Evaluación del desempeño de una nueva prótesis de disco intervertebral cervical mediante el método de los elementos finitos / Evaluation of a new cervical intervertebral disc prosthesis using the finite element method

RESUMEN

Introducción: El tratamiento inicial de la cervicalgia por degeneración de los discos intervertebrales es conservador, pero en caso de fallo la discectomía es la opción quirúrgica habitual, sustituyendo el disco por un injerto óseo u otra estructura que cumpla total o parcialmente las funciones del primero. El Servicio de Neurocirugía del Hospital General Camilo Cienfuegos de Cuba ha diseñado un nuevo modelo de prótesis de disco intervertebral cervical para tratar esta enfermedad. Objetivo: Evaluar el desempeño mecánico de la prótesis diseñada a través del método de los elementos finitos bajo las cargas habituales de la columna cervical. Material y Métodos: Se realizó un estudio experimental mediante la simulación numérica, según el método de los elementos finitos, sometiendo la prótesis a las cargas axiales recomendadas por las normas ASTM F2423-11e ISO 18192-1.2011 mediante el software Free CAD 0.18. Resultados: Los mayores esfuerzos soportados por la prótesis en la posición neutral, flexión anterior y flexión lateral fueron de 28.79 MPa, 52.29 MPa y 55.59 MPa respectivamente. La prótesis no sufrió ninguna fractura al no sobrepasar los valores anteriores al límite elástico del material que la constituye. La mayor deformación descrita fue de 1 m. Conclusiones: La mayor concentración de esfuerzos en la prótesis se ubicó en el punto de contacto de la cavidad prismática de la pieza superior al hacer contacto con el prisma de la pieza inferior. El dispositivo diseñado no sufrió ninguna deformación significativa ni se fracturó ante las cargas aplicadas(AU)

ABSTRACT

Introduction: The initial treatment of cervicalgia due to degeneration of the intervertebral discs is conservative, but in case of failure, discectomy is the usual surgical option, replacing the disc with a bone graft or another structure that fully or partially fulfills the functions of the former. The Neurosurgery Service of the Camilo Cienfuegos General Hospital in Cuba has designed a new cervical intervertebral disc prosthesis model to treat this disease. Objective: To evaluate the mechanical performance of the prosthesis designed through the finite element method under the usual loads of the cervical spine. Material and Methods: An experimental study was carried out using numerical simulation according to the finite element method, subjecting the prosthesis to the axial loads recommended by ASTM F2423-11e ISO 18192-1.2011 standards using Free CAD 0.18 software. Results: The greatest efforts supported by the prosthesis in the neutral position, anterior flexion and lateral flexion were 28.79 MPa, 52.29 MPa and 55.59 MPa, respectively. The prosthesis did not suffer any fracture as it did not exceed the values ​prior to the elastic limit of the material that constitutes it. The greatest deformation described was 1 956;m. Conclusions: The highest concentration of efforts in the prosthesis was located at the point of contact of the prismatic cavity of the upper part when making contact with the prism of the lower part. The designed device did not undergo any significant deformation or fracture at the applied loads(AU)