Análisis experimental del comportamiento y la durabilidad de los componentes de UHMWPE en las prótesis de rodilla frente al desgaste (ANALEX)



Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2000-2003
Desarrollo y validación de una herramienta numérica, basada en el empleo del método de los elementos finitos, que permita una rápida evaluación del desgaste en los nuevos diseños utilizados en prótesis de rodilla, que incorporan polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE).

Aunque con los últimos diseños de prótesis se han conseguido supervivencias de más de 15 años, los problemas de aflojamiento y del fallo por desgaste del componente de UHMWPE aún son importantes. La situación se agrava si se tiene en cuenta el número de implantes que se realizan al año; sólo en España se implantan alrededor de 26.000 prótesis de rodilla.

Es evidente la importancia de un buen conocimiento del comportamiento al desgaste puesto que una alta tasa conduce irremediablemente a una reducción de la vida útil de las prótesis, requiriendo la reintervención y revisión con el consiguiente gasto sanitario y pérdida de calidad de vida en el paciente.

El objetivo del proyecto es el desarrollo y validación de una herramienta numérica, basada en el empleo del método de los elementos finitos, que permita una rápida evaluación del desgaste en los nuevos diseños utilizados en prótesis de rodilla, que incorporan polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE). La función principal de la herramienta será la predicción de vida ante el desgaste del citado componente plástico (UHMWPE)

Objetivos:

  • 1. El desarrollo de una nueva herramienta numérica, basada en la utilización del método de los elementos finitos, que permita una evaluación rápida de los nuevos diseños utilizados en las prótesis de rodilla frente al desgaste del polietileno (UHMWPE). Se pretende pues reducir los costes de producción de las empresas del sector, al ser menor el número de ensayos de desgaste necesarios antes de sacar un nuevo producto al mercado. Este aspecto tiene vital importancia dado que tan sólo un 5% de las endoprótesis de rodilla son de fabricación nacional.
  • 2. Caracterización de diversos polietilenos de ultra alto peso molecular (UHMWPE) en cuanto a su resistencia frente al desgaste (sin incluir en este punto la fatiga). Concretamente se seleccionarán cuatro polietilenos utilizados actualmente en endoprótesis de rodilla. Dicha caracterización se realizará en condiciones similares de trabajo que las existentes en la prótesis, tanto del medio lubricante, como la frecuencia de actuación de las cargas.
  • 3. Caracterización frente a fatiga de los polietilenos citados en el párrafo anterior, de manera indirecta. El daño que se produce en el material, al trabajar en una prótesis, hace que aspectos que influyen de manera decisiva en su vida a fatiga, como por ejemplo la rugosidad, varíen notablemente como consecuencia de otro proceso de daño acumulado, la abrasión. En este sentido pierden gran parte de su utilidad los ensayos de caracterización (curvas ?-N). En este sentido caracterizar indirectamente la vida del polietileno adquiere una gran importancia. Además se utiliza como parámetro que controla el daño por desgaste medidas relativas a las partículas que se desprenden.
  • 4. Contar con distintas técnicas de evaluación del desgaste en prótesis articulares que permitan descartar pares de materiales y diseños en función de la fase del desarrollo en que se encuentre el producto en la empresa de implantes. Para las etapas iniciales se contará con ensayos de indentación para descartar los polietilenos y ensayos mediante máquinas Pin-on- Cylinder (POC) para descartar pares de materiales o materiales con distintos tratamientos que tienen un mal comportamiento abrasivo. Para ensayos en etapas intermedias del desarrollo del producto en las que se han seleccionado los materiales se podrán realizar ensayos con el simulador simplificado de rodilla en la que se puede analizar el comportamiento abrasivo y a fatiga de distintos pares de materiales a largo plazo trabajando con probetas de geometría sencilla, no siendo necesaria la fabricación de los implantes que siempre es muy costosa. El IBV cuenta con una base de datos de ensayos realizados sobre estas máquinas que le permite evaluar la bondad de los nuevos pares de materiales. Por último, en una etapa final de desarrollo de un producto siempre será necesario verificar los diseños finales y los pares de materiales seleccionados en el simulador de rodilla.
Componente tibial de UHMWPE de una prótesis de rodilla antes y después de sufrir un proceso de desgaste


Sector: Suministros ortopédicos y quirúrgicos

Coordinador: Grupo de Estructuras y Modelado de Materiales (GEMM) del Centro Politécnico Superior de la Universidad de Zaragoza.


Fecha de inicio: 01-12-2003
Fecha de finalización: 30-11-2006
Referencia del proyecto: DPI2003-09110-C02-02
PARTICIPANTE 1
GEMM 
Grupo de Estructuras y Modelado de Materiales (GEMM) del Centro Politécnico Superior de la Universidad de Zaragoza 
Coordinador 
i3a.unizar.es/grupos.php?ver=GEMM
Logo del participante
El grupo de mecánica estructural y modelado de materiales (GEMM) es uno de los grupos de investigación del Instituto de Investigación de Ingeniería en Aragón (I3A), que ha sido registrado como Grupo Consolidado de Investigación por el Gobierno de Aragón. Además de su trabajo en los campos de investigación que se describen más adelante, el GEMM está directamente involucrado en la enseñanza en la Facultad de Medicina y en el Centro Politécnico Superior (CPS) de la Universidad de Zaragoza. También es coordinador del Programa Doctoral interdepartamental de Mecánica Computacional y participa activamente en el Programa Doctoral interuniversitario de Ingeniería Biomédica, habiendo recibido ambos programas la mención de calidad por parte del gobierno español. Con el objeto de aumentar el conocimiento público, los miembros del GEMM participan en foros, conferencias científicas, cursos y seminarios dirigidos al público en general. Finalmente, el GEMM está también muy involucrado en la promoción de colaboraciones y proyectos coordinados con otros grupos de investigación y departamentos, y redes de investigación nacionales e internacionales. 

PARTICIPANTE 2
IBV 
INSTITUTO DE BIOMECÁNICA DE VALENCIA 
Socio 
www.ibv.org
logo IBV
El IBV es una Asociación sin Ánimo de Lucro de ámbito nacional, constituida por organismos públicos y privados interesados en el desarrollo de la Biomecánica al servicio de los intereses sociales, industriales, económicos, profesionales y científicos de su entorno. Centro concertado entre el Instituto de la Mediana y Pequeña Industria Valenciana (IMPIVA) y la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) 
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