Modelo Delta XTEND (DePuy) con altura de cúpula humeral de 6 mm

articulación glenohumeral construidos con RSA utilizando una réplica de prótesis Delta XTEND (DePuy) de poliuretano con altura de cúpula humeral de 6 mm. En las siguientes figuras se observa el espectro de isocromáticas del modelo físico en 3D y 2D. Como se explicó en el capítulo anterior h representa la altura de la cúpula humeral. La vista medial del húmero se encuentra entre el hueso y el cuerpo, se observa la parte más próxima al plano sagital. La vista anterior es la cara delantera del hueso, mientras que, la vista posterior es la cara de atrás del húmero. La vista lateral del húmero es la parte que se encuentra más lejos al plano sagital. En la Figura 5.5 se observa el húmero en 3D. En la Figura 5.6 y Figura 5.7 se comprueba el signo del húmero y se observan las tensiones y deformaciones internas del hueso mediante un análisis de fotoelasticidad en 2D.

Figura 5.5. Fotoelasticidad 3D. Muestra 1 (húmero, cúpula humeral: 6 mm)

Para comprobar el signo o el sentido de la tensión de contorno se superpone una flexión en la muestra fotoelástica ensayada. El elemento estará sometido a flexión cuando actúen sobre él cargas que tiendan a doblarlo. En este caso, se presentan tensiones de tracción y compresión a la vez, cuando el modelo del húmero se hunde, una parte sube hacia fuera (tracción), mientras que otra se hunde hacia dentro (compresión). En la Figura 5.6 se comprueba el signo. En la parte medial del hueso se identifican tensiones de compresión, mientras que, en la parte lateral existen tensiones de tracción.

De la misma manera que se realizó el ensayo de comprobación del signo en la vista anterior del húmero, se corrobora esta información identificando el sentido de la tensión de contorno de la vista posterior del húmero (Figura 5.7). En la parte medial del hueso se identifican tensiones de compresión, mientras que, en la parte lateral existen tensiones de tracción.

Figura 5.6. Fotoelasticidad 2D. Muestra 1 (húmero, vista anterior del corte longitudinal)

Figura 5.7. Fotoelasticidad 2D. Muestra 1 (húmero, vista posterior del corte longitudinal) Para observar las franjas isocromáticas en la zona de interés de este trabajo, que corresponde al área de contacto entre la prótesis y el húmero se realiza cortes transversales paralelos al cuello anatómico del húmero y la base de la parte proximal de la prótesis. Así, se identifican las tensiones producidas por la RSA en las zonas próximas al cuello y el cuerpo del húmero. El registro de imágenes de fotoelasticidad 2D se puede observar en la Figura 5.8. El análisis del patrón de isocromáticas de la vista frontal y reversa de cada corte es similar, validando de esta manera los resultados obtenidos.

En la parte más proximal de la prótesis existen tensiones de contacto irregulares. En el corte dos existe un descenso notable de las tensiones, mientras que, en el cote tres hay tensiones muy bajas salvo en zonas localizadas de contacto con las nervaduras. Se puede observar un progresivo aumento de la transmisión de carga en la cara posterior a las nervaduras en el corte cuatro, cinco y seis. En el corte siete se visualiza una brusca reducción de tensión al final de las nervaduras. En el corte ocho, nueve, diez, once y doce se identifica una recuperación parcial de la tensión y mantenimiento casi constante. En los otros cortes próximos al extremo distal hay una ligera disminución de tensión y no hay “efecto punta” en el extremo distal. El análisis de fotoelasticidad 2D se observa en la Figura 5.9.

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Figura 5.8. Fotoelasticidad 2D. Muestra 3 (húmero, vista frontal y reverso del corte transversal)

Figura 5.9. Análisis de fotoelasticidad 2D. Muestra 3 (húmero, vista frontal, corte transversal) En la Figura 5.10 se identifican franjas de isocromáticas de la escápula en 3D. En el montaje, la escápula se inmoviliza atornillándola al bastidor de carga, lo cual provoca tensiones y deformaciones del sistema de montaje que no son importantes en este estudio. De la misma manera, se emplean puntas metálicas enclavadas para orientar las cargas que los cables transmiten al húmero. Se observan en estas zonas tensiones de anclaje de los vástagos metálicos que no son relevantes. La zona entre el acromion y el cuello escapular tiene concentraciones muy bajas de tensiones de compresión y tracción, lo mismo sucede con la espina escapular y en menor medida con la fosa supraespinosa. Se identifican tensiones bajas en la parte de la apófisis coracoides más próxima al tubérculo supraglenoideo. La vista frontal de la cavidad glenoidea presenta tensiones irregulares, las cuales son analizadas de mejor manera con fotoelasticidad en 2D.

Figura 5.10. Fotoelasticidad 3D. Muestra 1 (escápula)

El objetivo de esta tesis es analizar las tensiones y deformaciones producidas en la articulación con RSA, por lo tanto, en la escápula la zona de estudio que se desea analizar es la cavidad glenoidea y sus proximidades. La fotoelasticidad en 2D permite analizar las tensiones internas de tracción y compresión en dicha zona.

