Estudo numérico da artroplastia da articulação trapeziometacárpica

Abstract

A presente dissertação teve como principal objetivo o estudo dos aspetos biomecânicos da artroplastia trapeziometacárpica nomeadamente as altera ções em termos de solicitação mecânica no metacarpo e trapézio entre o estado nativo e protésico da articulação, aferindo desta forma os poss íveis riscos e oportunidades associados a este método cirúrgico. Inicialmente desenvolveu-se um estudo anatómico e biomecânico do complexo da mão e mais especi camente da articulação trapeziometacárpica, permitindo assim uma compreensão das estruturas e sua função na articulação. Posteriormente, com o intuito de compreender os principais problemas associados à articulação realizou-se um levantamento relativo às patologias e os principais tratamentos cirúrgicos e não cirúrgicos associados a esta, tendo sido dado especial enfoque à artroplastia total carpometacárpica do polegar. Para dar resposta ao objetivo do estudo desenvolveram-se modelos numéricos de elementos nitos especí cos a pacientes com base em imagens médicas de TAC da articulação com patologia, tal como a rizartrose, e sem patologia. Os modelos representativos da situação implantada foram desenvolvidos com base no modelo do implante Elektra, de forma a considerarem dois estados clínicos temporais: um representativo de um período pós-cirúrgico e outro representativo de um periodo de longo termo após a cirurgia. Estes modelos foram desenvolvidos com recurso a diferentes softwares comerciais tais como o Simpleware, CATIA e Marc, sendo posteriormente submetidos a duas condições de carga representativas de uma atividade siológica ligeira (pinça de pontas) e outra mais severa (preensão de garra). Analisaram-se as deforma ções principais nas estruturas ósseas representativas da condição nativa e protésica, bem como os micromovimentos relativos entre o implante e o osso no período pós cirúrgico. Os resultados obtidos evidenciam alterações signi cativas quer ao nível do campo de deformações entre a situação clínica patológica e não-patológica, quer no estado nativo quer no estado protésico. Os níveis de deformações a guraram-se sempre mais elevados na situação patológica, sendo o trapézio aquele que exibiu os valores mais elevados. Nos modelos protésicos registou-se um aumento signi cativo das deformações nas regiões anexas aos implantes no período pós-cirurgico. No entanto, este níveis de deformação reduziram-se na situação de longo termo para níveis de menor risco para as estruturas ósseas. Pode, consequentemente concluirse que existe um forte risco de falência da artroplastia trapeziometacárpica quando esta está associada a elevadas cargas na situação imediatamente após a cirurgia ou quando a qualidade óssea se apresenta débil

The present dissertation's objective is to study the biomechanical aspects from the trapeziometacarpal arthoplasty, namely the changes in terms of mechanical solicitation in the metacarpal and trapezium between the native and the prosthetic state of the joint, thus gauging the possible risks and chances associated with this surgical method. Initially, an anatomical and biomechanical study from the hand's complex, more speci cally about the trapeziometacarpal joint, was developed, therefore permitting a better comprehension of the structures and its function in the joint. Then, in order to comprise the main issues associated with the joint, a gathering of information regarding the pathologies and its main surgical and non-surgical treatments associated with it was carried out, with particular focus to the total arthoplasty of the carpometacarpal thumb. In order to reach the study's goal, numerical models of nite elements, speci c to patients and based on medical images from CT scans of the joint, both with (such as rizarthrosis) and without the pathology, were developed. The representative models of the implemented situation were developed based on the implant model of Elektra, in order to consider two temporal clinical condition: one representative of the post-surgical period, and another representative of a period of long term after surgery. These models were developed resorting to di erent commercial softwares, such as Simpleware, CATIA, e Marc, being subjected to two load conditions, representative of light physiological activity (pinch tips) and more severe (grasp). The principal deformations on bone structure, representative of both native and prosthetic condition, were then analyzed, as well as the relative micromovements between the implant and the bone at the post-surgical term. The obtained results demonstrated signi cant changes regarding the deformations eld between the pathological clinical situation and the non-pathological, both in native an prosthetic condition. The levels of deformation were proven always more elevated in the pathological situation, being the trapezium the one that evidenced the highest values. In the prosthetic models, a signi cant increase of deformations in the regions attached to the implants in the post-surgical period was revealed. Nevertheless, these deformation levels were reduced to lower risk levels to the bone structure, in a long term situation. It is, hence, possible to conclude that there is a considerable risk of trapeziometacarpal arthoplasty collapse, when associated with signi cant loads, in the situation immediately subsequent to surgery, or when the bone quality presents itself fragile.