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DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS      PROTESIS PARA RODILLA    CARACTERISTICAS DE DISEÑO                    Cajón de es...
DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS  Finalmente... los componentes deben serimplantados con instrumentales específicos.El ...
Bibliografía consultada                                         Bibliografí- Biomecánica articular y sustituciones protési...
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Biomecanica fabricaciondeprotesis

  1. 1. BIOMECANICA YDESARROLLO DE PROTESIS Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 1
  2. 2. ¿Características de la articulación? Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 2
  3. 3. ¿Como está compuesta la articulación?Tejido fibroso denso: Matriz sólida decolágeno y elastinaFluído sinovial compuesto mayormente porun concentrado de agua y ácido hialurónico(prop. de lubricación).Cápsula sinovialTejido Oseo: tejido conectivo embebido enuna matriz sólida de minerales de calcio yfósforo Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 3
  4. 4. Propiedades del cartílago articular FENOMENO DE VISCOELASTICIDAD: Matemáticamente representable comocomportamiento simultaneo de un fluido viscoso y un sólido elásticoEL CARTILAGO PRESENTA DOS PROPIEDADES PRINCIPALES FENOMENO DE FLUENCIA LENTA O CREEP FENOMENO DE RELAJACION DETENSIONES Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 4
  5. 5. Propiedades del cartílago articularFENOMENO DE FLUENCIA LENTA O CREEPAplicación CARGA CONSTANTE en el tiempo =>DEFORMACION VARIABLE en el tiempo Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 5
  6. 6. Propiedades del cartílago articularFENOMENO DE RELAJACION DE TENSIONESAplicación DEFORMACION CONSTANTE en el tiempo => CARGAVARIABLE en el tiempo Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 6
  7. 7. Características biomecánicas del hueso ESTOS FACTORESSus medidas no son homogéneas OBLIGAN A LOS Grandes desvíos standard y gran FABRICANTES A REALIZAR ESTUDIOSdiferencia entre rangos ANATOMICOS YVariación en la densidad BIOMECANICOS Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 7
  8. 8. ¿Que es la BIOTRIBOLOGIA?La tribología es la ciencia que estudia lafricción, lubricación y desgaste de lassuperficies en contacto.Se aplica tanto al estudio de las superficiesarticulares como al desarrollo de las superficiesde contacto en los implantes Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 8
  9. 9. ¿Que es la BIOTRIBOLOGIA? ROZAMIENTO F=μxNRozamiento de superficie Rozamiento seco Rozamiento límite Rozamiento hidrodinámicoRozamiento interno Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 9
  10. 10. ¿Que es la BIOTRIBOLOGIA? DESGASTEPerdida de material debido a factores químicos o mecánicos •Adhesivo: material que se adhiere al otro •Abrasivo:material que se desprende del otro •Por fatiga: material que supera limites de rotura y se desprende •Por corrosión: material que se desprende por factores químicos Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 10
  11. 11. ¿Que es la BIOTRIBOLOGIA? LUBRICACIONExiste lubricación cuando entre dos superficies sólidas se interpone una película líquida y el fenómeno de fricción se dan entre las superficies sólidas y líquidas Lubricación Hidrostática: Presión ejercida por medios externos Lubricación Hidrodinámica: Presión ejercida por el propio fluido Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 11
  12. 12. ¿Que es la BIOTRIBOLOGIA? LUBRICACION... ¿qué ocurre en la superficie articular ? LUBRICACION ELASTO-HIDRODINAMICA Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 12
  13. 13. APLICACIÓN DE LOSPRINCIPIOS BIOMECANICOS AL DISEÑO DE IMPLANTES PROTESICOS TRAUMATOLOGICOS Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 13
  14. 14. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOSLos fenómenos vistos anteriormente se utilizan en.... ... EL DISEÑO DE IMPLANTES PARA REEMPLAZO ARTICULAR E IMPLANTES PARA OSTEOSINTESIS •Cadera •Interfalanges •Rodilla •Placas, clavos y tornillos •Humero •Elem. p/columna •Tobillo Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 14
  15. 15. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOSPara el diseño de implantestraumatológicos se siguen los siguientespasos:•Estudio biomecánico de la articulación•Estudio cinemático: ejes y planos demovimiento, fuerzas y momentos actuantes•Estudio cinético: elementos individualesactuantes y su contribución al movimiento Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 15
  16. 16. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOSLas herramientas comúnmente utilizadasson:•Método de elementos finitos•Técnicas estéreo-fotogramétricas•Ensayos mecánicos de partes blandas o dearticulaciones en cadáveres•Pruebas de biocompatibilidad en modelos•Pruebas de funcionalidad en cadáveres Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 16
  17. 17. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOSLas herramientas comúnmente utilizadasson: Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 17
  18. 18. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS ¿Que factores se deben considerar paradiseñar un implante para reemplazo articular?•Estado de tensiones de laarticulación sana- Magnitud y dirección delas cargas- Resistencia del huesocortical y esponjoso- Puntos de máxima carga yubicación en el espacio Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 18