Para observar las franjas isocromáticas en esta zona se realizan cortes transversales paralelos a la cavidad glenoidea, de esta manera, se identifican las tensiones producidas por la RSA en las zonas próximas a la cavidad glenoidea (acromion, apófisis coracoides, tubérculo infraglenoideo, cuello de la escápula) y a la prótesis Delta XTEND (Figura 5.11). El registro de imágenes se realiza de la vista medial de la escápula, la cual está más próxima al plano sagital. En la Figura 5.12 se observan las tensiones y deformaciones con luz monocromática. El ensayo con luz monocromática es necesario para validar los resultados obtenidos con el anterior análisis.

En el corte uno existe irregularidad en el reparto de tensiones en los tornillos, las tensiones mayores se encuentran en el plano vertical y en mayor medida en el tornillo próximo al tubérculo supraglenoideo. El tetón central de la prótesis no transmite carga y hay grandes áreas periféricas descargadas. En el corte dos hay un aumento general de los niveles de tensión, y hay un comportamiento similar al corte uno. En el corte tres hay concentraciones de tensiones de compresión y tracción entre el acromion y el cuello escapular. En el corte cuatro y cinco se observan tensiones similares entre el acromion y el cuello escapular. Se identifican tensiones bajas en la parte de la apófisis coracoides más próxima al tubérculo supraglenoideo. El tornillo superior transmite más cargas en comparación con los otros tres. Hay extensas zonas del contorno de la cavidad glenoidea que quedan descargadas.

El análisis de fotoelasticidad de la Figura 5.12 es similar a la Figura 5.11, validando de esta manera los resultados obtenidos. El registro de resultados también se comprueba con las imágenes de la cara dos, las cuales, tienen un patrón de isocromáticas similar. La cara uno corresponde a la vista frontal del corte, mientras que, la cara dos es la vista reversa del mismo corte.

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Figura 5.11. Fotoelasticidad 2D. Muestra 1/ Delta XTEND / h: 6 mm

Figura 5.12. Fotoelasticidad 2D. Luz Monocromática. Muestra 1/ Delta XTEND / h: 6 mm A continuación, se analizan los cortes uno, dos y tres por separado porque existen patrones de isocromáticas importantes del conjunto hueso-prótesis en estas tres rodajas. En la Figura 5.13 se puede observar irregularidad en el reparto de tensiones en los tornillos. Las tensiones de los tornillos del plano vertical son superiores. En el plano horizontal, el tornillo externo (derecho en la vista) aparece algo más cargado. Hay extensas zonas del contorno de la cavidad glenoidea que quedan descargadas. El vástago central no transmite carga. No hay tensiones en el coracoides debido a que el estado de carga del ensayo no transmite fuerzas directamente al mismo, sin embargo, en la zona más próxima al tubérculo supraglenoideo presenta tensiones muy bajas.

En la Figura 5.14 que corresponde al corte dos de la muestra uno hay un aumento general de los niveles de tensión. Las tensiones en los tornillos del plano vertical siguen siendo superiores. La distribución de tensiones en los tornillos superior e inferior es asimétrica y se concentra en la parte inferior. El tornillo lateral interno está mucho más cargado que el externo. El vástago central sigue sin transmitir carga. Todas las zonas alejadas de los tornillos están muy descargadas.

Figura 5.13. Fotoelasticidad 2D. Corte 1. Muestra 1/ Delta XTEND / h: 6 mm

Figura 5.14. Fotoelasticidad 2D. Corte 2. Muestra 1/ Delta XTEND / h: 6 mm

En la Figura 5.15 que corresponde al corte tres de la muestra uno la zona entre el acromion y el cuello escapular tiene concentraciones de tensiones de compresión y tracción. Las tensiones de los tornillos del plano vertical son superiores. El tornillo superior transmite carga incluso después de este corte. Hay extensas zonas del contorno de la cavidad glenoidea que quedan descargadas. El vástago central apenas transmite carga.

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Figura 5.15. Fotoelasticidad 2D. Corte 3. Muestra 1/ Delta XTEND / h: 6 mm

El análisis en 3D de las muestras dos y tres son similares, se realizaron dos ensayos adicionales para comprobar la repetitividad de los resultados. En el húmero se observa que en la parte medial del hueso existen tensiones de compresión, mientras que, en la parte lateral existen tensiones de tracción. Las tensiones de contacto entre el hueso y la prótesis aparentemente son irregulares. Se observan tensiones de anclaje de los vástagos metálicos correspondientes a los músculos para el sistema de transmisión de cargas. Además, existen más tensiones en el extremo proximal a la cabeza humeral, mientras que, hay una ligera disminución de tensión en medida que se acerca al extremo distal de la prótesis. En este punto existe una tendencia a descargarse. En el cuello humeral existen tensiones muy bajas, salvo en zonas localizadas de contacto con las nervaduras.

En la escápula se observan tensiones de anclaje de los vástagos metálicos correspondientes a los músculos supraespinoso, subescapular y deltoides. Las tensiones que se identifican en estos puntos no son relevantes. La zona entre el acromion con el cuello escapular y la apófisis coracoides más próxima al tubérculo supraglenoideo tienen concentraciones muy bajas de tensiones de compresión y tracción. Existen tensiones irregulares en la vista frontal de la cavidad glenoidea.

5.3.2.

Modelo Delta XTEND (DePuy) con altura de cúpula humeral de 9 mm