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Simulaciones y modelos para mejorar las prótesis de la articulación de la rodilla

Actualmente el coste de las operaciones de reemplazo total de rodilla (RTR) supera los 3 800 millones de euros al año, y se prevé que aumente en vista del envejecimiento de la población. Un mejor diseño de las prótesis de rodilla alargaría su vida útil y mejoraría su rendimiento.
Simulaciones y modelos para mejorar las prótesis de la articulación de la rodilla
En el marco del proyecto TOTAL.KNEE (Development of a new generation of knee prostheses with enhanced lifespan features using advanced computational biomechanics) se realizó un estudio de las prótesis de rodilla existentes y se evaluaron los factores de estrés asociados. A continuación, el consorcio rediseñó las superficies y los aspectos de la bandeja tibial que proporciona anclaje y fijación a los componentes de plástico de la prótesis de rodilla.

Los investigadores recurrieron al análisis de elementos finitos para evaluar implantes de varios fabricantes. Se examinaron las características geométricas de las prótesis, tales como la longitud, el diámetro y la inclinación del vástago o los tetones femorales. Asimismo, se calculó el estrés mecánico y el desgaste generado en las superficies tibiales.

A partir de los datos del análisis, el equipo generó varias geometrías para las superficies de las prótesis que permitían reducir el desgaste. También se modificó la bandeja tibial para estudiar el riesgo de fallo mecánico. Los socios evaluaron además el grado de acoplamiento de hueso y prótesis.

Los investigadores al frente de TOTAL.KNEE desarrollaron un método para reconstruir geometrías a partir de imágenes de tomografía axial computarizada y resonancia magnética. La baja calidad de las imágenes se mejoró con algoritmos, tras lo cual se procedió a la segmentación híbrida para identificar tejidos. Todos los aspectos del protocolo se van incorporando a una plataforma virtual —BodyGiD— que ofrece representaciones gráficas del cuerpo humano y los implantes.

Para garantizar una remodelación ósea correcta, esencial para alargar la vida útil de las prótesis, el consorcio de TOTAL.KNEE emprendió un estudio del comportamiento de las células que le permitió desarrollar nuevas estrategias. Se creó un nuevo modelo de autómata celular que simulaba el comportamiento de las células, del cual se hizo eco la revista Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences.

Los resultados de la investigación de TOTAL.KNEE abarcan muchos de los factores que ocasionan el desgaste de las prótesis de rodilla y, por tanto, reducen su vida útil. El equipo espera que las mejoras en las geometrías den lugar a prototipos y productos con valor comercial. Los datos generados también contribuirán a concienciar a los facultativos a cerca de la utilidad de los modelos informáticos para predecir los efectos de los implantes en las articulaciones óseas.

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Palabras clave

Reemplazo total de rodilla, TOTAL.KNEE, bandeja tibial, elemento finito, remodelación ósea
Número de registro: 190918 / Última actualización el: 2017-01-20
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