Sensibilidad de las tensiones de contacto de reemplazo total de articulaciones lumbares bajo condiciones de desalineación: análisis de elementos finitos de un simulador de desgaste de la columna vertebral
Autores: Kurtz, Steven M.; Rundell, Steven A.; Spece, Hannah; Yarbrough, Ronald V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Sensibilidad de las tensiones de contacto de reemplazo total de articulaciones lumbares bajo condiciones de desalineación: análisis de elementos finitos de un simulador de desgaste de la columna vertebral
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Reemplazo articular
Degeneración de la columna lumbar
Modelo de elementos finitos
Pruebas de desgaste
Tensiones de polietileno
Desalineación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Un novel reemplazo total de articulaciones (TJR) que trata la degeneración de la columna lumbar fue evaluado previamente bajo condiciones de Modo I y Modo IV. En este estudio, nos basamos en estas pruebas de desgaste previas para establecer una relación entre los esfuerzos de rodamiento basados en modelos de elementos finitos (FEM) y mapas de penetración de desgaste in vitro. Nuestro esfuerzo de modelado abordó la siguiente pregunta de interés: ¿Bajo condiciones de desalineación razonablemente peores, los esfuerzos y deformaciones de polietileno del reemplazo total de articulaciones lumbares (L-TJR) permanecen por debajo de los valores asociados con las pruebas de desgaste por impacto del Modo IV? El FEM fue primero formalmente verificado y validado utilizando el marco de evaluación de credibilidad informada por riesgos establecido por ASME V&V 40 y la guía de la FDA. Luego, basándonos en criterios de uso indebido irrazonable delineados en la guía de técnica quirúrgica, se realizó un análisis paramétrico de desalineación razonablemente peor usando el FEM L-TJR validado. La desalineación razonable fue creada alterando la posición del dispositivo desde la condición base en tres escenarios: Convergencia del Plano Axial (20-40 grados), Desplazamiento A-P del Plano Axial (0-4 mm) y Inclinación del Plano Coronal (+/-20 grados). Descubrimos que, para los escenarios considerados, las presiones de contacto, los esfuerzos de von Mises y las deformaciones efectivas de las superficies de rodamiento L-TJR permanecieron consistentes con las condiciones de Modo I (limpias). Específicamente, los valores de respuesta mecánica quedaron por debajo de los determinados bajo condiciones de límite de Modo IV (peor caso), que proporcionaron los puntos de referencia superiores para el estudio (presión de contacto máxima 83.3 MPa, esfuerzo de von Mises máximo 32.2 MPa y deformación efectiva máxima 42%). El L-TJR fue considerado insensible a la desalineación axial y coronal bajo las condiciones de límite in vitro impuestas por el estudio.
Descripción
Un novel reemplazo total de articulaciones (TJR) que trata la degeneración de la columna lumbar fue evaluado previamente bajo condiciones de Modo I y Modo IV. En este estudio, nos basamos en estas pruebas de desgaste previas para establecer una relación entre los esfuerzos de rodamiento basados en modelos de elementos finitos (FEM) y mapas de penetración de desgaste in vitro. Nuestro esfuerzo de modelado abordó la siguiente pregunta de interés: ¿Bajo condiciones de desalineación razonablemente peores, los esfuerzos y deformaciones de polietileno del reemplazo total de articulaciones lumbares (L-TJR) permanecen por debajo de los valores asociados con las pruebas de desgaste por impacto del Modo IV? El FEM fue primero formalmente verificado y validado utilizando el marco de evaluación de credibilidad informada por riesgos establecido por ASME V&V 40 y la guía de la FDA. Luego, basándonos en criterios de uso indebido irrazonable delineados en la guía de técnica quirúrgica, se realizó un análisis paramétrico de desalineación razonablemente peor usando el FEM L-TJR validado. La desalineación razonable fue creada alterando la posición del dispositivo desde la condición base en tres escenarios: Convergencia del Plano Axial (20-40 grados), Desplazamiento A-P del Plano Axial (0-4 mm) y Inclinación del Plano Coronal (+/-20 grados). Descubrimos que, para los escenarios considerados, las presiones de contacto, los esfuerzos de von Mises y las deformaciones efectivas de las superficies de rodamiento L-TJR permanecieron consistentes con las condiciones de Modo I (limpias). Específicamente, los valores de respuesta mecánica quedaron por debajo de los determinados bajo condiciones de límite de Modo IV (peor caso), que proporcionaron los puntos de referencia superiores para el estudio (presión de contacto máxima 83.3 MPa, esfuerzo de von Mises máximo 32.2 MPa y deformación efectiva máxima 42%). El L-TJR fue considerado insensible a la desalineación axial y coronal bajo las condiciones de límite in vitro impuestas por el estudio.