Innovación en el diseño personalizado de vástagos femorales cortos

Abstract

La tesis tiene como objetivo desarrollar una metodología innovadora para diseñar un vástago femoral corto no cementado a partir de un modelo virtual del fémur proximal de un paciente específico. Con tal fin, se obtiene el modelo virtual del fémur proximal a partir de imágenes médicas, se diseña un vástago personalizado considerando la morfología femoral del paciente, se verifica la implantabilidad de la prótesis, a partir de prototipos elaborados, utilizando fabricación aditiva y se analiza el comportamiento mecánico del vástago personalizado no cementado evaluando el apantallamiento, la biomecánica femoral y la remodelación ósea. En tanto, a través del método de elementos finitos, se simuló la biomecánica femoral antes y después de la inserción de los vástagos para escoger la geometría adecuada y seleccionar al Ti6Al4V o Ti21S como material idóneo para la fabricación del implante. Para analizar los resultados, se propuso una metodología basada en gráficas de regresión, dispersión y mapas de deformación que abarca el estudio del apantallamiento, la remodelación ósea y la biomecánica femoral. Adicionalmente, se seleccionó el vástago V3 y el material Ti21S cuyo apantallamiento, originado por su inserción, es de 0.285 y 0.073 para el paciente P1 y P2 respectivamente. Por lo que, se comprueba, a través del análisis, que los implantes cortos personalizados restablecen la movilidad funcional del paciente, mejorando su calidad de vida porque reproducen la distribución fisiológica del fémur de forma escalada, pero es necesario una optimización posterior que permita asemejarse más a la respuesta mecánica previa a la cirugía. Asimismo, se evidenció que evaluando la información proporcionada por la carga ISO o trotar se seleccionaba la misma geometría y material para el implante, sin embargo, la fuerza ISO al ser un mecanismo de alta energía, distribuir mejor la carga a lo largo del fémur, facilitar el ensayo de prototipos y el análisis por el método de elementos finitos debe ser la carga utilizada para evaluar la respuesta mecánica del fémur a la inserción de las prótesis cortas.