An approach to the functional anatomy of the sacroiliac joints in vivo

Approche de l'anatomie fonctionnelle des articulations sacro-iliaques chez le vivant

Summary

This first part of this paper is a review of the literature on the functional anatomy of the sacroiliac joint followed by a preliminary biomechanical study of the fresh post mortem pelvis. The latter was done in order to determine the coefficients of the screw matrix and the position of the instantaneous centers of rotation during the symmetrical movements of nutation and contranutation simulated in the biomechanics laboratory.

The main part of this work deals with the spatial analysis in vivo of the relative displacements of the iliac bones with respect to the sacrum in the course of dissymmetrical movements of the pelvis. In the different phases of movement, the roentgenographic observation of the position of the bony components with respect to a three-dimensional orthonormal reference system required the use of material based on the principles of photogrammetry. This technique was used to achieve spatial reconstruction of the data recovered from a series of orthogonal x-ray films of the sacroiliac joints.

Data retrieval was carried out on a digital table linked to a computer with a graphic terminal so that the information could be displayed in the form of rectangular coordinates of defined points on the bone. Owing to the limited amplitude of articular displacement, a statistical study was required to retrieve the coordinates from the projection of these points on the X-ray film with an estimated threshold of significance of 0.1 and an error of ±0.1 mm.

Data processing was accomplished with a computer program designed to study the relative displacements and to define the position and direction of the screw axes of the sacroiliac joints and the direction and amplitude of the rotation around and the translation along these axes.

The results of this study led to the following conclusions. First, the position of the axes of rotation varies according to subjects although they lie consistently in front of and below the sacroiliac joints. Furthermore, these axes intersect the median sagittal plane to give the instantaneous centers of rotation which lie along a craniocaudal line passing near the pubic symphysis. The axes do not lie in the coronal plane but stand obliquely in a posterolateral direction. Second, the types of displacement of the iliac bones were identical in all 5 subjects studied, with the association of rotation and translation on these axes. Furthermore, a phenomenon of anterior unlocking of the sacroiliac joints was observed, as evidenced by the occurence of forward translation along these axes. Third, the amplitude of articular movement is rather limited and varies according to subjects, i.e. rotation of 10 to 12° and translation of 6 mm on average in young adults. Finally, a mathematical model of the sacroiliac joint cannot be derived from our data owing to the small population studied. The difficulties involved in data retrieval and the time required to achieve their analysis underline the need for an automated system of data recovery. If such were available a large number of subjects could be studied in order to deduce with statistical significance the mode of function of the sacroiliac joints according to their anatomical type and the age and sex of the individual.

Résumé

A la suite d'une analyse des données de la littérature sur l'anatomie fonctionnelle des articulations sacro-iliaques, unemanipulation biomécanique préliminaire sur des bassins frais a été effectuée pour déterminer les coefficients de la matrice de souplesse et la localisation des centres instantanés de rotation lors des mouvements symétriques de nutation et de contre-nutation simulés en laboratoire de biomécanique.

Cette étude aborde principalementl'analyse spatiale chez le vivant des déplacements relatifs des os iliaques par rapport au sacrum lors des mouvements dissymétriques du bassin. L'observation radiographique des positions des éléments osseux aux différentes phases du mouvement par rapport à un référentiel orthonormé tridimensionnel, a nécessité l'utilisation d'un matériel basé sur les principes de la photogrammétrie. Cette méthode permet la reconstruction spatiale à partir des informations recueillies sur une série de films radiographiques orthogonaux.

L'acquisition des données a été effectuée sur une table à digitaliser reliée à un ordinateur par l'intermédiaire d'un terminal graphique permettant d'acquérir les données sous la forme de coordonnées rectangulaires de points définis sur les os en présence. Compte tenu du caractère restreint de l'amplitude des déplacements, une étude statistique a été nécessaire pour acquérir les coordonnées de la projection de ces points sur les clichés radiographiques avec un seuil de signification estimé à 0,1 et une incertitude de ±0,1 mm.

Le traitement des données a été réalisé grâce à un programme de calcul de façon à étudier les déplacements relatifs et à définir la position et la direction des axes de vissage par rapport aux articulations sacro-iliaques, le sens et l'amplitude des rotations et translations sur ces axes.

Les premières conclusions de cette étude sont les suivantes:

  1. 1)

    La position des axes est variable selon les sujets, mais leur situation est toujours constante en avant et au dessous des articulations. Ces axes coupent le plan sagittal médian donnant des centres instantanés de rotation localisés sur une ligne cranio-caudale au voisinage de la symphyse pubienne. Ces axes ne sont pas situés dans le plan frontal et ont toujours une direction oblique postéro-latérale.

  2. 2)

    Les types de déplacement des os iliaques sont identiques chez tous les sujets étudiés, associant rotation et translation sur ces axes avec un phénomène de déverrouillage antérieur des articulations comme en témoignent les translations qui se font toujours le long des axes vers l'avant.

  3. 3)

    L'amplitude articulaire est réduite et variable avec les individus, mais se situe en moyenne autour de 10 à 12° de rotation et 6 mm de translation chez des sujets jeunes.

  4. 4)

    Le modèle articulaire ne peut encore être défini compte tenu de la faible population étudiée. La difficulté des opérations de saisies de données et la longueur des analyses justifient un système d'acquisition automatisé pour une étude d'un grand nombre de sujets, pour en déduire d'une manière statistiquement significative les différents modes de fonctionnement en fonction des types anatomiques, de l'âge et du sexe.

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Lavignolle, B., Vital, J.M., Senegas, J. et al. An approach to the functional anatomy of the sacroiliac joints in vivo. Anat. Clin 5, 169–176 (1983). https://doi.org/10.1007/BF01799002

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Key words

  • Sacroiliac joints
  • kinematics in vivo
  • photogrammetry
  • three-dimensional mathematical analysis
  • axis of rotation
  • rotation
  • translation