  19. 19. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS¿Que factores se deben considerar para diseñar un implante para reemplazo articular?•Estado de tensiones buscado delos componentes protésicosimplantados- Transmisión de cargas y puntos deaplicación- Comparación con las cargas aplicadasen la articulación sana- Puntos de concentración de tensionesque puedan conducir al fallo del material- Productos del desgaste: volumen ytamaño de las partículas Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 19
  20. 20. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS¿Que factores se deben considerar para diseñar un implante para reemplazo articular? •Otros factores - Tipo de paciente al que se implantará - Técnica quirúrgica utilizada - Patología previa presentada por el paciente - Factores particulares Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 20
  21. 21. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS¿Que factores se deben considerar para diseñar un implante para reemplazo articular?Teniendo en cuenta los puntos anteriores se definen lossiguientes criterios:• Biomateriales a utilizar• Forma de los componentes protésicos• Método de anclaje• Procesos utilizados en la fabricación: Normas, tecnología aplicada, herramientas de control del proceso, etc. Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 21
  22. 22. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS BIOMATERIALES Material Módulo Resistencia Deformación Densidad Elástico (MPa) máxima (g/cm3) (MPa) (%)PolímerosSilicona 1-10 6-7 350-360 1.12-1.23Nylon 2800 76 90 1.14UHMWPE 1500 34 200-250 0.93-0.94PMMA 3000 60 1-3 1.10-1.23MetalesAcero AISI 316L 200000 540-620 55-60 7.9Co-Cr 230000 900 60 9.2Ti6Al4V 110000 900 10 4.5CerámicasAlúmina 363000 490 <1 3.9Carbón pirolítico 280000 517 <1 1.5-2.0Hidroxiapatita 120000 150 <1 3.2TejidosPiel 0.34/38 7.6 60 1.0Hueso (fémur) 17200 121 1 2.0Diente (dentina) 13800 138 <1 1.9
  23. 23. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOSDISEÑO DE LOS COMPONENTES Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 23
  24. 24. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOSMETODO DE ANCLAJE DE LOS COMPONENTES •Cemento óseo polimetilmetacrilato PMMA•Método PRESS-FIT(ajuste mecánico) •Método recubrimiento poroso (ajuste biológico) Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 24
  25. 25. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS PROCESOS UTILIZADOS PARA LA FABRICACION•Normas técnicas de producto y de calidad,disposiciones legales•Tecnología utilizada para la fabricación: CAD-CAM-CAE / Relevam. de datos por RMN / utilización demaquinaria a CNC•Control del proceso: control estadístico de procesos,medición del Cp y Cpk, utilización de herramientas decontrol como FMEA, arbol de fallas, etc. Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 25
  26. 26. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS El resultado final son las siguientescaracterísticas que presentan diferentes tipos de implantes comercializables actualmente....
  27. 27. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS PROTESIS PARA CADERAA) Implantes para REEMPLAZOPARCIALB) Implantes para REEMPLAZO TOTAL B1) Implantes Total CEMENTADO: Ambos componentes se cementan al hueso B2) Implantes Total HIBRIDO: El comp. Acetabular ancla sin cemento y el femoral se cementa B3) Implantes total NO CEMENTADO Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 27
  28. 28. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS PROTESIS PARA RODILLA CARACTERISTICAS DE DISEÑO Alojam. para LCA / LCP Superficies menos congruentes No requiere base de anclaje Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 28
  29. 29. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS PROTESIS PARA RODILLA CARACTERISTICAS DE DISEÑO Leva de estabilización que Requiere base de anclaje proporciona el mov. de roto- traslación Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 29
  30. 30. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS PROTESIS PARA RODILLA CARACTERISTICAS DE DISEÑO Cajón de estabilización que proporciona el mov. de roto- traslación y estabilidad en abducción-aducción Leva de estabilización que proporciona el mov. de roto- traslación Vástagos intramedulares que proporcionan mayor estabilidad y distribución de cargas ante inestabilidades Corrección de varo-valgo mediante cuñas Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 30
  31. 31. DISEÑO DE IMPLANTES TRAUMATOLOGICOS Finalmente... los componentes deben serimplantados con instrumentales específicos.El diseño del instrumental es parte del diseño integral del implante y debe asegurar: • Rápido acceso a la articulación mediante una técnica depurada. • Asegurar ángulos y posiciones de cortes precisos • Mínimo tiempo de exposición del paciente • Inserción precisa de los componentes protésicos • Fácil limpieza y esterilización de los Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 Ing. instrumentos 31
  32. 32. Bibliografía consultada Bibliografí- Biomecánica articular y sustituciones protésicas - M.Comín, R. Dejoz, C.Atienza, J.Prat, J.L. Peris, P.Vera,A.Gil, C.Reig. - Instituto de Biomecánica de Valencia (1998).- Bearing Surfaces in Total Hip Replacements - State of the Art and Future Development - Harry A.McKellop, Ph.D. (2000)- Artículos del JBJS - American Issues. Sitios web consultados- Zimmer Inc. (USA)- Joint Replacement (Johnson & Johnson - DePuy - USA)- Exactech (USA)- Biomet (USA)- Google Images Ing. Pablo R. Carbonell – Octubre 2009 32
  33. 33. MUCHAS GRACIAS CONSULTAS: prcarbonell@yahoo.com.ar

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