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Análisis biomecánico para evaluar cirugía reconstructiva de cadera con secuelas de displasia

Bueno Palomeque, Freddy Leonardo (2013) Análisis biomecánico para evaluar cirugía reconstructiva de cadera con secuelas de displasia. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia.

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Resumen

La displasia residual de cadera en jóvenes y adultos requiere un procedimiento quirúrgico para su tratamiento; tener en cuenta el comportamiento biomecánico futuro de la articulación podría ser una útil herramienta en la planificación y evaluación del procedimiento quirúrgico más adecuado para el paciente. Este trabajo realizó una comparación de la distribución de esfuerzos en la articulación de cadera, usando un modelo específico de elementos finitos de la articulación de un paciente con secuelas de displasia y un modelo de la reubicación articular simulando el procedimiento quirúrgico realizado. El máximo esfuerzo generado y el área de soporte de peso fueron calculados en tres escenarios: durante el apoyo de la persona sobre sus dos piernas, apoyo sobre una sola pierna y durante la etapa de apoyo de un ciclo de marcha. Se desarrolló un modelo tridimensional de la articulación del paciente, construido a partir de imágenes obtenidas por tomografía axial computarizada y se incorporó el tejido cartilaginoso articular creado en base a la geometría ósea de la cadera. Para la simulación de la postura bipodal aplicamos una carga igual a la mitad del peso del cuerpo en la articulación. Para la simulación del apoyo monopodal consideramos la acción de seis músculos en el equilibrio articular y calculamos la fuerza resultante que actúa sobre la articulación. En la simulación del ciclo de marcha consideramos la fase de apoyo de un ciclo normal, y la dividimos en 10 partes; en cada simulación, se aplicó la carga en función del peso del cuerpo de acuerdo a los datos presentados en la literatura. Los resultados revelaron que se genera una excesiva carga en la articulación patológica debido a la reducida cobertura articular. En la simulación de apoyo bipodal, el máximo esfuerzo generado sobre la cabeza femoral en el modelo post-quirúrgico es reducido en un 43%, el área de soporte de peso se incrementó un 61.2% y la presión de contacto en el cartílago articular femoral se redujo en un 47.4%. En la simulación de apoyo monopodal el esfuerzo generado en la cabeza femoral post-quirúrgica se redujo en un 21.7% en comparación con el modelo patológico. El área de contacto post-quirúrgica se incrementó un 45.7% y la presión de contacto en el cartílago disminuyó un 35.2%. Las simulaciones sobre el modelo post-quirúrgico durante la fase de apoyo de la marcha revelaron una reducción del 20.2% del esfuerzo máximo generado en la cabeza femoral en el punto de mayor carga (20% fase de apoyo), además de una reducción del 49% en la presión de contacto en el cartílago articular y un incremento del 64% en el área de soporte de peso en el mismo punto. Este estudio revela una mejora biomecánica post-quirúrgica muy considerable en la distribución de cargas en la articulación; por otra parte, este estudio permite tener un mayor acercamiento a la realidad del paciente y contribuye a la toma de una óptima decisión para el tratamiento de la patología., Abstract: Residual hip dysplasia in young and adult people requires a surgery to treat the pathology; considering the future biomechanical behavior, could be clinically useful for planning and evaluating the appropriate surgical procedure for the patient treatment. We developed a comparative study of stress distribution in a hip joint, using a finite element model of the hip of a patient with residual dysplasia and a model of the articular relocation according with the surgery process proposed by the surgeon. The aim of this case study was to estimate and compare the stress distribution and the weight bearing area on three different scenarios: standing on two legs, single leg standing and the stance phase while one gait cycle. This study was developed using a three-dimensional model constructed from the CT scanning images of the patient, additionally, cartilaginous tissue was incorporated to the model constructed from bone geometry. In bipedal position the half of the body weight was applied on the acetabulum in vertical direction. To simulate one leg standing we calculated the resultant force produced on the hip considering six muscles acting in equilibrium of the joint. To simulate the stance phase of a gait cycle, we divided it in ten stages; on each step, the resultant force was applied according to the data suggested in the literature. The results showed a high load on the pathological joint due to poor femoral coverage as a consequence of the dysplasia. On a bipedal position the stress generated on the postoperative femoral head is 43\% lower than preoperative model, the contact area showed an increment of 61.2\% and the contact pressure on the articular cartilage was reduced in 47.4 \%. On one-legged stance the maximum stress generated on the postoperative femoral head showed a reduction of 27.1\%, apart from an increment of 45.7\% in the contact area and a reduction of 35.2\% in the contact pressure on the articular cartilage. Simulating the stance phase of a gait cycle, the results showed a high load on the pathological joint. The postoperative model showed a reduction of 20.2\% of the maximum stress at the point of greatest load applied (20\% stance phase), apart from a reduction of 49\% in the contact pressure on the articular cartilage and an increment of 64\% of the weight bearing area. The present study shows a substantial biomechanical improvement at the load level that the hip joint would support in the postoperative model. On the other hand, this study provides a closer approach to the patient reality and contributes to identify the best decision to take about the appropiate surgical procedure to treat the pathology.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Cortés Rodríguez, Carlos Julio and García Sarmiento, Carlos Daniel
Información adicional:Magister en Ingeniería Biomédica. Línea de Investigación: Ingeniería Biomecánica
Palabras clave:Biomecánica, Articulación de cadera , Osteotomía de cadera, Planificación quirúrgica, Análisis pre-quirúrgico, Análisis por elementos finitos, Biomechanics, Hip joint, Hip osteotomy, Surgical planning, preoperative and Postoperative analysis, Finite elements analysis.
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 61 Ciencias médicas; Medicina / Medicine & health
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Medicina
Código ID:9972
Enviado por : Ingeniero Freddy Leonardo Bueno Palomeque
Enviado el día :24 Oct 2013 12:44
Ultima modificación:24 Oct 2013 12:44
Ultima modificación:24 Oct 2013 12:44
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