Modelos computacionais para monitorizar variações na interface osso-implante em implantes instrumentados

Abstract

A cirurgia de substituição de articulações encontra-se entre os procedimentos cirúrgicos mais realizados a nível mundial. De modo a evitar as cirurgias de revisão, surgiu o conceito de implante instrumentado que se encontra em crescente evolução científica, evidenciando já em estudos anteriores resulta dos promissores quanto à estimulação da regeneração óssea peri-implantar e à monitorização da fixação osso-implante. O principal objetivo deste estudo é analisar computacionalmente os estímulos elétricos, aplicados por sistemas de estimulação capacitiva planar, em estruturas trabeculares. Os resultados mostram variações na gama 0-0,8156 V/mm para estados de descolamento entre 0 e 1 mm, dependendo da zona óssea, dos parâmetros aplicados, assim como do estado de fixação osso-implate. Foram observadas correlações superiores a 98% entre as várias curvas dos resultados obtidos relativas às diferentes estimulações elétricas estudadas. Os resultados obtidos foram comparados com estudos in vitro e in vivo de estimulação capacitiva, sendo que se denotaram resultados promissores à estimulação do osso. Os sistemas capacitivos, para além de poderem operar como atuadores terapêuticos, podem também ser usados como sistemas de monitorização. Como tal, compararam-se ainda os resultados da capacidade elétrica obtidos no modelo computacional com os resultados obtidos em ensaios experimentais num trabalho precedente. Enquanto que, nos modelos computacionais os valores obtidos se encontram numa gama entre 0,9829 e 1,2384 pF, os experimentais variam entre 2,5112 e 2,5829 pF, considerando as mesmas condições da interface. Ao normalizar estes resultados, verifica-se um erro de cerca de 9,89% entre as curvas. Este estudo apresenta resultados favoráveis à estimulação e monitorização de diferentes interfaces osso-implante, e, por isso, o seu desempenho deve ser estudado para a sua futura integração em implantes ativos instrumentado

Joint replacement surgery is among the most widely performed surgical procedures worldwide. To avoid revision surgeries, the concept of instrumented implant emerged, which is undergoing increasing scientific evolution, showing in previous studies promising results regarding the stimulation of peri-implant bone regeneration and the monitoring of bone-implant fixation. The main objective of this study is to analyze computationally the electrical stimuli, applied by capacitive planar stimulation systems, in trabecular structures. The results show variations in the range of 0-0.8156 V/mm for detachment states between 0 and 1 mm, depending on the bone zone, the parameters applied, as well as the bone-implant fixation state. Correlations higher than 98% were observed between the curves of the results obtained regarding the different electrical stimulations studied. The results obtained were compared with in vitro and in vivo studies of capacitive stimulation, where promising results for bone stimulation were verified. Capacitive systems, in addition to being able to operate as therapeutic actuators, can also be used as monitoring systems. The electric capacity results obtained in the computational model were also compared with the results obtained in experimental tests in previous work. While, in the computational models, the values obtained are in a range between 0.9829 and 1.2384 pF, the experimental ones vary between 2.5112 and 2.5829 pF, considering the same interface conditions. When normalizing these results, an error of about 9.89% is verified between the curves. This study presents the favorable results for stimulation and monitoring of different bone-implant interfaces and, therefore, its performance should be studied for its future integration into active instrumented implants