Análisis numérico sobre esfuerzos y áreas de contacto en una PTR Scorpio II® Stryker®. Base para el diseño de PTR personalizada al fenotipo Mexicano / Numerical analysis on stresses and contact areas in a TKR Scorpio II® of Stryker®. Basis to design of customized TKR in accordance to Mexican Phenotype

RESUMEN

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 Scorpio II® Stryker®, 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 et al. (1995) y Chillag et al. (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 et al. (2004) y Deen et al. (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.

ABSTRACT

Wear of UHMWPE inserts continues affecting the longevity of total knee replacements (TKR) together with septic loosening, and both constitute two main causes of prosthesis failure. It is necessary to find appropriate solutions to avoid excessive wear and failure of polyethylene inserts. In this work a study was carried out by means of numeric simulation of a Scorpio II® Stryker® TKR, which was retired due to wear of UHMWPE in the Hospital 1° de Octubre of ISSSTE in Mexico city. Hypotheses of Bartel et al. (1995) and Chillag et al. (1991) were used, which settle down that wear of polyethylene can decrease using thicker tibial inserts, which can be reduced contact pressures. Analyses of this work was carried out by means of FEM varying insert thickness of 6, 8, 10, 12 and 14 mm, considered quasi-static axial loads actuating on the articulation with zero degrees of flexion and loads equivalent to 1.33 times of bodyweight of a subject of 75 kg (736 N) was considered. Normalized gait cycle was employed and results obtained are similar to those reported by Bei et al. (2004) and Deen et al. (2006). After validating the method, a model of study case of TKR in FEM was developed and the curves of stress and contact areas of UHMWPE were determined, with which important information was obtained to modify the design, as well as to obtain a prosthesis of optimal conformity in both coronal and sagital planes of the femoral and UHMWPE inserts, in agreement with characteristics of the Mexican phenotype.