Temperature of the human knee – a review

Kurt Ammer

Institute for Physical Medicine and Rehabilitation, Hanuschkrankenhaus, Vienna, Austria

SUMMARY

BACKGROUND: Temperature measurement of the knee joint has a long tradition in medical thermometry. However, neither a standard for recording knee temperature nor agreed values of knees in healthy subjects or in articular disease are available.

AIM OF THE STUDY:  To compute available data on knee temperature from the literature including the conditions of temperature recording, measurement sites and temperature values.

METHOD: A literature search was performed in the databases Medline and Embase using the search terms “skin temperature“or”intra-articular temperature” and “knee”. Only papers written in English or German related to humans were considered for inclusion. The  following  data  were extracted from included papers: Surface  (skin) temperature, intra-articular temperature, site of  measurement for skin or intra-articular temperature, measurement device,  number  of investigated knees,  diagnosis of investigated subjects, biographic data  of investigated subjects, room temperature, time  of acclimatisation. If possible, temperature values were pooled if they have been recorded under similar conditions.

RESULTS: In total, the database included temperature measurements from 3463 knee joints, comprising data from 876 healthy subjects, 629 patients with osteoarthritis (OA), 512 patients with rheumatoid arthritis (RA),   67 patients with non rheumatoid and other non specified inflammatory arthritis have been investigated. 86 patients suffered from joint inflammation caused by trauma, and 96 patients had various injuries of ligaments and other fibro-cartilaginous tissues of the knee.  131 temperature measurements were performed during surgery and 285 after surgery. 33 patients suffered from algodystrophy, 200 patients were investigated during or after various methods of cryotherapy and 50 subjects during heat treatment. Only pattern description without temperature values was reported in 5700 other subjects with various knee disorders.

Based on contact temperature measurements, the mean temperature of the anterior knee in healthy subjects was 30.5 ± 1.1°C. Determined with radiometers, the corresponding mean temperature was 28.7 ± 0.6°C (95% confidence interval: 27.9 to 29.5). In thermal images from healthy subjects, the mean temperature of the anterior knee was 29.5 ± 1.6°C (95% confidence interval: 28.5 to 30.5°C) and 33,1 ± 0.0 °C of the posterior knee.  The side difference of temperature was 0.2 ±1°C for both the anterior  and the posterior knee.

Mean  intra-articular temperature varied  between  measurements recorded  during knee surgery (29.9 ± 4.4 °C; 95% confidence interval: 23.0 to 36.8), in patients with rheumatoid arthritis (35,1 ± 0.7 °C; 95% confidence interval: 34.2 to 36.0°C) or osteoarthritis (33,5 2,7°C;  95% confidence interval: 30.1 to 36.9) and  healthy subjects (32.6 ± 0.9°C;  95%confidence interval: 31.5 to 33.7).

Measurements with contact  thermometers revealed  in patients with rheumatoid arthritis a mean temperature of 32.5 ±0.9°C (95% confidence interval: 31.4 to 33.9°C) for the anterior knee, while the corresponding temperature recorded with infrared  thermal  images was  30.5 ± 0.8°C (95% confidence interval: 27.8 to 33.1°C). In osteoarthritis patients, contact thermometers obtained a mean anterior  knee temperature of 31.3 ± 1.3°C and temperature measurements from infrared thermograms revealed  a mean temperature of 30.7 ± 1.3°C (95% confidence interval: 29.4 to 32.0 °C^).

CONCLUSION: Knee temperatures vary with respect to the method of temperature determination and between different health conditions of the knee joint.  Moreover, mean knee temperature describes the condition of the knee incompletely and should be supplemented with a description of the temperature distribution.

KEY WORDS: knee, temperature, rheumatoid arthritis, osteoarthritis, healthy subjects

DIE KNIETEMPERATUR DES MENSCHEN - EIN ÜBERBLICK

HINTERGRUND: Die Temperaturmessung am Kniegelenk besitzt eine lange Tradition in der medizinischen Thermometrie. Trotzdem findet sich weder eine standardisiertes Vorgehen zur Temperaturmessung am (oder im) Kniegelenk noch existieren allgemein akzeptierte Temperturwerte der Knie von gesunden Personen oder von Patienten mit definierten Gelenkerkrankungen.

ZIEL DER STUDIE war es,  die vorhandenen Daten über die Knietemperatur einschließlich der Messbedingungen, der Messstellen und der Temperaturwerte aus der Literatur zusammen zu tragen.

