Estudio mediante elementos finitos de prótesis tumorales de rodilla en niños y adolescentes

Abstract

INTRODUCCIÓN:

Se considera a Ferguson (1861) el primer comunicante de una resección de rodilla, Verneuil (1863) el autor de la primera artroplastia de interposición y Gluck (1890) responsable de las primeras artroplastias protésicas.

Los sarcomas óseos primarios en niños y adolescentes se localizan habitualmente alrededor de la rodilla, existiendo diferentes modelos comercializados de megaprótesis tumorales para pacientes jóvenes o niños esqueléticamente inmaduros.

Los análisis de elementos finitos han sido progresivamente incorporados en el campo de la cirugía ortopédica y traumatología para el estudio de implantes de diversas formas y solicitaciones mecánicas.

HIPÓTESIS DE TRABAJO:

La diferente colocación del implante protésico endomedular y la posición de la rodilla, alteran la distribución de tensiones en el conjunto hueso-prótesis.

OBJETIVOS DE LA TESIS:

1.- Realizar un modelo informático de prótesis total de rodilla con vástagos endomedulares largos dotada de constricción y estudiarla mediante un análisis de elementos finitos.

2.- Localizar las zonas de la prótesis total de rodilla y del hueso receptor donde se acumulan mayores tensiones.

3.- Demostrar que el centrado del vástago protésico en el canal medular modifica la transmisión de esfuerzos en el conjunto articular.

4.- Valorar si el grado de flexión de la rodilla modifica las tensiones sobre el conjunto Hueso-prótesis total de rodilla.

5.- Realizar una valoración clínica en pacientes menores de dieciocho años del comportamiento de las prótesis totales de rodilla tumorales.

RESULTADOS:

Estudio experimental:

Los materiales más rígidos (metal) soportan una mayor tensión y los materiales más elásticos (plástico) presentan unas mayores deformaciones. El mayor nivel de tensión se produce en el extremo de la prótesis. Las magnitudes máximas de las deformidades que se producen en todas las piezas son similares, independientemente de si la prótesis está centrada, variando las tensiones en la parte metálica de la prótesis.

Estudio clínico:

Se han estudiado 14 casos de pacientes menores de 18 años portadores de artroplastia tumoral de rodilla.

Patología: Osteosarcoma 12; Sarcoma de Ewing: 2

Afectación tumoral femoral/tibial: 8/6

Se han valorado los parámetros clínicos de dolor; arco de movilidad; marcha; utilización de escaleras y grado de satisfacción.

CONCLUSIONES:

1.- Se ha obtenido un modelo informático de prótesis total de rodilla dotada de constricción, de vástagos endomedulares largos y ha sido estudiado mediante un sistema de análisis por elementos finitos.

2.- Del conjunto de materiales que componen la articulación protésica, aquellos que son más rígidos (materiales metálicos) soportan una mayor tensión, mientras que los más elásticos (materiales plásticos) presentan una mayor variación de deformaciones que alivian

los esfuerzos recibidos.

3.- La parte crítica de la estructura hueso-prótesis es la sección en la que finaliza el vástago de la prótesis, ya que en ella se produce una fuerte variación en la rigidez, lo que conlleva un mayor nivel de tensiones.

4.- Las magnitudes máximas de las deformaciones que se producen en todas las piezas, independientemente que se encuentre la prótesis centrada o no, son similares, aunque sus distribuciones varían.

5.- En los materiales plásticos y en el fémur, no se aprecia una variación importante de tensiones por la diferente posición de la prótesis. Sin embargo, en la parte metálica de la prótesis descentrada sí que existen aumentos considerables de tensión.

6.- Las tensiones en el conjunto aumentan con el grado de flexión tanto si los vástagos protésicos están centrados como si no lo están.

7.- Los parámetros clínicos de dolor, arco de movilidad de la rodilla, marcha, utilización de escaleras y grado de satisfacción han presentado unos buenos resultados en la mayoría de los casos de artroplastias tumorales de rodilla en pacientes menores de dieciocho años al año de la intervención quirúrgica.

Introduction

Primary bone sarcomas in children and adolescents are usually located around the knee. Different models of megaprosthesis are available for the treatment of young patients. Finite element analysis has been used to study implants in orthopedic surgery and traumatology.

Hypothesis

The different positioning of the intramedullary stem and the prosthetic knee position, modifies the stress distribution.

Material and Methods experimental study:

An finite element analysis of a knee prosthesis in different position has been made.

clinical study: We have studied 14 cases of patients under 18 years of age with knee megaprosthesis after knee tumor resection.(Osteosarcoma 12 patients; Ewing Sarcoma 2 patients).

Conclusions 1. A computer model of constricted total knee prosthesis with long intramedullary stems has been obtained and studied by a finite element analysis.

2. The more rigid materials (metallic materials) support greater tension, while the more elastic (plastics) have a greater variation of strain.

3. The critical part of the bone-prosthesis structure is located at the end of the prosthesis stem.

4. Tensions increase with the degree of knee flexion in all models.

5. The clinical parameters of pain, range of knee motion, walking distance, use of stairs and satisfaction have shown good results in most cases of knee replacements in patients under eighteen year of age.