Estudo e desenvolvimento de uma haste femoral de fixação combinada - Oliveira, Mário André Caçanheira (2013)
Na presente tese foi desenvolvida uma nova haste femoral mini-invasiva para a artroplastia da anca, recorrendo a um novo conceito de fixação óssea. Este conceito de fixação, designado por fixação combinada, procura simultaneamente garantir uma boa estabilidade inicial do implante através de zonas delimitadas com cimento ósseo, criando as condições de estabilidade necessárias para que o osso possa aderir directamente à superfície metálica do implante promovendo-se a longevidade desta ligação e, finalmente, delimitar a destruição óssea em caso de necessidade de revisão da artroplastia. Foi já desenvolvida uma aplicação deste conceito de fixação à haste de revisão na artroplastia do joelho. Numa primeira etapa identificaram-se as principais estruturas anatómicas da articulação da anca em termos ósseos, ligamentares e musculares, juntamente a biomecânica desta articulação. Igualmente, procurou-se identificar as principais causas da falência da articulação da anca e soluções clínicas para a sua resolução. Numa segunda etapa foi desenvolvido, com recurso a ferramentas de modelação e simulação numérica com elementos finitos, um modelo simples do implante onde o efeito da distribuição e dimensão das cavidades com cimento ósseo nas deformações impostas ao osso e tensões instaladas no cimento ósseo foram analisadas. Os resultados obtidos permitiram para as condições de cargas fisiológicas severas, como o caso da subida de escadas, identificar as regiões mais solicitadas no osso, cimento ósseo e implante, assim como uma avaliação da estabilidade inicial da interface implante osso. De seguida, com base nos resultados do modelo simplificado desenvolveu-se com recurso ao mesmo tipo de ferramentas o implante da anca optimizado em termos de forma e geometria à zona proximal do fémur, procurando-se através da sua geometria uma maximização da superfície de contacto directo entre o implante e osso, assegurar um nível de estabilidade inicial suficiente que promova a adesão do osso sobre o implante e reduzindo para níveis fisiológicos aceitáveis as deformações no osso esponjoso, mantendo as tensões no implante e cimento ósseo inferiores as tensões limite de fadiga destes materiais. Os resultados foram analisados para duas condições da interface implante-osso representativas da situação imediatamente após cirurgia e outra a médio-longo prazo pressupondo uma fixação plena da superfície do implante ao osso. Posteriormente, desenvolveram-se modelos experimentais com recurso a modelos de fémur em material compósito, tendo sido analisados na situação sem e com implante. Estes modelos experimentais foram desenvolvidos com o objectivo de validar os resultados obtidos anteriormente com os modelos numéricos de elementos finitos, quantificar experimentalmente as alterações de transferência de carga após a introdução do implante através do uso de rosetas de extensómetros aplicados proximalmente e avaliar a resistência à fadiga do implante e da sua interface implante-cimento-osso. Para a avaliação à fadiga foram realizados um milhão de ciclos de carga sobre o fémur implantado sendo a carga aplicada neste ensaio representativa de duas vezes o peso do corpo do indivíduo. Este trabalho experimental envolveu a fabricação do implante com recurso a tecnologia de CAD/CAM e máquinas de comando numérico computorizado. Para as cirurgias in-vitro foi desenvolvido e construído o instrumental necessário a geração da cavidade para introdução do implante. Os resultados obtidos experimentalmente e numericamente evidenciaram uma boa correlação, demonstrando a capacidade destes últimos replicarem o comportamento físico do modelo do fémur. Verificou-se igualmente que apesar da reduzida dimensão do implante este altera significativamente a transferência de carga no osso cortical relativamente à situação intacta em especial nos aspectos medial e anterior. Os valores das deformações impostas ao osso esponjoso revelaram- se ligeiramente elevados nas zonas das cavidades com o cimento ósseo na situação simulada imediatamente após cirurgia, reduzindo-se significativamente no caso de médio-longo prazo onde todo o implante é suposto já estar solidário ao osso. Os valores máximos de tensão no implante e cimento ósseo ficaram abaixo da tensão limite de fadiga destes materiais em ambos os cenários analisados, sendo um bom sinal para a longevidade destes materiais. Importante também é o resultado após o ensaio de fadiga de um milhão de ciclos onde implante se mostra bem fixo ao fémur sem sinais de dano na sua fixação. Estes resultados são encorajadores para o sucesso da aplicação deste tipo de fixação combinada ao implante da anca. No entanto mais trabalhos serão necessários de forma a confirmar esta viabilidade.