METHODE: Es wurde eine  Literatursuche in den Datenbanken Medline und Embase unter Verwendung der Suchbegriffe “skin temperature (Hauttemperatur)“ oder”intra-articular temperature (intraartikuläre Temperatur”) und “knee (Knie)” durchgeführt. Es wurden nur Untersuchungen am Menschen berücksichtigt, die in englischer oder deutscher Sprache veröffentlicht wurden. Folgende Daten wurde aus den Publikationen extrahiert: Oberflächen - (Haut) Temperatur, intraartikuläre Temperaturen, Messstelle für die Bestimmung der Hauttemperatur oder der intraartikulären Messgerät,  Anzahl  der untersuchten Knie, Diagnose der untersuchten Personen, biographische Angaben der untersuchten Personen, Raumtemperatur, Akklimatisationszeit. Die Temperaturwerte wurden zusammengefasst und gemittelt, wenn sie unter ähnlichen Bedingungen erhoben worden waren

ERGEBNISSE: Insgesamt enthält die Datenbank Temperaturmessungen von 3463 Kniegelenken, die Daten von 876 gesunden Personen, 629 Patienten mit Arthrose, 512 Patienten mit rheumatoider Arthritis, 67 Patienten mit nicht rheumatisch bedingter Arthritis wurden untersucht, 86 Patienten litten an traumatisch bedingter Gelenkentzündung. und 96 Patienten boten Verletzungen der fibro-kartilaginären Binnenstrukturen des Kniegelenks. 131 Temperaturmessungen wurden während und  285 nach gelenkchirurgischen Eingriffen durchgeführt. 33 Patienten waren an  Algodystrophie erkrankt.  200 Personen  wurden während unterschiedlichen Verfahren der Kryotherapie, 50 Personen während einer Wärmetherapie untersucht. Bei weiteren  5700 Personen mit unterschiedlichen Kniegelenkserkrankungen wurden lediglich die Muster der Temperaturverteilung, jedoch keine Temperaturwerte berichtet.

Bei Messung mit Kontaktthermometern betrug  bei Gesunden die mittlere Temperatur an der Vorderseite des Kniegelenks 30,5 ± 11°C. Bei Bestimmung mit einem Radiometers waren die entsprechende Durchschnittstemperatur 28,7 ± 0,6°C (95% Vertrauensbereich: 27,9 bis 29,5). In Wärmebildern von gesunden Personen betrug die mittlere Temperatur an der Vorderseite des Kniegelenks 29,5 ± 1,6°C (95% Vertrauensbereich: 28,5 bis 30,5°C) und 33,1 ± 0,0 °C an der Rückseite des Knies.  Der Seitenunterschied war an der Vorder- und Rückseite des Knies 0,2 ±1°C.

Die durchschnittliche intraartikuläre Temperatur unterschied sich in Abhängigkeit, ob die Messungen während eines chirurgischen Eingriffs (29,9 ± 4,4 °C; 95% Vertrauensbereich: 23,0 bis 36,8), bei Patienten mit rheumatoider Arthritis (35,1 ± 0,7 °C; 95%Vertrauensbereich: 34,2 bis 36,0°C), Arthrose (33,4± 2,7°C; 95% Vertrauensbereich: 30,1 bis 36,9) oder gesunden Personen  (32,6 ± 0,9°C; 95% Vertrauensbereich: 1,5 bis 33,7) durchgeführt worden waren.

Messung mit Kontaktthermometern fanden bei Patienten mit rheumatoider Arthritis eine Durchschnittstemperatur von 32,5 ± 0,9°C (95% Vertrauensbereich: 31,4 bis  33,9°C)  an  der  Vorderseite des  Knies,  während die  entsprechenden Temperaturen in Infrarot-Wärmebildern 30,5 ± 0,8°C (95%Vertrauensbereich: 27,8 bis 33, 1°C) betrugen. Bei Arthrosepatienten, zeigte die Kontaktthermometrie an der Vorderseite des Kniegelenks eine  mittlere Temperatur von 31,3 ± 1,3°C, in Infrarotthermogrammen wurde die Durchschnittstemperatur mit 30.7 ± 1.3°C (95% Vertrauensbereich: 29.4 bis 32.0 °C) bestimmt.

SCHLUSSFOLGERUNG: Die Knietemperatur variiert in Abhängigkeit von der Methode der Temperaturbestimmung und  bei unterschiedlichen Gesundheitszuständen. Darüber hinaus beschreibt die mittlere Knietemperatur den Zustand des Kniegelenks unvollständig und sollte mit einer Beschreibung der Temperaturverteilung ergänzt werden.

SCHLÜSSELWÖRTER: Knie,  Temperatur, rheumatoide Arthritis,  Arthrose, gesunde Personen

Thermology international 2012, 22(4) 137-151