BIBLIOGRAPHY

En este apartado se presentan los resultados y conclusiones del análisis numérico del estado de esfuerzos en condición de carga y descarga de una prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado.

R E S U L T A D O S

En el capítulo III, se desarrolló el Análisis numérico del estado de esfuerzos del componente femoral de la prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado,

mediante tres casos de estudio, en los que se obtuvieron los resultados siguientes:

Caso No.1: Cuando el vástago recto cementado del componente femoral de la P.T.C. tipo

Müller® ha sido fijado satisfactoriamente con el hueso durante la intervención quirúrgica.

Desplazamiento de la cabeza del componente femoral 0.224275 milímetros y esfuerzo de

Von Mises de 826.466 MPa, en el cuello de dicho componente.

Caso No.2: Cuando durante la cirugía no se logró que existiera un contacto satisfactorio entre el collar del componente femoral de la P.T.C. tipo Müller® vástago recto cementado y

el calcar.

Desplazamiento de la cabeza del componente femoral 0.253149 milímetros y esfuerzo de

Von Mises de 835.501 MPa, en el cuello de dicho componente.

Caso No.3: Cuando después de la cirugía ha transcurrido algún tiempo y se presenta aflojamiento en el tercio proximal del vástago recto cementado del componente femoral de la P.T.C. tipo Müller®.

Desplazamiento de la cabeza del componente femoral 0.738371 milímetros y esfuerzo de

Von Mises de 1427 MPa, en el cuello de dicho componente.

En el capítulo IV, se desarrolló el Análisis numérico del estado de esfuerzos del componente acetabular de la prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado,

Caso No. 4: Cuando el componente acetabular de la P.T.C. tipo Müller® vástago recto

cementado ha sido fijado satisfactoriamente con el acetábulo durante la intervención quirúrgica.

Desplazamiento del componente acetabular 0.409046 milímetros y esfuerzo de Von Mises

de 57.755 MPa.

Caso No. 5: Cuando después de la cirugía ha transcurrido algún tiempo y se presenta aflojamiento parcial del componente acetabular de la P.T.C. tipo Müller® vástago recto

cementado, que además inicialmente había sido fijado con tornillos al acetábulo.

Desplazamiento del componente acetabular 6.806 milímetros y esfuerzo de Von Mises de

378.838 MPa.

En el capítulo V, se desarrolló el caso No. 6: Análisis numérico del estado de esfuerzos de la prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado, integrando sus dos

componentes, el femoral y el acetabular, obteniéndose los resultados siguientes:

Desplazamiento del componente femoral sobre el componente acetabular de 0.225912 milímetros y del componente acetabular de 0.075304 milímetros. Esfuerzo de Von Mises

de 813.825 MPa en el componente femoral y en el acetabular 0.108E-6 MPa.

Caso No.7: Análisis numérico del estado de esfuerzos en condición de carga y

descarga de una prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado.

Para desarrollar esta parte final del estudio, se toma como base la información electrónica y los resultados del capítulo V. A continuación se ejecuta la siguiente sintaxis del paquete computacional ANSYS© ver.11: Solution > Solve > Current LS > ok. (Solution is done) > Close (Step=1), en esta condición la prótesis está cargada (FX = - 558.9 N; FY = 2085.8 N) y sin salir del procesador Solution se aplican las siguientes instrucciones: Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes > Apply (FX = 0 N, FY= 0 N) >ok (Step=2), en esta condición la prótesis estádescargada y sin salir del procesador Solution

se manda resolver. Así se cierra un ciclo de carga y descarga. En este caso particular, se realizaron 5 ciclos, correspondiendo los Steps nones a carga y los pares a descarga. Los resultados obtenidos son los siguientes:

Desplazamiento del componente femoral sobre el componente acetabular de 0.228885 milímetros (Carga: Step=1) y de 0.332E-3 milímetros (Descarga: Step=2). Desplazamiento del componente acetabular de 0.076295 milímetros (Carga: Step=1) y de 0.0014 milímetros (Descarga: Step=2); de aquí y hasta finalizar el análisis ya no existe variación en los resultados de desplazamiento, como puede observarse en las figuras VI.1 a VI.4. Esfuerzo de Von Mises de 820.454 MPa en el componente femoral y en acetabular 0.108E-6

MPa (Carga: Step=1). En el componente femoral 0.816749 MPa y en el acetabular 0.1815 MPa (Descarga: Step=2). De aquí y hasta finalizar el análisis ya no existe variación en los resultados de esfuerzos Von Mises, como puede observarse en las figuras VI.5 a VI.8.

