Estudio numérico de una prótesis de cadera de Ti-6Al-4V y su efecto sobre la reabsorción ósea

Abstract

In the present work, a biomechanical analysis was proposed to analyze the effect on bone resorption and/or osseointegration that the coupling of a prosthesis model in the femur bone has. To do this, we started from a prosthesis model made previously which was remodeled in the femoral neck using geometric parameterization, this was carried out in the assisted design platform called Onshape, from which 20 different models emerged that were subjected to tests. of mechanical resistance with loads that generate daily activities, giving a total of 160 simulations carried out in Simscale. From the von Mises results, four models that had the highest safety factors were selected to test Hanna Isaksson's experiment design. The second biomechanical analysis was carried out in COMSOL MULTIPHYSICS 5.4 with a total of 16 sims with a mesh size of 412130 tetrahedral elements and 77676 triangular elements produced by the bone-femur junction, with these 4 posture cases corresponding to the most common activities were studied. Critical in terms of efforts, 2 solid models and 2 hollow models of Ti6Al4V were simulated. In this study, the bone resorption model was coupled. The results showed that the models generate good osseointegration, in addition to the fact that bone resorption is only concentrated in the greater trochanter of the femur bone and not in the bone-prosthesis interface, which shows that it will not tend to loosen.

En el presente trabajo se planteó un análisis biomecánico para analizar el efecto sobre la reabsorción ósea y/o de osteointegración que tiene el acoplamiento de un modelo de prótesis en el hueso fémur. Para ello, se partió de un modelo de prótesis realizado previamente al cual se le practicó un remodelado en el cuello femoral mediante parametrización geométrica, este fue realizado en la plataforma de diseño asistido llamada Onshape, del que surgieron 20 modelos distintos que fueron sometidas a pruebas de resistencia mecánica con cargas que generan actividades cotidianas, dando un total de 160 simulaciones realizadas en Simscale. De los resultados von Mises arrojados se seleccionaron cuatro modelos que presentaron los factores de seguridad más altos para poner a prueba el diseño de experimento de Hanna Isaksson. El segundo análisis biomecánico se realizó en COMSOL MULTIPHYSICS 5.4 con un total de 16 simulaciones con un tamaño de malla de 412130 elementos tetraédricos y 77676 elementos triangulares producida por la unión hueso-fémur, con esta se estudiaron 4 casos de postura correspondientes a las actividades mas criticas en cuanto esfuerzos, se simularon 2 modelos sólidos y 2 modelos huecos de Ti6Al4V. En este estudio se acoplo el modelo de reabsorción ósea. Los resultados arrojaron que los modelos generan una buena osteointegración, además de que la reabsorción ósea solamente se concentra en el trocante mayor del hueso fémur y no en la interfaz hueso-prótesis, lo que evidencia que esta no tenderá a aflojarse.