EVALUACIÓN BIOMECÁNICA DE TRES TÉCNICAS DE RECONSTRUCCIÓN ACROMIOCLAVICULAR: UN ESTUDIO CON ELEMENTOS FINITOS

Abstract

El complejo articular que compone el hombro es único en el cuerpo humano, y las lesiones en él son bastante comunes. Con estudios utilizando simulaciones es posible analizar, comprender, y determinar de manera no invasiva tratamientos pertinentes para cada tipo de lesión. Para llevar a cabo estos estudios, es necesario el uso de modelos que reproduzcan a la anatomía del cuerpo humano y como interactúan sus componentes. En este trabajo, se reproduce un modelo 3D de la articulación del hombro utilizando imágenes obtenidas por medio de una Tomografía Axial Computarizada (TAC), y la utilización de software CAD generando un modelo óseo, el que se utiliza de base para el estudio de diversas técnicas de reconstrucción quirúrgica, y su comparación con un hombro totalmente sano. Para esto, se segmentaron manualmente, utilizando el software CAD SpaceClaim, ligamentos para el caso base e injertos ligamentarios, así como suturas, fibras y botones de titanio para las técnicas de reconstrucción. Con los elementos ya generados, se planteó un movimiento de abducción al que será sometida la articulación. Luego de la generación del modelo final (Geometría y condiciones de movimiento), y utilizando el software ANSYS 2020R2, se realizó la discretización, y finalmente, la simulación con método de elementos finitos. Entre los resultados de este estudio se determina que, para un movimiento de abducción, los injertos biológicos se comportan de manera bastante similar a los ligamentos originales hasta cierto punto del movimiento, en el caso del injerto isquiotibial este punto ocurre a los 100° de elevación humeral, con diferencias de hasta 2,1[MPa] de esfuerzo máximo en los 120° de elevación humeral, para el modelo que utiliza la aumentación ligamentaria AC (Acromioclavicular) es comparable al ligamento AC Posterosuperior hasta los 90° − 100° de elevación humeral mientras que con el ligamento AC Anteroinferior, el cual se busca reemplaza en esta técnica, este rango abarca hasta los 30°, con diferencias de hasta 2,5[MPa] del esfuerzo máximo hacia los 120° de elevación humeral. Para injertos más rígidos, al comparar sus curvas de esfuerzo generadas, se piensa que podrían generar mayor estabilidad en la articulación, pero a costa de la movilidad de esta. Por lo que se plantea, desde un punto de vista ingenieril, a la técnica de Fijación CC (Coracoclavicular) y Aumentación ligamentaria AC como el modelo que podría comportarse de manera más similar a un hombro totalmente sano. Además, recomendaciones para un trabajo futuro.

The joint complex that composes the shoulder is unique in the human body, and injuries to it are quite common. Studies using simulations it is possible to analyze, understand, and determine in a non-invasive way appropriate treatment for each type of injury. In order to make these studies, it is necessary to use models that reproduce the anatomy of the human body and how its components interact. In this work, a 3D model of the shoulder joint is reproduced using images obtained by Computed Axial Tomography (CT), and the use of CAD software generating a bone model, which is used as a basis for the study of various surgical reconstruction techniques, and their comparison with a totally healthy shoulder. For this, ligaments for the base case and ligament grafts, as well as sutures, fibers and titanium buttons for reconstruction techniques, were manually segmented using SpaceClaim CAD software. With the elements already generated, an abduction movement was proposed to which the joint will be subjected. After the generation of the final model (Geometry and movement conditions), and using the ANSYS 2020R2 software, the discretization was carried out, and finally, the simulation with the finite element method. Among the results of this study, it is determined that, for an abduction movement, biological grafts behave quite similarly to the original ligaments to a certain point of movement, in the case of the hamstring graft this point occurs at 100 ° humeral elevation, with differences of up to 2.1 [MPa] of maximum stress at 120° of humeral elevation, for the model that uses the AC ligament augmentation (Acromioclavicular) it is comparable to the Posterosuperior AC ligament up to 90° − 100° of humeral elevation, while with the AC Anteroinferior ligament, which is sought to be a replacement in this technique, this range covers up to 30°, with differences of up to 2.5 [MPa] from the maximum stress towards 120 ° of humeral elevation. For more rigid grafts, when comparing their generated stress curves, it is thought that they could generate greater stability in the joint, but at the cost of its mobility. Therefore, from an engineering point of view, the technique of CC fixation (Coracoclavicular) and AC ligament augmentation is proposed as the model that could behave more similarly to a totally healthy shoulder. Also, recommendations for future work.