und ebenfalls die Knorpeldicke vermessen. Weiterhin wurden an den ipsilateralen 15 Gliedmaßen die Spaltlinien der Trochlea humeri und des gesamten distalen Femurs präpariert, um die Hauptausrichtung der Kollagenfasern darzustellen, die ein Ausdruck der Dehnungsausrichtung und damit der Belastung des hyalinen Knorpels sind. Dazu wurde eine in königsblauer Tinte benetzte Präpariernadel alle drei Millimeter senkrecht in den Gelenkknorpel eingestochen und damit entstandene Spaltlinien dargestellt. Dies gelang erfolgreich an zehn Vorder- und Hintergliedmaßen. Ergebnisse: Es konnte ein primär transversal verlaufendes Spaltlinienmuster im Kniegelenk für die innerhalb der Trochlea gelegenen Spenderstellen nachgewiesen werden. Die Spenderareale außerhalb des Femoropatellargelenkes wiesen keine Spaltlinien auf. Die Trochlea humeri wies ein konstantes zentripetales Spaltlinienmuster auf. An der typischen Prädilektionsstelle der Osteochondrosis dissecans in der Trochlea humeri wurde eine Knorpeldicke im Median von 0,55 mm (95%KI: 0,48-0,6) bestimmt. Innerhalb der Trochlea ossis femoris wurde eine mediane Knorpeldicke an den inneren lateralen Spenderstellen von 0,45 mm (95% KI: 0,42-0,48), an den inneren medialen Spenderstellen von 0,49 mm (95% KI: 0,49-0,63) und an den lateral und medialen Spenderstellen der distalen Trochlea von 0,56 mm (95%KI: 0,49-0,63) gemessen. Die niedrigsten Knorpeldicken wiesen die äußeren Spenderstellen der Trochlea ossis femoris auf mit Median 0,2 mm (95% KI: 0,16-0,23) an den lateralen und 0,24 mm (95% KI: 0,17-0,31) an den medialen äußeren Spenderstellen. Schlussfolgerungen: Spenderstellen außerhalb des Femoropatellargelenkes weisen deutlich zu niedrige Knorpeldicken und ein fehlendes Spaltlinienmuster auf und sollten deshalb unter Berücksichtigung der morphologischen Situation zur OAT beim Hund am Ellbogen vermieden werden. Die Spenderstellen an der distalen Trochlea ossis femoris eigenen sich am besten zur Transplantation in die Trochlea humeri. Mit diesen Daten wird es erstmals möglich sein die osteochondrale Transplantation vom Kniegelenk ins Ellbogengelenk beim Hund zur Therapie einer OCD unter Berücksichtigung der morphologischen Grundlagen Knorpeldicke und Spaltlinienmuster durchzuführen. Inwieweit eine Verbesserung vor allem der Langzeitprognose beim Hund unter Berücksichtigung dieser Aspekte erreicht wird, muss in weiteren klinischen Studien untersucht werden. Allerdings müssen weitere wichtige Kriterien wie Oberflächengeometrie und Spenderstellenmorbidität zusätzlich beachtet werden. / Summary Markus Zeißler Cartilage thickness and split-line as a basic principal for an autologous osteochondral transplantion from stifle to the elbow joint in dogs Department of Small Animal Medicine, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in August 2012 (87 pages, 19 figures, 221 references) Keywords: autologous osteochondral transplantation – elbow joint – stifle joint – dog– cartilage thickness – split- line pattern – mosaicplasty Aim of the study: was to conduct an osteochondral transplantation as a treatment for Osteochondritis dissecans in dogs under consideration of the morphological basics to provide potential recipient sites on the elbow and donor sites in the stifle joint. In order to compare the potential donor and recipient sites the cartilage thickness was measured and the splitt line patterns were depicted. Material and methods: A postmortal study was conducted on joints with healthy cartilage of 20 dogs with a bodyweight over 20 kg. From 15 forelimb- and hindlimb pairs, osteochondral plugs were collected with a 2.7mm hollow chisel .These were taken from 4 donor sites on the trochlea humeri and 14 recipient sites from the stifle,respectively, and the cartilage thickness was measured with a high-solving digital xray system. Shortly before the end of this study a donor area (CO), until then unknown, was sampled from 5 additional hindlimbs with the same criteria as before. On each donor region, 3 osteochondral grafts were taken and the cartilage thickness measured.Furthermore, split line patterns from the trochlea humeri and the stifle were depicted on 15 ipsilateral limbs. The split line patterns represent the main orientation of the collagen fibers and this is an expression of the strain orientation and thus show us the load of the cartilage. A needle dipped in India ink was pierced perpendicular to the cartilage surface in a 3mm interval to produce split line patterns.This succeeded in 10 fore- and hindlimbs. Results: The donor sites in the trochlea of the stifle have a primary transversal splitline orientation.The donor sites outside the trochlea of the stifle show no split line patterns. The trochlea humeri display a constant zentripetal split line orientation. In the Trochlea humeri the mean cartilage thickness was 0.55mm (95% CI: 0.42-0.61). The mean cartilage thickness within the femoral trochlea on the inner lateral donor sites measured 0.45mm (95%CI:0.42-0.48), on the inner medial donor sites was 0.49mm( 95%CI:0.49-0.63),and on the medial and lateral donor sites of the distal femoral trochlea were 0.56mm(95%CI:0.49-0.63), respectively. The thinnest cartilage reported in the donor sites outside the femoral trochlea measured laterally 0.2mm (95% CI: 0.16-0.23) and medially 0.24mm (95% CI: 0.17-0.31). Conclusions: Donor sites outside the femoropatellar joint have too thin cartilage thickness and no split line orientation. Due to these morphological conditions they should be avoided for osteochondral autograft transplantation as donor sites for the trochlea humeri in dogs. The distal femoral trochlea is the best location for autologous grafting of the trochlea humeri. It is now possible to carry out an autologous osteochondral transplantation from stifle to the elbow joint for the treatment of Osteochondritis dissecans in dogs in consideration of morphological basic principals of cartilage thickness and split- line patterns. Further clinical evaluation is needed in order to assess the value of these findings for the long term prognosis. However, additional other important criteria, such surface curvature and donor site morbidity, must be considered.

