Análise comparativa de hastes longas vs hastes curtas na artroplastia da anca

Abstract

articulação da anca é das articulações mais importantes presentes no corpo humano, devido em especial às cargas envolvidas na mesma, que a tornam interesse de estudo. No entanto estão associadas a esta articulação diversas anomalias resultantes de patologias, levando à necessidade de uma intervenção cirúrgica. Esta intervenção tem por meio a substituição total da articulação por artefactos protésicos como componentes femoral e acetabular. Nos componentes femorais existe uma grande variedade de próteses, em termos de tamanhos e geometrias, o que altera o comportamento do fémur com a sua implantação. Com esta constatação, a presente dissertação tem como objetivo a realização de uma análise comparativa entre hastes curtas e hastes longas na artroplastia da anca. Esta avaliação tem por meio verificar qual dos implantes reproduz um comportamento mecânico mais similar com o obtido no osso intacto. Foram assim escolhidos três componentes para a realização deste estudo comparativo, dois com hastes curtas de geometrias distintas e uma haste longa. Numa primeira fase foram desenvolvidos os modelos geométricos de cada implante através de programas de modelação 3D. Para além dos modelos protésicos, também foi obtido um modelo geométrico do fémur intacto com o intuito de servir de meio comparativo na análise dos modelos implantados. Após a obtenção dos modelos geométricos, passou-se para a definição dos respetivos modelos numéricos através da utilização do Método dos Elementos Finitos. Com este pressuposto realizou-se o estudo de duas situações reais, uma situação de imediato pós-operatório e uma outra em que houve osseointegração na interface implante-osso, simulando assim um estado de médio-longo prazo de pós-operatório. Dos resultados obtidos foi possível verificar que as hastes curtas se aproximam mais do comportamento do osso intacto, no entanto observaram-se regiões com probabilidade de ocorrência de falha mecânica por fadiga devido a um acumular de deformações elevadas com maior incidência para o aspeto medial do fémur. No caso da haste longa, os resultados indicaram que no aspeto medial ocorre uma redução das deformações no osso cortical, pelo que daqui se concluiu que esta é uma zona onde existe forte stress-shielding, reduzindo a densidade óssea que leva a falência do componente. Resultados semelhantes foram observados através do estudo de casos clínicos associados às próteses curtas e longa, o que permitiu concluir uma boa correlação dos resultados obtidos.

The hip joint is one of the most important joints in the human body, due to the loads involved in it, which make it an interesting subject of study. However, several anomalies resulting from pathologies are associated with this joint, leading to the need for surgical intervention. This intervention consists in a total joint replacement by prosthesis, like femoral and acetabular components. There is a great variety in the femoral components of prostheses, in terms of size and geometry, which changes the femur behaviour with its implantation. With this finding, this dissertation aims to perform a comparative analysis between short stems and long stems in hip arthroplasty. This evaluation aims to verify which of the implants reproduces a mechanical behaviour more similar to the one obtained in the intact bone. Three components were chosen for this comparative study, two with short stems of different geometries and one long stem. Initially, the geometric models of each implant were developed through 3D modelling programs. In addition to the prosthetic models, a geometric model of the intact femur was also obtained to serve as a comparative in the analysis of the implanted models. After obtaining the geometric models, the definition of the respective numerical models was made using the Finite Element Method. With this assumption, the study of two real situations was carried out, one in a postoperative scenario, and another one in which there was osseointegration at the implant-bone interface, thus simulating a mid-long-term postoperative state. From the obtained results it was possible to verify that the short stems are closer to the behaviour of the intact bone, however, we observed regions with probability of occurrence of mechanical failure due to fatigue, due to an accumulation of high deformations, with greater incidence for the medial region of the femur. In the case of the long stem, the results indicated that in the medial region of the femur a reduction of the deformations in the cortical bone occurs, reason why it was concluded that this is a zone where there is a strong stress-shielding effect, reducing the bone density, which leads to the failure of the component. Similar results were observed through the study of clinical cases associated with short and long prostheses, which allowed to conclude a good correlation of the obtained results.