Concepção e estudo de prótese da anca anatomicamente adaptados por obtenção in situ da geometria do canal femoral

Abstract

Nesta tese apresenta-se um conceito do fabrico de implantes ósseos em simultaneidade com o acto cirúrgico. O conceito foi desenvolvido e testado sob a forma de artroplastia da anca realizada in vivo numa ovelha. O sistema tem como ponto de partida a obtenção in situ da geometria do canal femoral. Assim, após a luxação e corte da cabeça femoral e preparação, através de raspas, do canal do fémur é obtida a geometria do canal onde será alojada a componente femoral da prótese de anca. O processo utiliza uma pré-haste, sobre a qual é feita a injecção de silicone, de polimerização rápida, que permite obter com grande exactidão as características dimensionais e geométricas do canal femoral. Por digitalização da geometria da haste de silicone através de um sistema de varrimento laser é obtido um modelo virtual da haste anatomicamente adaptada. A haste final é fabricada por maquinagem, recorrendo-se a um sistema de CAM onde são geradas as trajectórias de corte e elaborado o programa necessário para efectuar o controlo de um centro de maquinagem de comando numérico. Na maquinagem são ajustados os factores de precisão de forma a garantir um ajustamento entre a haste e o canal femoral com uma determinada interferência. As tensões geradas na interface osso-haste permitem a estabilidade inicial da prótese. O sistema desenvolvido integra, desta forma equipamento de aquisição de forma, de CAD/CAM e de maquinagem, assim como de esterilização. Devido às características do centro de maquinagem, nomeadamente devido à falta de rigidez estrutural do mesmo, fabricou-se a prótese de ensaio em polietileno de elevada densidade. Solução que se afigura adequada para próteses para caninos. O sistema foi aferido através de um ensaio realizado numa ovelha, e cujos os resultados conseguidos foram ao encontro dos objectivos propostos nesta tese. O sistema, com devidas adaptações e com a utilização de um centro de maquinagem adequado permitirá aplicar o conceito do fabrico intraoperativo de implantes em pacientes humanos.

The concept of manufacturing a bone implant simultaneously with the surgical procedure is described in this doctoral thesis. The concept of the novel hip arthroplasty was designed, developed and tested on a sheep. The in situ determination of the femoral canal is the starting point of the system designed. After the femoral head resection and reaming of the femoral canal, the geometry of the canal is obtained for the femoral component of the hip prosthesis to be manufactured. Within the procedure, a metallic pre-stem is used and silicone of rapid polymerization is injected and sustained by a membrane, which allows excellent dimensional and geometric details of the femoral canal. The silicone stem is then digitalised using a scanner laser and the virtual model of the anatomical stem is obtained. The femoral component is machined using a CAM system where the milling strategies are conceived previously and the control a numerical milling machine is performed. Within the machining parameters, the geometry precision is adjusted between the stem and the femoral canal geometry with a specified interference. Stresses generated at the bone-implant interface provide the initial stability of the femoral prosthesis. The system developed includes a digitalization device, CAD/CAM equipment and a sterilisation mean. Due to the lack of structural stiffness of the milling machine, the prosthesis tested was made of ultra high polyethylene, which seems to be an adequate solution for canine prostheses. An in vivo test was performed through a sheep hip arthroplasty. Overall, the objectives of the thesis were obtained. The system, with adaptations and the use of an adequate milling centre makes it possible the use of the concept of intra operatively manufacturing of implants for human patients.