Einleitung: Die Ellbogengelenkdysplasie (ED) stellt eine der häufigsten Lahmheitsursachen bei jungen Hunden mittelgroßer und großer Rassen dar. Dabei wird der radioulnaren Inkongruenz eine maßgebliche Rolle in der Pathogenese zugesprochen. GUILLOU und Mitarbeiter (2011) konnten zeigen, dass eine axiale radioulnare Translation von bis zu 1 mm in gesunden kaninen Ellbogengelenken in vivo auftritt. Auf dieser Basis entstand die Hypothese einer vermehrten radioulnaren Beweglichkeit in dysplastischen Gelenken, die zu einer dynamischen Inkongruenz führen könnte, da ca. 40 % der Patienten keine messbare Stufe aufweisen. Ziele der Untersuchungen: Ziel der Studie war der Vergleich der dynamischen radioulnaren Inkongruenz bei orthopädisch gesunden und dysplastischen Hunden in vivo. Material und Methoden: Sieben dysplastische Ellbogengelenke von sechs Hunden und sechs orthopädisch gesunde Ellbogengelenke von fünf Hunden sind in die Studie eingegangen. Alle Probanden der ED Gruppe zeigten einen fragmentierten Processus coronoideus medialis ulnae. Nach Implantation von jeweils mindestens drei Markern in Humerus, Radius und Ulna erfolgte die biplanare, fluoroskopische Untersuchung der Gelenke, während die Hunde im Schritt auf einem Laufband geführt wurden. Die gewonnenen Röntgenvideoaufnahmen wurden aufgearbeitet und die gemessene Bewegung der Marker auf rekonstruierte dreidimensionale Knochenmodelle jedes Probanden übertragen. Alle Animationen wurden visuell beurteilt und anschließend die relative radioulnare und humeroulnare Bewegung an den animierten Knochenmodellen gemessen und als Translation in Millimeter und Rotation in Grad angegeben. Weiterhin wurden die Kontaktflächenmuster für die ulnare Gelenkfläche in dysplastischen und gesunden Gelenken bestimmt und gegeneinander visuell verglichen. Ergebnisse: Für die relative radioulnare Translation konnten in der Kontrollgruppe 0,7 mm und in der ED Gruppe 0,5 mm gemessen werden. Beide Werte unterschieden sich nicht signifikant voneinander (P= 0,2092; Konfidenzintervall -0,6 – 0,2). Die relative humeroulnare Rotation lag in der Kontrollgruppe bei 2,9 Grad und in der ED Gruppe bei 5,3 Grad. Damit lag ein signifikanter Unterschied zwischen beiden Gruppen vor (P= 0,0229; Konfidenzintervall 0,4 – 4,4). Die Kontaktflächenmuster zeigten in der Kontrollgruppe, während der dargestellten Fußungsphase, eine homogene Verteilung des Kontaktes über das gesamte mediale Koronoid. Hingegen konnte in dysplastischen Gelenken eine Reduktion des Kontaktes im kraniolateralen Anteil des Koronoids beobachtet werden. Schlussfolgerung: Die radioulnare Bewegung zeigt zwischen gesunden und dysplastischen Gelenken keinen signifikanten Unterschied auf. Die Hypothese einer ausgeprägten Translation zwischen Radius und Ulna in Gelenken erkrankter Hunde, die während der Bewegung zu einer dynamischen RUI führt kann damit widerlegt werden. Allerdings zeigt der Humerus in dysplastischen Gelenken eine vermehrte Rotationsbewegung, die zu einer Verlagerung der Trochlea humeri gegen den medialen Kronfortsatz führt. Dieser visuell und quantitativ erfasste Effekt spiegelt sich auch in den Kontaktflächenmustern wieder. Da Pathologien im Sinne des FPC typischerweise im Bereich des dargestellten, konzentrierten Kontaktes auftreten, ist davon auszugehen, dass es durch die humerale Rotation zu einer vermehrten Belastung des Koronoids kommt, welche zur Fragmentation des Kronfortsatzes führen kann. Die Ursache dieser vermehrten Bewegung ist derzeit nicht bekannt. Möglicherweise spielen Weichteilpathologien eine Rolle, ähnlich der Pathogenese der Hüftgelenksdysplasie. Neben der bereits bekannten und beschriebenen statischen RUI scheint die Rotationsinstabilität des Humerus eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der ED zu spielen, insbesondere in kongruent erscheinenden Gelenken. / Introduction: Elbow dysplasia (ED) is one of the most frequent reasons for forelimb lameness especially in young large breed dogs. Radio-ulnar incongruence is discussed to be one of the main factors in the pathogenesis of ED. GUILLOU et al. (2011) described an axial translation between the radius and the ulna up to 1 mm in sound canine elbow joints in vivo. Based on this study we developed the hypothesis that pronounced radio-ulnar movement in dysplastic joints leads to a dynamic radio-ulnar incongruence. This dynamic incongruence might explain why 40 % of dysplastic dogs show no measurable step formation. Objective: The aim of the study was to compare the dynamic radio-ulnar incongruence in sound and dysplastic dogs in vivo. Material and Methods: Seven dysplastic joints in six dogs and six sound joints in five dogs were evaluated. All dysplastic joints showed a fragmented coronoid process and a radio-ulnar incongruence and cartilage lesions on the ulnar and humeral joint surface in a varying degree. A minimum of three Tantalum markers were implanted into the Humerus, Radius and Ulna each. Afterwards biplanar fluoroscopic gait analysis was performed while the dogs were walking on a treadmill. Gained marker movement was transferred onto reconstructed three dimensional CT bone models of each dog. The 3D animations were visually assessed and relative movement between the radius and ulna as well as between the humerus and ulna was measured and expressed as translation (millimeter) and rotation (degree). Further the joint contact patterns of the ulnar joint surface were determined for all dysplastic and sound joints and visually compared to each other. Results: Relative radio-ulnar translation was 0.7 mm in sound joints and 0.5 mm in dysplastic joints. There was no significant difference between these two groups (P= 0.2092; convidence interval -0.6 to 0.2). A significant difference between the dysplastic and the sound group was present in the relative humeral rotation (P= 0.0229; convidence interval 0.4 to 4.4). Humeral rotation relative to the ulna was 2.9 degree in sound and 5.3 degree in dysplastic joints. Humero-ulnar contact at the medial coronoid process was evenly distributed over the medial coronoid process in control elbows, while contact area in dysplastic elbows was reduced and shifted to the lateral aspect of the medial coronoid process Conclusion: Radio-ulnar movement is not significantly different between dysplastic and sound elbow joints. So the hypothesis of a pronounced axial translation between the radius and the ulna in dysplastic joints, leading to dynamic RUI can be neglected. However the humerus shows a significantly pronounced rotational movement in dysplastic joints compared to sound elbows. The trochlea humeri moves towards cranio-lateral and hits the medial coronoid process at its cranio-lateral aspect. The effect of this rotational movement can be shown in the joint contact patterns of the ulnar joint surface. Contact is shifted towards the tip and the lateral aspect of the coronoid process. In that area fragmentation of the medial coronoid process is typically observed. It seems that rotation of the humerus relative to the ulna leads to reduced contact and mechanical overload of the coronoid process. The cause of this increased rotational movement remains unknown. Maybe the documented movement could be interpreted as joint instability similar to the pathogenesis of hip dysplasia in which soft tissue laxity results in joint instability and degenerative joint disease. Besides the already described static radio-ulnar incongruence humeral rotational instability seems to play a role in the pathogenesis of elbow dysplasia, especially in congruent joints.

