Análisis numérico sobre esfuerzos y áreas de contacto en una PTR Scorpio II® Stryker®. Base para el diseño de PTR personalizada al fenotipo Mexicano

• Main Authors: Rafael Rodríguez-Martínez, Guillermo Urriolagoitia Sosa, Christopher René Torres-San-Miguel, Luis Héctor Hernández Gómez, Guillermo Urriolagoitia Calderón
• Format: Article
• Language: Spanish
• Published: Universidad Nacional de Colombia 2013-06-01
• Series: Revista Colombiana de Biotecnología
• Subjects: simulación numérica; desgaste; presión de contacto; inserto femoral; plato tibial; Numerical simulation; wear; contact pressure; femoral insert; tibial tray; UHMWPE; geometrical conformity
• Online Access: http://www.revistas.unal.edu.co/index.php/biotecnologia/article/view/39747
• ISSN: 0123-3475; 1909-8758

<p class="MsoNormal" style="margin-bottom: 0.0001pt; text-align: justify;"><strong><span style="font-size: 12.0pt; line-height: 115%;">Título en ingles: Numerical analysis on effort and contact areas in a TKR <em>Scorpio II® of Stryker®</em>. Basis for the design of customized TKR in accordance with the Mexican Phenotype</span></strong></p><p class="MsoNormal" style="margin-bottom: 0.0001pt; text-align: justify;"><strong><span style="font-size: 10.0pt; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-ascii-theme-font: minor-latin; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-hansi-theme-font: minor-latin; mso-ansi-language: ES-CO;" lang="ES-CO">Título corto: </span></strong><strong><span style="font-size: 10pt;" lang="ES-MX">Análisis numérico sobre esfuerzos y áreas de contacto en una PTR</span></strong></p><p class="MsoNormal" style="margin-bottom: 0.0001pt; text-align: justify;"><strong><span style="font-size: 10.0pt; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-ascii-theme-font: minor-latin; mso-fareast-font-family: Batang; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-hansi-theme-font: minor-latin;" lang="ES-MX">Resumen: </span></strong><span style="font-size: 10pt;" lang="ES-MX">El desgaste de los insertos de Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (UHMWPE pos sus siglas en inglés) continúa afectando la longevidad de las prótesis totales de rodilla (PTR) junto con el aflojamiento aséptico, y ambos constituyen las dos principales causas de falla de las prótesis. Considerando esto, es necesario encontrar soluciones adecuadas para evitar el desgaste excesivo y hasta la ruptura de los insertos de polietileno. En este trabajo se realizó el estudio mediante simulación numérica de una PTR <em>Scorpio II® Stryker®,</em> la cual se retiró por desgaste del inserto de UHMWPE en el Hospital 1° de Octubre del ISSSTE en México. Se utilizaron las hipótesis de Bartel <em>et al.</em> (1995) y Chillag <em>et al.</em> (1991) para la validación del método numérico utilizado, las cuales establecen que el desgaste del polietileno puede reducirse utilizando insertos tibiales de mayor espesor, lo cual disminuye las presiones de contacto. Los análisis se realizaron mediante MEF variando el espesor del inserto de 6, 8, 10, 12 y 14 mm, suponiendo cargas axiales de tipo cuasi-estático en la articulación a cero grados de flexión, para 1.33 veces el peso de un individuo de 75 kg (736 N) empleando el ciclo normalizado de marcha. Los resultados obtenidos muestran similitud con los reportados por Bei <em>et al</em>. </span><span style="font-size: 10pt;">(2004) y Deen <em>et al</em>. (2006). Después de validar el método, se desarrolló el modelo de MEF de la PTR y se determinaron las curvas de esfuerzo y de áreas de contacto del inserto de UHMWPE, con lo que se obtuvo información importante para modificar el diseño y obtener una prótesis de geometría conforme en los planos coronal y sagital del inserto femoral y el inserto de polietileno, de acuerdo con el fenotipo mexicano.</span></p><p class="MsoNormal" style="margin-bottom: 0.0001pt; text-align: justify;"><strong><span style="font-size: 10.0pt; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-ascii-theme-font: minor-latin; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-hansi-theme-font: minor-latin; mso-ansi-language: ES;">Palabras clave: </span></strong><span style="font-size: 10.0pt; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-ascii-theme-font: minor-latin; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-hansi-theme-font: minor-latin; mso-ansi-language: ES;">simulación numérica; desgaste; presión de contacto; inserto femoral; plato tibial.</span></p><p class="MsoNormal" style="margin-bottom: 0.0001pt; text-align: justify;"><strong><span style="font-size: 10.0pt; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-ascii-theme-font: minor-latin; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-hansi-theme-font: minor-latin; mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US">Abstract: </span></strong><span style="font-family: 'Times New Roman', serif; font-size: 12pt; line-height: 115%;">The Wear of UHMWPE inserts continues affecting the longevity of total knee replacements (TKR) together with septic loosening, constitute the two main causes of prosthesis failure. Bearing this in mind, it is necessary to find appropriate solutions to avoid excessive wear and even the rupture of polyethylene inserts. In this work a study was carried out by means of numeric simulation of a <em>Scorpio II® Stryker®</em> TKR<em>,</em> which was removed due to wearing of the UHMWPE insert in the Hospital 1° de Octubre of ISSSTE in Mexico city. Hypotheses of Bartel <em>et al</em>. (1995) and Chillag <em>et al</em>. (1991) were used to validate the numerical method applied, proving that wear of polyethylene can decrease using thicker tibial inserts, which reduces contact pressures. The analyses of this work carried out by means of  FEM employing inserts of thicknesses of 6, 8, 10, 12 and 14 mm, putting quasi-static axial loads on the articulation with no degree of flexion and loads equivalent to 1.33 times the bodyweight of a subject of 75 kg (736 N), proved under regular walking conditions drew  similar results to those reported by Bei <em>et al.</em> (2004) and Deen <em>et al.</em> (2006). After validating the method, a model of study case of TKR in FEM was developed and the points of effort and contact areas of UHMWPE were identified. Thus, important information was obtained to modify the design, as well as to produce a prosthesis of optimal geometrical conformity in both, the coronal and the sagital planes of the femoral and UHMWPE inserts, complying with the requirements of the Mexican phenotype</span><span style="font-size: 10pt;">.</span></p><p class="MsoNormal" style="margin-bottom: 0.0001pt; text-align: justify;"><strong><span style="font-size: 10.0pt; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-ascii-theme-font: minor-latin; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-hansi-theme-font: minor-latin; mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US">Key words: </span></strong><span style="font-size: 10.0pt; mso-ascii-font-family: Calibri; mso-ascii-theme-font: minor-latin; mso-hansi-font-family: Calibri; mso-hansi-theme-font: minor-latin; mso-ansi-language: EN-US;" lang="EN-US">Numerical simulation; wear; contact pressure; femoral insert; tibial tray; UHMWPE;  geometrical conformity</span></p>