ABSTRACT
Abstract Total Hip Arthroplasty (THA) is one of the surgical procedures carried out satisfactorily in procedures for osteoarthritis and trauma lesions. ATC surgery reduces pain and improves the quality of life of young patients. Therefore, it is of great importance to improve the properties of hip implants, since current implants do not match their lifespan with the life expectancy of a young patient. This is because the solid prostheses that currently exist have a higher Young's modulus, and therefore are too rigid compared to the bone tissue. On the other hand, the cyclic and continuous loads to which the hip joint is subjected in daily activities, can cause loosening and consequent implant loss The present work proposes an implant manufactured with a porous lattice structure, which aims to reduce stiffness, allow bone growth and a more effective mechanical load transfer. Three computational models subjected to static charges were evaluated and compared: 1) healthy femur, 2) implanted femur with a commercial prosthesis, and 3) implanted femur with a prosthesis with lattice structure. For the computational analysis it was decided to perform a static analysis of a person standing on the left foot; a load equivalent to the body weight was applied on the head of the femur, balancing the reaction forces in the system of forces (contact force, body weight, and abductor muscle).. The results were shown in terms of displacement, compression and deformation. The model implanted with a prosthesis with a lattice design presented a slight decrease in displacement, and a decrease in compression and deformation values, which indicated that the proposed design has a better distribution and transport of the loads through its structure.
Resumen La artroplastia total de cadera (ATC) es uno de los tratamientos quirúrgicos llevados a cabo de manera satisfactoria en procedimientos para la osteoartritis y lesiones de trauma. La ATC reduce el dolor y mejora la calidad de vida de los pacientes. Por lo tanto, es de gran importancia mejorar las propiedades de los implantes de cadera, ya que los implantes actuales tienen un tiempo de vida útil y deben cumplir con las expectativas de rehabilitación para los pacientes. Esto se debe a que las prótesis sólidas que existen actualmente tienen un módulo de Young más elevado, y por lo tanto son demasiado rígidas a comparación del tejido óseo. Por otro lado, las cargas cíclicas y continuas a las que se ve sometida la articulación de la cadera en actividades diarias, pueden ser causa del aflojamiento y consecuente pérdida del implante. El presente trabajo propone un implante fabricado con una estructura porosa tipo látice, el cual tiene como objetivos reducir la rigidez, permitir crecimiento óseo y una transferencia de cargas mecánicas más efectiva. Se evaluaron y compararon tres modelos computacionales sometidos a cargas estáticas: 1) fémur sano, 2) fémur implantado con una prótesis comercial, y 3) fémur implantado con una prótesis con estructura látice. Para el modelo computacional se optó por hacer un análisis estático de una persona parada sobre el pie izquierdo; donde se aplicó una carga equivalente del peso corporal sobre la cabeza del fémur, equilibrando las fuerzas de reacción en el sistema de fuerzas (fuerza de contacto, peso corporal, y músculo abductor). Los resultados fueron mostrados en términos de desplazamiento, compresión y deformación. El modelo implantado con una prótesis con un diseño tipo látice presentó una ligera disminución de desplazamiento, y disminución en los valores de compresión y deformación, lo que indicó que el diseño propuesto posee una mejor distribución y transporte de las cargas a través de su estructura.
ABSTRACT
To design custom-made prosthesis in a certain population, the morphometry needs to be measured. The results of this study were expected to provide basic data to design the ideal size of the total hip arthoplasty prosthesis for Indonesian population. This was an anthropometric study conducted on sex matched 100 healthy Indonesian mongoloid race subjects based on Computer Tomographic (CT) imaging on the proximal femur. The parameters being used in this study were Femoral Head Offset (FHO), Femoral Head Position (FHP), Femoral Head Diameter (FHD), Neck-Shaft Angle (NSA), Anteroposterior Width (APW) and Mediolateral Width at 3 different locations, and Canal Flare Index (CFI). This study showed that Indonesian has smaller proximal femur morphometry as compared to Western population. The mean value of all parameters in male were larger than female. Moreover, FHO and FHP showed significant difference among male and female indicating the location of male femoral head center lies superiorly as compared to female. The dimension of femoral canal was found to be mediolaterally oval, 1.43, 1.28, and 1,34, respectively, in 3 different cutting (20 mm above and 40 mm below lesser trochanter, and isthmus). CFI of Indonesian was classified to be stovepipe femoral canal (2.99) that is the suggestion to use cemented femoral stem. This study showed that Indonesian proximal femur dimension has smaller build compared with Western counterpart. The proposed dimensions can be used as the basic data to design the ideal size of the femoral stem for Indonesian population.
Para diseñar prótesis a medida en una población determinada, la morfometría necesita ser conocida. El objetivo de este estudio fue obtener resultados que sean útiles en la investigación para diseñar el tamaño ideal de una prótesis total de artroplastía de cadera para la población de Indonesia. Fue realizado un estudio antropométrico en 100 sujetos sanos de raza mongoloide de Indonesia, en los que se estudió la parte proximal del fémur por tomografía computadorizada (TC). Se consideraron como parámetros la cabeza del fémur (CF), posición de la cabeza del fémur (PCF), diámetro de la cabeza del fémur (DCF), ángulo cérvicodiafisario (ACD), ancho anteroposterior (AAP) y ancho-lateral en 3 lugares diferentes. La población Indonesia tiene una morfometría menor del fémur proximal en comparación con la población occidental. El valor medio de todos los parámetros en hombres fueron mayores a las mujeres. Por otra parte, CF y PCF mostraron diferencia significativa entre hombres y mujeres e indicó una ubicación superior del centro de la cabeza del fémur en hombres, en comparación con las mujeres. Se encontró que la dimensión del canal femoral fue mediolateral oval, 1,43, 1,28, y 1,34, en 3 cortes diferentes, respectivamente (20 mm superior y 40 mm inferior del trocánter menor e istmo). La dimensión del fémur proximal en la población de Indonesia es de menor tamaño en comparación con la contraparte occidental. Las dimensiones propuestas se pueden utilizar como datos básicos para el diseño de un tamaño ideal de vástago femoral para la población Indonesia.