Simulación en 3D con elementos finitos de un modelo de prótesis de rodilla

El análisis mediante elementos finitos (AEF) viene aplicándose en la bibliografía al estudio biomecánico de las prótesis de rodilla.

Material y método

En nuestro trabajo hemos realizado un modelo de articulación de rodilla y otro de artroplastia de rodilla mediante AEF, estudiando el efecto de las cargas sobre ambos modelos en la fase de soporte unilateral a 0° y 15° de flexión. Se han comparado los desplazamientos, las tensiones en dirección vertical para el tejido óseo y las tensiones de Von Mises para los implantes protésicos.

Resultados

En extensión los desplazamientos obtenidos con la rodilla anatómica son mayores que con artroplastia. En la rodilla con artroplastia se produce una mayor concentración de tensiones a nivel de la cabeza femoral, mientras que en el modelo de rodilla anatómica la distribución es más uniforme. El componente tibial es el que más trabaja, sobre todo en la zona del vástago pero también en la bandeja metálica.

Conclusiones

A pesar de las limitaciones del modelo, podemos afirmar que el AEF permite realizar un estudio biomecánico del comportamiento estructural de la articulación de la rodilla y la rodilla con artroplastia.

Finite-elements analysis (FEA) is useful in the study of the biomechanical characteristics of total knee arthroplasties.

Materials and methods

We compared a model of the anatomic knee with a model of total knee arthroplasty. Loading while supported on one leg and in 0° and 15° flexion was studied. Displacement, vertical stress on bone tissue and Von Mises stress of prosthesis were studied.

Results

In extension, the displacements observed with the anatomic model were larger than with the arthroplasty. The knee prosthesis showed a greater concentration of stress on the femoral head, while the distribution of forces was more uniform in the anatomic knee model. The tibial component showed more Von Mises stress than any other zone, particularly in the area of the shaft, and more than the polyethylene and femoral components.

Conclusions

In spite of the limitations of the study, we conclude that FEA is useful for the biomechanical study of the knee joint and knee prostheses.