Diseño robusto de una prótesis de cadera cementada

Abstract

In the present work, a biomechanical analysis was proposed to analyze the effect on the fixation and coupling of a prosthesis model in the femoral bone by bone cement. To do this, a model of the prosthesis previously made was used, using geometric parameterization, to which perforations were made so that the acrylic cement embedded in the perforations and the prosthesis is fixed. This was done on the assisted design platform Onshape, which suggested 3 different materials subjected to mechanical strength tests with loads that generate daily activities. From the von Mises results, a material was selected from the 3 suggested ones as it presented the highest safety factors to test the design. The results showed that the ideal material for the manufacture of this type of prosthesis is Ti-6Al-4V. After the prosthesis tests, the acrylic cement model was carried out using COMSOL MULTIPHYSICS. This is to know the part that acrylic cement would occupy. To select the material of acrylic cement, we based on an article where tests were carried out on 4 different types of cement where an antibiotic called Vancomycin was added to avoid future infections. Osteobond cement was selected because it is one of the most commercial cement, to perform the necessary tests and analyze the different reactions that this would have.

En el presente trabajo se planteó un análisis biomecánico para analizar el efecto sobre la fijación y acoplamiento de un modelo de prótesis en el hueso fémur mediante un cemento óseo. Para ello se partió de un modelo de prótesis realizado previamente, al cual se le realizaron perforaciones, mediante la parametrización geométrica, con el fin de que el cemento acrílico incursione en las perforaciones y quede fija la prótesis. Esto fue realizado en la plataforma de diseño asistido llamada Onshape, del que se sugirieron 3 distintos materiales que fueron sometidos a pruebas de resistencia mecánica con cargas que generan actividades cotidianas. De los resultados von Mises arrojados se seleccionó un material de los 3 los sugeridos ya que presentó los factores de seguridad más altos para poner a prueba el diseño. Los resultados obtenidos demostraron que el material idóneo para la fabricación de este tipo de prótesis es el Ti-6Al-4V. Una vez realizadas las pruebas de la prótesis, se llevó a cabo el modelo del cemento acrílico mediante COMSOL MULTIPHYSCIS. Este con el fin de conocer la parte que el cemento acrílico ocuparía. La selección del material del cemento acrílico se basó en lo reportado en la bibliografía que describe la adición del antibiótico Vancomicina a 4 diferentes cementos con el fin de evitar infecciones futuras. Se seleccionó el cemento Osteobond debido a que es uno de los cementos más comerciales, para realizar las pruebas necesarias y analizar las diferentes reacciones que este tendría.