Presión de Contacto máxima entre la cabeza del componente femoral y el componente acetabular 13.722 MPa (Carga: Step=1) y de 0.162369 MPa (Descarga: Step=2). De aquí y hasta finalizar el análisis ya no existe variación en los resultados de la presión de contacto máxima, como puede observarse en las figuras VI.9 a VI.12.

Figura VI.1.- Desplazamiento del componente femoral sobre el componente acetabular y del componente acetabular (Carga: Step=1)

Figura VI.2.- Desplazamiento del componente femoral sobre el componente

Figura VI.3.- Desplazamiento del componente femoral sobre el componente acetabular y del componente acetabular (Carga: Step=9)

Figura VI.4.- Desplazamiento del componente femoral sobre el componente

Figura VI.5.- Esfuerzo de Von Mises en los componentes femoral

y acetabular (Carga: Step=1)

Figura VI.6.- Esfuerzo de Von Mises en los componentes femoral

Figura VI.7.- Esfuerzo de Von Mises en los componentes femoral

y acetabular (Carga: Step=9)

Figura VI.8.- Esfuerzo de Von Mises en los componentes femoral

Figura VI.9.- Presión de Contacto máxima entre la cabeza del componente femoral y el componente acetabular (Carga: Step=1)

Figura VI.10.- Presión de Contacto máxima entre la cabeza del componente femoral

Figura VI.11.- Presión de Contacto máxima entre la cabeza del componente femoral y el componente acetabular (Carga: Step=9)

Figura VI.12.- Presión de Contacto máxima entre la cabeza del componente femoral

CONCLUSIONES

Durante el desarrollo del Análisis numérico del estado de esfuerzos en condición de carga y descarga de una prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado, se logró

comprobar lo valioso que resulta aplicar en estudios de biomecánica como éste, el Método del Elemento Finito (MEF), en este caso particular a través del paquete computacional ANSYS© ver.11 y para el bosquejo de los modelos, el paquete computacional de Diseño Asistido por Computadora CAD (Computer-Aided Design).

Con base en el análisis numérico del estado de esfuerzos del componente femoral de la prótesis total de cadera tipoMüller® vástago recto cementado se asegura que los resultados

obtenidos están totalmente de acuerdo con la literatura nacional e internacional disponible para este tipo de análisis, tanto desde el punto de vista de la ingeniería como de procedimientos quirúrgicos de artroplastia, pues como puede observarse en la tabla C.1., los dos primeros casos muestran valores de desplazamiento y esfuerzo de Von Mises

aceptables, de acuerdo con el material de este componente, aleación de acero inoxidable FeCr22Ni10Mn4Mo2NbN denominada ISO 5832-9 (ASTM F1586) o comercialmente Protasul®-S30 que resulta ser el material más adecuado para trabajar con la copa acetabular de polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE). El tercer caso, representa un caso de revisión quirúrgica, por aflojamiento del tercio proximal del vástago recto cementado del componente femoral de la P.T.C. tipo Müller® y los resultados obtenidos del análisis

numérico del estado de esfuerzos concuerdan con este criterio, ya que el valor del desplazamiento es grande y el valor del esfuerzo de Von Mises rebasa el σy del Protasul®-

S30 que es de 1000 MPa.

En lo relacionado con el análisis numérico del estado de esfuerzos del componente acetabular, los resultados obtenidos con el modelo analizado (diámetro exterior 44 milímetros, diámetro interior 28 milímetros) son casos límite, es decir, como puede observarse en la tabla C.2., el primer caso muestra valores de desplazamiento alto y esfuerzo de Von Mises aceptables en la mayoría del cuerpo del componente acetabular, sin

esfuerzo de Von Mises rebasa el σy del polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) que tiene un valor medio de 19.5 MPa.

Aquí cabe señalar que de acuerdo al cálculo analítico presentado para este componente, la selección, desde el punto de vista de la ingeniería, más adecuada para este caso, sería usar un componente acetabular de 48 milímetro de diámetro exterior y 28 milímetros de diámetro interior, si médicamente es viable y a ser corroborado con un análisis numérico de la metodología y protocolo aquí desarrollados.

El segundo caso, representa una revisión quirúrgica, por aflojamiento parcial del componente acetabular de la P.T.C. tipo Müller® vástago recto cementado, que además

inicialmente se considera fijada con tornillos al acetábulo. Los resultados obtenidos del análisis numérico del estado de esfuerzos concuerdan con este criterio, ya que el valor del desplazamiento es muy grande y el valor del esfuerzo de Von Mises rebasa totalmente el

σy del UHMWPE.