Zielstellung: Bei der Frage, ob die Durchführung von Korrekturosteotomien zur Ent-lastung betroffener Areale bei Hunden mit ED sinnvoll ist, erscheint es uns von zentraler Bedeutung, auch eine geringgradig ausgeprägte RUI präzise zu bestim-men. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb folgende Ziele verfolgt: (1) Evaluie-rung der Sensitivität und Spezifität der Bestimmung von radioulnaren Gelenks-formationen anhand von dreidimensionalen CT-Modellen und der Arthroskopie. (2) Erweiterung des Untersuchungsgutes, da im Gegensatz zu vorangegangenen Stu-dien sowohl Inkongruenzen mit verkürztem Radius (positive RUI) als auch mit ver-kürzter Ulna (negative RUI) einbezogen wurden. Material und Methode: In das Untersuchungsgut gingen Vordergliedmaßen gesun-der Hunde mittelgroßer und großer Rassen ein. Mit Hilfe eines etablierten Modells wurde experimentell der Radius stufenweise um 1 und 2 mm verkürzt, bzw. verlän-gert. In der ersten Studie wurden 64 radioulnare Gelenksformationen anhand von dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle untersucht. In der zweiten Studie wurden 72 radioulnare Gelenksformationen arthroskopisch beurteilt. Die Art der Stufe und ih-re Reihenfolge waren jeweils randomisiert und geblindet. Die Gelenksformationen wurden als -2, -1, 0, 1 und 2 mm Stufe klassifiziert. Ergebnisse: Für die Bestimmung der radioulnaren Gelenksformation anhand von dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle konnte ein Interklassen-Korrelations-koeffizient von 0,87 und ein Intraklassen-Korrelationskoeffizient von 0,96 ermittelt werden. Die mediane Sensitivität im Hinblick auf das Erkennen eines inkongruenten Gelenkes lag bei 0,86 (0,82 - 0,98). Die mediane Spezifität bei 0,77 (0,62 - 0,92). Bei der Arthroskopie konnte ein kongruentes Gelenk mit einer Sensitivität von 0,98 (95% KI: 0,90 - 0,99) bestimmt werden. Die Spezifität ein kongruentes Gelenke richtig zu diagnostizieren, lag bei 0,89 (95% KI: 0,65 – 0,98). Schlussfolgerungen: Die Abweichungen zwischen den drei Untersuchern in der ersten Studie legen nahe, dass die Genauigkeit der Bestimmung von radioulnaren Inkongruenzen durch entsprechendes Training deutlich verbessert werden können. Die besten Ergebnisse konnte der Untersucher erzielen, der sich am längsten mit der beschriebenen Technik befasst hatte. Wir postulieren daher, dass die Genauigkeit der semiquantitativen Beurteilung der RUI anhand dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle bei regelmäßiger Schulung zunimmt. Dieses Diagnostikum ist in-vitro präzise, wiederholbar und ermöglicht eine nicht invasive Beurteilung der subchondra-len Gelenkflächen. Die Arthroskopie erlaubt eine direkte Visualisierung und Palpation der intraartiku-lären Strukturen und eine präzise Bestimmung sowohl einer positiven als auch negativen RUI. Festzuhalten bleibt, dass es eine minimal invasive Technik ist und sich somit als Standard- beziehungsweise Vorsorgeuntersuchung zur Diagnostik der ED beim Hund kaum eignet. Im Vergleich zu Röntgen- und CT-Untersuchungen kön-nen mittels Arthroskopie jedoch die besten Ergebnisse zur Bestimmung der radio-ulnaren Gelenksformation in-vitro erzielt werden.

