Desarrollo mecánico y experimental de un implante discal cervical flexible / Mechanical and experimental development of a flexible cervical disc implant

RESUMEN

Introducción: La artroplastía cervical es una cirugía que implica el uso de implantes discales con la capacidad de conservar el movimiento del segmento. Constituye un reto para paises como el nuestro desarrollar alternativas a los altos costos de los mencionados implantes, con diseños patentado, elaborado viables de manufacturar, con biocompatibilidad, seguridad, y que simule lo máximo posible los movimientos cervicales fisiológicos. Objetivo: Desarrollar la geometría y mecánica de un diseño discal patentado, elaborado, sea por manufactura aditiva de titanio ELI, así como verificar su compatibilidad con la fisiología de los movimientos cervicales. Métodos: El diseño del estudio tuvo tres etapas iterativas la primera, el desarrollo de la geometría del implante y el estudio de elementos finitos utilizando como referencia normas internacionales; en segundo lugar, se desarrollaron estudios de metalografía, caracterización del material incluyendo pruebas de fatiga del implante; finalmente, se utilizó un modelo animal cadavérico para confirmar la compatibilidad del implante con los movimientos cervicales. Resultados: Se demostró que el implante elaborado sea por manufactura aditiva o por forja, fue compatible con las normas internacionales. Se realizaron 84 estudios de rayos X en 18 cuellos de porcino. En el 100% de las columnas cervicales de los porcinos, el rango en flexión fue menor que el de extensión. Existió mayor rango de movimiento cuando se utilizaron dos implantes y cuando el implante fue más grande. Conclusiones: El implante cervical flexible elaborado por forja o por manufactura aditiva de titanio ELI presentó resultados prometedores, por lo que podría postularse su uso experimental en pacientes tributarios de artroplastía cervical.

ABSTRACT

Introduction: Cervical arthroplasty is a surgical procedure that involves the use of disc implants with the capacity of preserving segmental movement. It is a challenge for countries like ours to develop alternatives to the high costs of the aforementioned implants, with patented designs, feasible to manufacture, with biocompatibility, safety, and that simulates as much as possible the physiological cervical movements. Objectives: To develop the geometry and mechanics of a patented disc design elaborated with titanium ELI by additive manufacturing, as well as, to verify its compatibility with the physiology of cervical movements. Methods: The study design had three iterative stages the first one was the development of the implant geometry and the finite-element study using international standards as a reference. In second place, studies of metallography, characterization of the material and fatigue tests of the implant were developed. Finally, a cadaverous animal model was used to confirm the compatibility of the implant with cervical movements. Results: The implants manufactured by forging or by additive manufacturing are compatible with international standards. 84 x-ray studies were performed on 18 pig necks. In 100% of the cervical columns of the pigs, the range in flexion was smaller than that of extension. There was a greater range of motion when two implants were used and when the implant was larger. Conclusions: The flexible cervical implant made by forging or a titanium-ELI additive manufacturing have promising results, because of that, an experimental use in patients, who needs cervical arthroplasty, could be considered.