En lo concerniente al Análisis numérico del estado de esfuerzos de la prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado, integrando sus dos componentes, el femoral y

el acetabular, los resultados obtenidos satisfacen las condiciones límite de desplazamiento y esfuerzos de ambos componentes, como puede verse numéricamente en la tabla C.3. Ahora bien, al desarrollar el análisis numérico del estado de esfuerzos en condición de carga y descarga de la prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado, se

simularon las condiciones biomecánicas más cercanas a la fisiología de la articulación coxofemoral. Este procedimiento consistió en realizar 5 ciclos de carga y descarga, cada ciclo consistente en dos pasos (Steps), uno de carga y otro de descarga de la prótesis. Los Steps nones correspondieron a la carga y los Steps pares a la descarga. Esta forma de analizar numéricamente la prótesis, simula la fase intermedia de la marcha normal. Los resultados obtenidos, son los mostrados en la tabla C.4, donde se puede ver que el desplazamiento, los esfuerzos y la presión de contacto, en condiciones de carga y descarga

de ambos componentes de la prótesis total de cadera tipo Müller® vástago recto cementado,

están en rango aceptable.

Tabla C.1.- Análisis numérico del estado de esfuerzos del componente femoral de la

prótesis total de cadera tipoMüller® vástago recto cementado, casos 1,2 y 3.

Análisis numérico Componente femoral

Desplazamiento de la cabeza

[mm]

Esfuerzo de Von Mises

en el cuello [MPa] No.1: Cuando el vástago recto

cementado del componente femoral de la P.T.C. tipo Müller® ha sido

fijado satisfactoriamente con el hueso durante la intervención

quirúrgica. 0.224275 826.466

No.2: Cuando durante la cirugía no se logró que existiera un contacto satisfactorio entre el collar del componente femoral de la P.T.C. tipo Müller® vástago recto

cementado y el calcar. 0.253149 835.501

No.3: Cuando después de la cirugía ha transcurrido algún tiempo y se presenta aflojamiento en el tercio proximal del vástago recto cementado del componente femoral

Tabla C.2.- Análisis numérico del estado de esfuerzos del componente acetabular de la prótesis total de cadera tipoMüller® vástago recto cementado, casos 4 y 5.

Análisis numérico Componente acetabular

Desplazamiento

[mm]

Esfuerzo de Von Mises

[MPa] No.4: Cuando el componente

acetabular de la P.T.C. tipo Müller®

vástago recto cementado ha sido fijado satisfactoriamente con el acetábulo durante la intervención

quirúrgica. 0.409046 57.755

No.5: Cuando después de la cirugía ha transcurrido algún tiempo y se presenta aflojamiento parcial del componente acetabular de la P.T.C. tipo Müller® vástago recto

cementado, que además inicialmente se considera fijado con tornillos al acetábulo.

Tabla C.3.- Análisis numérico del estado de esfuerzos de la prótesis total de cadera tipoMüller® vástago recto cementado, caso 6.

Desplazamiento componente acetabular [mm]

Desplazamiento del componente femoral sobre el componente acetabular [mm] Carga Rv = 2159.4 N [ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N Carga Rv = 2159.4 N [ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N 0.075304 0.225912

Esfuerzo de Von Mises componente

acetabular [MPa]

Esfuerzo de Von Mises componente femoral

[MPa] Carga Rv = 2159.4 N [ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N Carga Rv = 2159.4 N [ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N 0.108E-6 813.825

Tabla C.4.- Análisis numérico del estado de esfuerzos en condición de carga y descarga de una prótesis total de cadera tipoMüller® vástago recto cementado, caso 7.

Desplazamiento componente acetabular [mm]

Desplazamiento del componente femoral sobre el componente acetabular [mm] Carga Rv = 2159.4 N[ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N Descarga FX= 0 N FY = 0 N Carga Rv = 2159.4 N[ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N Descarga FX= 0 N FY = 0 N 0.076295 0.001494 0.228885 0.332E-3

Esfuerzo de Von Mises componente

acetabular [MPa] Esfuerzo de

Von Mises componente femoral

[MPa] Carga Rv = 2159.4 N[ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N Descarga FX= 0 N FY = 0 N Carga Rv = 2159.4 N[ө1=15°] FX= - 558.9 N FY = 2085.8 N Descarga FX= 0 N FY = 0 N 0.108E-6 0.1815 820.454 0.816749

Presión de contacto máxima entre la cabeza del componente femoral y el componente acetabular [MPa]

Carga

13.722

Descarga

Finalmente cabe mencionar que la metodología y el protocolo utilizado para desarrollar este estudio de análisis numérico, permite evaluar diversos tipos de prótesis totales de cadera, bajo diferentes condiciones de trabajo, por lo que se esta en posibilidad de plantear en forma interdisciplinaria la reingeniería tanto de las prótesis como de la metodología misma de evaluación, generando así tecnología para nuestro País, que tanto lo requiere.