Einleitung Die klinische Bedeutung einer radio-ulnaren Inkongrunz (RUI) bei Hunden mit Ellbogengelenksdysplasie, sowie die präzise Bestimmung einer geringgradigen RUI sind umstrittene Fragestellungen in der Kleintierorthopädie. Zielstellung (1) die 3D-Technik zur Bestimmung einer RUI in ihrer Genauigkeit zu verbessern (2) mit Hilfe dieser verbesserten Technik, die Beziehung zwischen Ausprägung und Grad einer vorliegenden RUI und dem Ausmaß an damit verbundenen Gelenkschäden im medialen Kompartiment des Ellbogengelenkes zu untersuchen. Material und Methoden In einer ersten Studie wurden 63 CT-basierte 3D-Modelle der radio-ulnaren Gelenkpfanne mit bekannter RUI (-2mm, -1 mm, 0 mm, +1 mm, +2 mm), unter Verwendung einer Kugel, welche genau der Incisura trochlearis jedes individuellen Modells angepasst war, bezüglich der vorhanden RUI untersucht. Diese Messungen erfolgten geblindet in zufälliger Reihenfolge der 63 Modelle und wurden hinsichtlich Spezifität und Sensitivität ausgewertet. In der zweiten Studie wurden 86 Ellbogengelenke klinischer Patienten retrospektiv mit der neuen 3D-Kugel-Methode bezüglich ihrer RUI vermessen. Dieser Wert wurde in Beziehung mit dem in der Arthroskopie diagnostizierten Gelenkschaden im medialen Kompartiment gesetzt (Korrelation nach Pearson und logistische Regression), wobei die Gelenke in zwei Gruppen unterteilt wurden; die mit geringen Veränderungen (FPC-Gruppe) und solche mit fortgeschrittenen Schäden (MCD-Gruppe). Ergebnisse Unter Verwendung der Kugel-Methode betrug die mediane Sensitivität eine RUI auf einen Millimeter genau zu bestimmen 0,94 wobei die mediane Spezifität bei 0,89 lag. Der intra-Class-Korrelationskoeffizient für die interobserver Übereinstimmung betrug 0,99. 14 % der Gelenke wiesen eine negative RUI auf, 40 % zeigten keine messbare RUI und 46 % wiesen eine positive RUI auf. Das Quotenverhältnis (odds ratio) für das Vorliegen fortgeschrittener Gelenkschäden betrug für jeden Millimeter RUI 6,4. Schlussfolgerungen Die Anwendung der Kugel-Methode verbessert die Diagnose der RUI deutlich. Der vermutete Zusammenhang zwischen RUI und Gelenkschäden konnte mit der klinischen Studie bestätigt werden. Allerdings ist bemerkenswert, dass 40 % der Gelenke keine RUI aufwiesen. Somit ist davon auszugehen, dass andere Faktoren neben einer RUI an der Pathogenese klinisch beobachteter Gelenkschäden beteiligt sind. Ebenso ist festzustellen, dass ca. 15 % der Gelenke eine negative RUI aufweisen. Somit scheint es nicht gerechtfertigt alle Gelenke mit einer Form der Ellbogenosteotomie zu behandeln, da eine negative bzw. positive RUI und insbesondere keine RUI unterschiedliche geometrische Korrekturen benötigen.:1 EINLEITUNG 1 2 PUBLIKATIONEN 3 2.1 Sensitivity and specificity of 3D models of the radioulnar joint cup in combination with a sphere fitted to the ulnar trochlear notch for estimation of radioulnar incongruence in vitro 3 2.2 Relationship between axial radio-ulnar incongruence with cartilage damage in dogs with medial coronoid disease 16 3 DISKUSSION 32 4 ZUSAMMENFASSUNG 36 5 SUMMARY 38 6 LITERATURVERZEICHNIS 40 / Introduction The clinical significance of RUI in dogs with elbow dysplasia and precise estimation of small degree of RUI are controversial topics in small animal orthopedics. Objectives (1) improve the accuracy of the 3D technique for the estimation of RUI (2) using the improved technique to examine the relationship between the shape and degree of present RUI and the amount of related joint damage in the medial compartment of the elbow joint. Material and methods In a first study, 63 CT-based 3D models of the radio-ulnar joint cup with known RUI (-2 mm, -1 mm, 0 mm, mm +1, +2 mm) were examined us-ing a sphere, which was exactly fitted to the trochlear ulnar notch of each individual model. The assessment of the radioulnar joint conformation was evaluated blindly in a random manner and analized in respect to sensitivity and specificity. In the second study, 86 elbow joints of clinical patients were retrospectively graded with the new 3D sphere technique with respect to their RUI. This value was correlated with the arthroscopically diagnosed joint damage in the medial compartment, where the joints were divided into two groups. Those with minor changes (g-FPC) and those with advanced damage (g-MCD). Results By using the sphere fitting technique, the median sensitivity of a RUI on a millimeter basis was 0.94 and the median specificity was 0.89. The intra-class correlation coefficient for interobserver agreement was 0.99. In the clinical joints 14 % had a negative RUI, 40 % showed no measurable RUI and 46% had a positive RUI. The odds ratio for the presence of advanced joint damage for every millimeter RUI was 6.4 Conclusions The application of the sphere fitting technique significantly improves the diagnosis of the RUI. The assumed relationship between RUI and joint damage could be confirmed in the clinical study. However, it is noteworthy that 40 % of the joints showed no RUI. Thus, it can be assumed that other factors besides RUI are playing rule in the pathogenesis of clinically observed joint damages. Also it should be noted that approximately 15 % of the joints have a negative RUI. Thus, it does not seem to be wise to treat all the joints with a type of elbow osteotomy, as a negative or positive RUI and in particular no RUI need different geometric corrections:1 EINLEITUNG 1 2 PUBLIKATIONEN 3 2.1 Sensitivity and specificity of 3D models of the radioulnar joint cup in combination with a sphere fitted to the ulnar trochlear notch for estimation of radioulnar incongruence in vitro 3 2.2 Relationship between axial radio-ulnar incongruence with cartilage damage in dogs with medial coronoid disease 16 3 DISKUSSION 32 4 ZUSAMMENFASSUNG 36 5 SUMMARY 38 6 LITERATURVERZEICHNIS 40

