Analysis of the behaviour of total hip arthroplasty with pcu buffer

Resumen

La cadera está considerada como una de las articulaciones con mayor carga. Esta articulación soporta la mayor parte del peso corporal, proporciona estabilidad y permite el movimiento de los miembros inferiores. Está constituida por una parte esférica (cabeza femoral) y un alojamiento (acetábulo). Ambas estructuras óseas están cubiertas por cartílago articular capaz de transmitir cargas de un modo suave y absorber impactos. El labrum está insertado a lo largo de la ceja acetabular y sirve para guiar el movimiento y soporta una pequeña parte de la carga de la articulación. La dislocación en la cadera está impedida por la cápsula articular. El cartílago articular puede verse afectado por la Osteoartritis (OA) debido cargas repetidas y anormales. Esta enfermedad degenerativa degrada el cartílago produciendo fisuras debido a tensiones principalmente de cortadura. Puede ser tratada mediante una intervención quirúrgica conocida como artroplastia total de cadera. Está considerada uno de los avances más grande realizados en los últimos 85 años en la cirugía ortopédica. Consiste en el reemplazo total o la restauración de una cadera con malformaciones o degeneraciones. Desde la primera realizada en los años 60, varios han sido los materiales utilizados y renovados para los implantes protésicos. Varias generaciones de par cerámica-cerámica, metal-metal y polietileno-metal se han utilizado, sin llegar que ningún par prevalezca sobre el resto. El presente trabajo introduce un nuevo par de contacto entre metal y policarbonato-uretano (PUC), utilizado como componente acetabular. Este nuevo par has sido desarrollado y se comercializa mediante Active Implants Corp. Varios estudios médicos han validado su uso con buenos resultados a corto plazo. Este material se caracteriza por ser hidrófilo, biocompatible, resistente a las endotoxinas y es capaz de transmitir las cargas al hueso subcondral de un modo fisiológico. Los test de desgaste mecánico realizados hasta la fecha, han mostrado mejores resultados en términos de número de partículas y tamaño de partícula que con otros pares de contacto convencionales. Este material admite dos posibles configuraciones: PCU buffer con copa metálica o PCU buffer directamente insertado en el hueso acetabular. Los modelos de elementos finitos, constituyen una herramienta útil para manejar geometrías complejas, simular una amplia gama de problemas físicos con complicadas condiciones de contorno, propiedades de material no uniformes, etc. Las técnicas de modelado numérico como los elementos finitos, proporcionan una alternativa para estudiar y simular la mecánica de contacto de la cadera de un modo no invasivo. El presente trabajo ha desarrollado un modelo de elementos finitos muy completo de la articulación de la cadera con el fin de estudiar las tensiones de contacto en la articulación sana y compararlas con las del modelo operado con este novedoso par aplicado a la artroplastia total de cadera. Se han estudiado diferentes fases de la marcha para el modelo sano y el operado. Se han comparado los resultados con los simulados para otros pares tradicionales de contacto. Se ha desarrollado a su vez una nueva metodología para asignar valores densitométricos de la geometría de un paciente específico a una geometría similar ya mallada. Además, se ha realizado un estudio detallado de dos diseños de vástago no cementados: vástago Línea y minihip (proporcionados por Active Implants). El mecanismo resistente se ha evaluado y se ha simulado el procedimiento quirúrgico incluyendo el press-fit. Los micro movimientos constituyen un factor fundamental en el éxito de los implantes no cementados. Influyen en el crecimiento óseo alrededor del vástago dependiendo de su rango de amplitud. Cuando esta amplitud exceso un rango crítico, se inicia la resorción del hueso que produce el aflojamiento del implante y su posterior fallo. Se ha estudiado la amplitud del micro movimiento ante diversas variables: nivel de press-fit, localización del vástago, diseño del vástago, fricción o la carga aplicada. Finalmente se ha desarrollado un algoritmo para cuantificar la activación muscular y la interacción entre músculos. El modelo de elementos finitos desarrollado incluye explícitamente todos los grupos musculares y ligamentos de la cadera. Este algoritmo se ha aplicado para ajustar el modelo desarrollado con valores de fuerzas musculares presentes en la bibliografía, comprobando su convergencia.