INTRODUÇÃO: Pacientes com rigidez pós-traumática do cotovelo que falharam à fisioterapia convencional têm como possibilidades de tratamento protocolos de reabilitação associado ao uso de órtese ou à liberação cirúrgica do cotovelo. Na literatura não existem artigos comparativos entre essas duas formas de tratamento. O objetivo primário deste estudo foi comparar a amplitude de movimento de flexoextensão do cotovelo entre os pacientes submetidos ao tratamento cirúrgico ou à reabilitação. Os objetivos secundários foram comparar os resultados clínicos, de acordo com a escala \"Mayo Elbow Performance Score\", o questionário \"Disability of Arm, Shoulder and Hand\" e a escala visual analógica de dor, além de comparar o ganho absoluto e relativo da flexoextensão, a flexão e extensão máxima, a amplitude de pronossupinação e a taxa de complicações. MÉTODOS: Estudo clínico randomizado, com avaliador cego, de pacientes com rigidez póstraumática do cotovelo que apresentaram falha ao tratamento fisioterápico convencional. Os pacientes foram alocados aleatoriamente em dois grupos de tratamento: conservador e cirúrgico. O grupo conservador foi submetido ao protocolo de reabilitação envolvendo a equipe de terapia ocupacional, com exercícios e alongamentos associados ao uso de órteses estáticas seriadas de extensão, dinâmicas de flexão, além de sessões de movimentação contínua passiva. O grupo cirúrgico foi submetido à liberação cirúrgica por via posterior, seguido do mesmo protocolo de reabilitação do grupo conservador. As escalas clínicas foram aplicadas pré-operatoriamente, aos 3 e 6 meses de seguimento. A amplitude de movimento foi avaliada nos mesmos períodos e adicionalmente com 6 semanas. As complicações foram avaliadas até os 6 meses de tratamento. O desfecho primário do estudo foi a amplitude de movimento de flexoextensão aos 6 meses de seguimento. RESULTADOS: Trinta pacientes foram incluídos no estudo, sendo 15 em cada grupo. A amplitude de movimento de flexoextensão do cotovelo, ao final dos 6 meses de seguimento, foi de 108,4º para o grupo cirúrgico e de 88,1º para o grupo conservador (p=0,002). O ganho absoluto e relativo da flexoextensão do cotovelo aos 6 meses foram respectivamente de 17,2º e 26,8% para o grupo conservador e de 40,8º e 58,8% para o grupo cirúrgico (p < 0,001). A pontuação da escala visual analógica de dor, escala \"Mayo Elbow Performance Score\" e o questionário \"Disability of Arm, Shoulder and Hand\" foram respectivamente de 4,4, 70,6 e 35,3 para o grupo conservador e de 3,9, 77,3 e 27,6 para o grupo cirúrgico (p=0,486, p=0,342 e p=0,361). O grupo conservador apresentou uma complicação, enquanto o grupo cirúrgico quatro (p=0,598). CONCLUSÕES: A liberação cirúrgica do cotovelo associada ao protocolo de reabilitação resultou em uma maior amplitude de flexoextensão, além de um maior ganho absoluto e relativo quando comparada à reabilitação isolada após 6 meses. A extensão máxima obtida foi superior no grupo cirúrgico, sem diferença para a flexão máxima e amplitude de movimento de pronossupinação. Os grupos não diferiram nas escalas funcionais e na taxa de complicações / INTRODUCTION: Patients with post-traumatic elbow stiffness who have failed conventional physiotherapy have two options of treatment: rehabilitation protocols associated with the use of bracing or surgical elbow release. In the literature there are no comparative studies between those forms of treatment. The primary objective of this study was to compare the elbow flexion-extension range of motion between patients submitted to surgical treatment or rehabilitation. The secondary objectives were to compare the clinical outcomes according to the Mayo Elbow Performance Score, the Disability of Arm, Shoulder and Hand questionnaire and the visual analogue pain scale, in addition to comparing the absolute and relative gain of elbow flexion-extension, maximal flexion and extension, pronosupination range of motion and complications rate. METHODS: Randomized clinical trial with blind evaluator of patients with post-traumatic elbow stiffness who presented failure to conventional physiotherapeutic treatment. Patients were randomly assigned to two treatment groups: non surgical and surgical. The non surgical group was submitted to a rehabilitation protocol involving the occupational therapy team, with exercises and stretching associated with the use of serial extension static braces, dynamics braces and continuous passive movement sessions. The surgical group was submitted to surgical release, followed by the same protocol of rehabilitation of the non surgical group. The clinical scales were applied preoperatively, at 3 and 6 months of follow-up. The range of motion was assessed at the same periods and additionally at 6 weeks. Complications were assessed up to 6 months of treatment. The study primary outcome was the flexion-extension range of motion at 6 months of follow-up. RESULTS: Thirty patients were included in the study, 15 in each group. The elbow flexion-extension range of motion at 6 months of follow-up was 108.4º for the surgical group and 88.1º for the non surgical group (p=0.002). The absolute and relative gain of elbow flexion-extension at 6 months were 17.2º and 26.8% for the non surgical group and 40.8º and 58.8% for the surgical group (p < 0.001). The visual analogue pain scale, the Mayo Elbow Performance Score and the Disability of Arm, Shoulder and Hand questionnaire were respectively 4.4, 70.6 and 35.3 for the non surgical group and 3.9, 77.3 and 27.6 for the surgical group (p=0.486, p=0.342 and p=0.361). The non surgical group presented one complication, while the surgical group had four (p=0.598). CONCLUSIONS: The elbow surgical release associated with the rehabilitation protocol resulted in a greater flexion-extension range of motion and greater absolute and relative gain when compared to the isolated rehabilitation after 6 months. The maximal extension obtained was superior in the surgical group, with no difference for maximal flexion and pronosupination range of motion. The groups did not differ on functional scales and complication rates

Einleitung: Die Ellbogengelenkdysplasie (ED) stellt eine der häufigsten Lahmheitsursachen bei jungen Hunden mittelgroßer und großer Rassen dar. Dabei wird der radioulnaren Inkongruenz eine maßgebliche Rolle in der Pathogenese zugesprochen. GUILLOU und Mitarbeiter (2011) konnten zeigen, dass eine axiale radioulnare Translation von bis zu 1 mm in gesunden kaninen Ellbogengelenken in vivo auftritt. Auf dieser Basis entstand die Hypothese einer vermehrten radioulnaren Beweglichkeit in dysplastischen Gelenken, die zu einer dynamischen Inkongruenz führen könnte, da ca. 40 % der Patienten keine messbare Stufe aufweisen. Ziele der Untersuchungen: Ziel der Studie war der Vergleich der dynamischen radioulnaren Inkongruenz bei orthopädisch gesunden und dysplastischen Hunden in vivo. Material und Methoden: Sieben dysplastische Ellbogengelenke von sechs Hunden und sechs orthopädisch gesunde Ellbogengelenke von fünf Hunden sind in die Studie eingegangen. Alle Probanden der ED Gruppe zeigten einen fragmentierten Processus coronoideus medialis ulnae. Nach Implantation von jeweils mindestens drei Markern in Humerus, Radius und Ulna erfolgte die biplanare, fluoroskopische Untersuchung der Gelenke, während die Hunde im Schritt auf einem Laufband geführt wurden. Die gewonnenen Röntgenvideoaufnahmen wurden aufgearbeitet und die gemessene Bewegung der Marker auf rekonstruierte dreidimensionale Knochenmodelle jedes Probanden übertragen. Alle Animationen wurden visuell beurteilt und anschließend die relative radioulnare und humeroulnare Bewegung an den animierten Knochenmodellen gemessen und als Translation in Millimeter und Rotation in Grad angegeben. Weiterhin wurden die Kontaktflächenmuster für die ulnare Gelenkfläche in dysplastischen und gesunden Gelenken bestimmt und gegeneinander visuell verglichen. Ergebnisse: Für die relative radioulnare Translation konnten in der Kontrollgruppe 0,7 mm und in der ED Gruppe 0,5 mm gemessen werden. Beide Werte unterschieden sich nicht signifikant voneinander (P= 0,2092; Konfidenzintervall -0,6 – 0,2). Die relative humeroulnare Rotation lag in der Kontrollgruppe bei 2,9 Grad und in der ED Gruppe bei 5,3 Grad. Damit lag ein signifikanter Unterschied zwischen beiden Gruppen vor (P= 0,0229; Konfidenzintervall 0,4 – 4,4). Die Kontaktflächenmuster zeigten in der Kontrollgruppe, während der dargestellten Fußungsphase, eine homogene Verteilung des Kontaktes über das gesamte mediale Koronoid. Hingegen konnte in dysplastischen Gelenken eine Reduktion des Kontaktes im kraniolateralen Anteil des Koronoids beobachtet werden. Schlussfolgerung: Die radioulnare Bewegung zeigt zwischen gesunden und dysplastischen Gelenken keinen signifikanten Unterschied auf. Die Hypothese einer ausgeprägten Translation zwischen Radius und Ulna in Gelenken erkrankter Hunde, die während der Bewegung zu einer dynamischen RUI führt kann damit widerlegt werden. Allerdings zeigt der Humerus in dysplastischen Gelenken eine vermehrte Rotationsbewegung, die zu einer Verlagerung der Trochlea humeri gegen den medialen Kronfortsatz führt. Dieser visuell und quantitativ erfasste Effekt spiegelt sich auch in den Kontaktflächenmustern wieder. Da Pathologien im Sinne des FPC typischerweise im Bereich des dargestellten, konzentrierten Kontaktes auftreten, ist davon auszugehen, dass es durch die humerale Rotation zu einer vermehrten Belastung des Koronoids kommt, welche zur Fragmentation des Kronfortsatzes führen kann. Die Ursache dieser vermehrten Bewegung ist derzeit nicht bekannt. Möglicherweise spielen Weichteilpathologien eine Rolle, ähnlich der Pathogenese der Hüftgelenksdysplasie. Neben der bereits bekannten und beschriebenen statischen RUI scheint die Rotationsinstabilität des Humerus eine entscheidende Rolle in der Pathogenese der ED zu spielen, insbesondere in kongruent erscheinenden Gelenken. / Introduction: Elbow dysplasia (ED) is one of the most frequent reasons for forelimb lameness especially in young large breed dogs. Radio-ulnar incongruence is discussed to be one of the main factors in the pathogenesis of ED. GUILLOU et al. (2011) described an axial translation between the radius and the ulna up to 1 mm in sound canine elbow joints in vivo. Based on this study we developed the hypothesis that pronounced radio-ulnar movement in dysplastic joints leads to a dynamic radio-ulnar incongruence. This dynamic incongruence might explain why 40 % of dysplastic dogs show no measurable step formation. Objective: The aim of the study was to compare the dynamic radio-ulnar incongruence in sound and dysplastic dogs in vivo. Material and Methods: Seven dysplastic joints in six dogs and six sound joints in five dogs were evaluated. All dysplastic joints showed a fragmented coronoid process and a radio-ulnar incongruence and cartilage lesions on the ulnar and humeral joint surface in a varying degree. A minimum of three Tantalum markers were implanted into the Humerus, Radius and Ulna each. Afterwards biplanar fluoroscopic gait analysis was performed while the dogs were walking on a treadmill. Gained marker movement was transferred onto reconstructed three dimensional CT bone models of each dog. The 3D animations were visually assessed and relative movement between the radius and ulna as well as between the humerus and ulna was measured and expressed as translation (millimeter) and rotation (degree). Further the joint contact patterns of the ulnar joint surface were determined for all dysplastic and sound joints and visually compared to each other. Results: Relative radio-ulnar translation was 0.7 mm in sound joints and 0.5 mm in dysplastic joints. There was no significant difference between these two groups (P= 0.2092; convidence interval -0.6 to 0.2). A significant difference between the dysplastic and the sound group was present in the relative humeral rotation (P= 0.0229; convidence interval 0.4 to 4.4). Humeral rotation relative to the ulna was 2.9 degree in sound and 5.3 degree in dysplastic joints. Humero-ulnar contact at the medial coronoid process was evenly distributed over the medial coronoid process in control elbows, while contact area in dysplastic elbows was reduced and shifted to the lateral aspect of the medial coronoid process Conclusion: Radio-ulnar movement is not significantly different between dysplastic and sound elbow joints. So the hypothesis of a pronounced axial translation between the radius and the ulna in dysplastic joints, leading to dynamic RUI can be neglected. However the humerus shows a significantly pronounced rotational movement in dysplastic joints compared to sound elbows. The trochlea humeri moves towards cranio-lateral and hits the medial coronoid process at its cranio-lateral aspect. The effect of this rotational movement can be shown in the joint contact patterns of the ulnar joint surface. Contact is shifted towards the tip and the lateral aspect of the coronoid process. In that area fragmentation of the medial coronoid process is typically observed. It seems that rotation of the humerus relative to the ulna leads to reduced contact and mechanical overload of the coronoid process. The cause of this increased rotational movement remains unknown. Maybe the documented movement could be interpreted as joint instability similar to the pathogenesis of hip dysplasia in which soft tissue laxity results in joint instability and degenerative joint disease. Besides the already described static radio-ulnar incongruence humeral rotational instability seems to play a role in the pathogenesis of elbow dysplasia, especially in congruent joints.

Zielstellung: Bei der Frage, ob die Durchführung von Korrekturosteotomien zur Ent-lastung betroffener Areale bei Hunden mit ED sinnvoll ist, erscheint es uns von zentraler Bedeutung, auch eine geringgradig ausgeprägte RUI präzise zu bestim-men. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb folgende Ziele verfolgt: (1) Evaluie-rung der Sensitivität und Spezifität der Bestimmung von radioulnaren Gelenks-formationen anhand von dreidimensionalen CT-Modellen und der Arthroskopie. (2) Erweiterung des Untersuchungsgutes, da im Gegensatz zu vorangegangenen Stu-dien sowohl Inkongruenzen mit verkürztem Radius (positive RUI) als auch mit ver-kürzter Ulna (negative RUI) einbezogen wurden. Material und Methode: In das Untersuchungsgut gingen Vordergliedmaßen gesun-der Hunde mittelgroßer und großer Rassen ein. Mit Hilfe eines etablierten Modells wurde experimentell der Radius stufenweise um 1 und 2 mm verkürzt, bzw. verlän-gert. In der ersten Studie wurden 64 radioulnare Gelenksformationen anhand von dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle untersucht. In der zweiten Studie wurden 72 radioulnare Gelenksformationen arthroskopisch beurteilt. Die Art der Stufe und ih-re Reihenfolge waren jeweils randomisiert und geblindet. Die Gelenksformationen wurden als -2, -1, 0, 1 und 2 mm Stufe klassifiziert. Ergebnisse: Für die Bestimmung der radioulnaren Gelenksformation anhand von dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle konnte ein Interklassen-Korrelations-koeffizient von 0,87 und ein Intraklassen-Korrelationskoeffizient von 0,96 ermittelt werden. Die mediane Sensitivität im Hinblick auf das Erkennen eines inkongruenten Gelenkes lag bei 0,86 (0,82 - 0,98). Die mediane Spezifität bei 0,77 (0,62 - 0,92). Bei der Arthroskopie konnte ein kongruentes Gelenk mit einer Sensitivität von 0,98 (95% KI: 0,90 - 0,99) bestimmt werden. Die Spezifität ein kongruentes Gelenke richtig zu diagnostizieren, lag bei 0,89 (95% KI: 0,65 – 0,98). Schlussfolgerungen: Die Abweichungen zwischen den drei Untersuchern in der ersten Studie legen nahe, dass die Genauigkeit der Bestimmung von radioulnaren Inkongruenzen durch entsprechendes Training deutlich verbessert werden können. Die besten Ergebnisse konnte der Untersucher erzielen, der sich am längsten mit der beschriebenen Technik befasst hatte. Wir postulieren daher, dass die Genauigkeit der semiquantitativen Beurteilung der RUI anhand dreidimensional rekonstruierter CT-Modelle bei regelmäßiger Schulung zunimmt. Dieses Diagnostikum ist in-vitro präzise, wiederholbar und ermöglicht eine nicht invasive Beurteilung der subchondra-len Gelenkflächen. Die Arthroskopie erlaubt eine direkte Visualisierung und Palpation der intraartiku-lären Strukturen und eine präzise Bestimmung sowohl einer positiven als auch negativen RUI. Festzuhalten bleibt, dass es eine minimal invasive Technik ist und sich somit als Standard- beziehungsweise Vorsorgeuntersuchung zur Diagnostik der ED beim Hund kaum eignet. Im Vergleich zu Röntgen- und CT-Untersuchungen kön-nen mittels Arthroskopie jedoch die besten Ergebnisse zur Bestimmung der radio-ulnaren Gelenksformation in-vitro erzielt werden.

Zusammenfassung Markus Zeißler Gelenkknorpeldicke und Spaltlinienverlauf im Hinblick auf eine autologe osteochondrale Transplantation vom Knie ins Ellbogengelenk beim Hund Klinik für Kleintiere der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig ( 87 Seiten, 19 Abbildungen, 221 Literaturangaben) Eingereicht im August 2012 Schlüsselwörter: autologe osteochondrale Transplantation – Ellbogengelenk-Kniegelenk – Hund – Knorpeldicke – Spaltlinien – Mosaikplastik Zielstellung: Ziel der Arbeit war es eine autologe osteochondrale Transplantation zur Therapie einer Osteochondrosis dissecans (OCD) beim Hund unter Berücksichtigung der morphologischen Grundlagen an potentiellen Empfängerstellen des Ellbogengelenkes und Spenderstellen des Kniegelenkes, durchzuführen. Dazu wurden die Knorpeldicke bestimmt und die Spaltlinien des Knorpels dargestellt und die potentiellen Empfänger- und Spenderstellen miteinander verglichen. Material und Methode: Es wurde eine postmortale Studie an Gelenken von 20 über 20 kg schweren knorpelgesunden Hunden durchgeführt. An 15 Vorder- und den entsprechenden 15 Hintergliedmaßenpaaren wurden mit einem 2,7 mm Hohlmeißel osteochondrale Zylinder an jeweils vier Empfängerstellen an der Trochlea humeri und 14 potentiellen Spenderstellen im Kniegelenk entnommen und mittels eines hochauflösenden digitalen Röntgensystems die Knorpeldicke bestimmt. Nachträglich wurde an fünf zusätzlichen Hintergliedmaßen, die die selben Kriterien wie die anderen 15 Gliedmaßen erfüllten, kurz vor Abschluss der Studie ein bis dahin nicht bekanntes Spenderareal (CO) mit jeweils drei Spenderstellen nachbeprobt und ebenfalls die Knorpeldicke vermessen. Weiterhin wurden an den ipsilateralen 15 Gliedmaßen die Spaltlinien der Trochlea humeri und des gesamten distalen Femurs präpariert, um die Hauptausrichtung der Kollagenfasern darzustellen, die ein Ausdruck der Dehnungsausrichtung und damit der Belastung des hyalinen Knorpels sind. Dazu wurde eine in königsblauer Tinte benetzte Präpariernadel alle drei Millimeter senkrecht in den Gelenkknorpel eingestochen und damit entstandene Spaltlinien dargestellt. Dies gelang erfolgreich an zehn Vorder- und Hintergliedmaßen. Ergebnisse: Es konnte ein primär transversal verlaufendes Spaltlinienmuster im Kniegelenk für die innerhalb der Trochlea gelegenen Spenderstellen nachgewiesen werden. Die Spenderareale außerhalb des Femoropatellargelenkes wiesen keine Spaltlinien auf. Die Trochlea humeri wies ein konstantes zentripetales Spaltlinienmuster auf. An der typischen Prädilektionsstelle der Osteochondrosis dissecans in der Trochlea humeri wurde eine Knorpeldicke im Median von 0,55 mm (95%KI: 0,48-0,6) bestimmt. Innerhalb der Trochlea ossis femoris wurde eine mediane Knorpeldicke an den inneren lateralen Spenderstellen von 0,45 mm (95% KI: 0,42-0,48), an den inneren medialen Spenderstellen von 0,49 mm (95% KI: 0,49-0,63) und an den lateral und medialen Spenderstellen der distalen Trochlea von 0,56 mm (95%KI: 0,49-0,63) gemessen. Die niedrigsten Knorpeldicken wiesen die äußeren Spenderstellen der Trochlea ossis femoris auf mit Median 0,2 mm (95% KI: 0,16-0,23) an den lateralen und 0,24 mm (95% KI: 0,17-0,31) an den medialen äußeren Spenderstellen. Schlussfolgerungen: Spenderstellen außerhalb des Femoropatellargelenkes weisen deutlich zu niedrige Knorpeldicken und ein fehlendes Spaltlinienmuster auf und sollten deshalb unter Berücksichtigung der morphologischen Situation zur OAT beim Hund am Ellbogen vermieden werden. Die Spenderstellen an der distalen Trochlea ossis femoris eigenen sich am besten zur Transplantation in die Trochlea humeri. Mit diesen Daten wird es erstmals möglich sein die osteochondrale Transplantation vom Kniegelenk ins Ellbogengelenk beim Hund zur Therapie einer OCD unter Berücksichtigung der morphologischen Grundlagen Knorpeldicke und Spaltlinienmuster durchzuführen. Inwieweit eine Verbesserung vor allem der Langzeitprognose beim Hund unter Berücksichtigung dieser Aspekte erreicht wird, muss in weiteren klinischen Studien untersucht werden. Allerdings müssen weitere wichtige Kriterien wie Oberflächengeometrie und Spenderstellenmorbidität zusätzlich beachtet werden. / Summary Markus Zeißler Cartilage thickness and split-line as a basic principal for an autologous osteochondral transplantion from stifle to the elbow joint in dogs Department of Small Animal Medicine, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in August 2012 (87 pages, 19 figures, 221 references) Keywords: autologous osteochondral transplantation – elbow joint – stifle joint – dog– cartilage thickness – split- line pattern – mosaicplasty Aim of the study: was to conduct an osteochondral transplantation as a treatment for Osteochondritis dissecans in dogs under consideration of the morphological basics to provide potential recipient sites on the elbow and donor sites in the stifle joint. In order to compare the potential donor and recipient sites the cartilage thickness was measured and the splitt line patterns were depicted. Material and methods: A postmortal study was conducted on joints with healthy cartilage of 20 dogs with a bodyweight over 20 kg. From 15 forelimb- and hindlimb pairs, osteochondral plugs were collected with a 2.7mm hollow chisel .These were taken from 4 donor sites on the trochlea humeri and 14 recipient sites from the stifle,respectively, and the cartilage thickness was measured with a high-solving digital xray system. Shortly before the end of this study a donor area (CO), until then unknown, was sampled from 5 additional hindlimbs with the same criteria as before. On each donor region, 3 osteochondral grafts were taken and the cartilage thickness measured.Furthermore, split line patterns from the trochlea humeri and the stifle were depicted on 15 ipsilateral limbs. The split line patterns represent the main orientation of the collagen fibers and this is an expression of the strain orientation and thus show us the load of the cartilage. A needle dipped in India ink was pierced perpendicular to the cartilage surface in a 3mm interval to produce split line patterns.This succeeded in 10 fore- and hindlimbs. Results: The donor sites in the trochlea of the stifle have a primary transversal splitline orientation.The donor sites outside the trochlea of the stifle show no split line patterns. The trochlea humeri display a constant zentripetal split line orientation. In the Trochlea humeri the mean cartilage thickness was 0.55mm (95% CI: 0.42-0.61). The mean cartilage thickness within the femoral trochlea on the inner lateral donor sites measured 0.45mm (95%CI:0.42-0.48), on the inner medial donor sites was 0.49mm( 95%CI:0.49-0.63),and on the medial and lateral donor sites of the distal femoral trochlea were 0.56mm(95%CI:0.49-0.63), respectively. The thinnest cartilage reported in the donor sites outside the femoral trochlea measured laterally 0.2mm (95% CI: 0.16-0.23) and medially 0.24mm (95% CI: 0.17-0.31). Conclusions: Donor sites outside the femoropatellar joint have too thin cartilage thickness and no split line orientation. Due to these morphological conditions they should be avoided for osteochondral autograft transplantation as donor sites for the trochlea humeri in dogs. The distal femoral trochlea is the best location for autologous grafting of the trochlea humeri. It is now possible to carry out an autologous osteochondral transplantation from stifle to the elbow joint for the treatment of Osteochondritis dissecans in dogs in consideration of morphological basic principals of cartilage thickness and split- line patterns. Further clinical evaluation is needed in order to assess the value of these findings for the long term prognosis. However, additional other important criteria, such surface curvature and donor site morbidity, must be considered.

Artificial human muscles have traditionally been operated through pneumatic means, and are known as Pneumatic Artificial Muscles (PAMs). Over the last several decades, Hydraulic Artificial Muscles (HAMs) have also been investigated due to their high power-to-weight ratio and human-like characteristics. Compared to PAMs, HAMs typically exhibit faster response, higher efficiency, and superior position control; characteristics which provide potential for application in rehabilitation robotics. This thesis presents a new approach to actuate artificial muscles in an antagonistic pair configuration. The detailed mechanical design of the test platform is introduced, along with the development of a dynamic model for actuating an artificial elbow joint. Also, custom manufactured Oil-based Hydraulic Artificial Muscles (OHAMs) are implemented in a biceps-triceps configuration and characterized on the test platform. Furthermore, an integrator-backstepping controller is derived for HAMs with different characteristics (stiffness and damping coefficients) in an antagonistic pair configuration. Finally, simulations and experimental results of the position control of the artificial elbow joint are discussed to confirm the functionality of the OHAMs utilizing the proposed actuating mechanism and the effectiveness of the developed control algorithm. / Graduate