Investigación de la biomecánica y mecanobiología de las fracturas de la meseta tibial mediante un modelo de elementos finitos.
Carrera Fernandez, Ion, autor.
Monllau García, Juan Carlos, supervisor acadèmic.
Gelber Ghertner, Pablo Eduardo, supervisor acadèmic.
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Cirurgia.

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2017.
Descripció: 1 recurs en línia (96 pàgines)
Resum: Las fracturas de la meseta tibial afectan a una gran articulación de carga como es la rodilla y son lesiones graves que conducen frecuentemente a anomalías funcionales. Para preservar la función normal de la rodilla, se debe mantener la congruencia articular, conservar el eje mecánico normal, asegurar la estabilidad de la fractura y recuperar el rango de movilidad completo. Alcanzar estos objetivos presenta dificultades por la importante afectación de tejidos blandos, los distintos tipos de calidad ósea y, en ocasiones, la presencia de comorbilidades de los pacientes. El mecanismo de lesión principal que da lugar a las fracturas de la meseta tibial es una tensión en varo o valgo con una carga axial asociada. La meseta lateral resulta afectada en el 55%-70% de los casos, mientras que la medial se ve afectada en el 10%-30%. Todavía no existe una práctica totalmente estandarizada en las fracturas de la meseta tibial debido a la falta de estudios biomecánicos concluyentes, y coexisten diferentes técnicas usadas para el tratamiento de estas fracturas. Tener un mejor conocimiento biomecánico de las fracturas de la meseta tibial y comparar los tratamientos más utilizados ha sido uno de los objetivos principales de esta investigación para intentar dar respuesta a la pregunta de cuál es el mejor método para tratarlas. La base de esta investigación ha sido el uso del método de elementos finitos (EF) para el estudio de las fracturas de meseta tibial y sus tratamientos. Este método consiste en subdividir geometrías complejas en un ensamblado discreto de elementos de geometría sencilla en los que los desplazamientos relativos de puntos pueden ser fácilmente calculados en función de las cargas que se ejercen sobre el elemento. Según la dimensión del problema, estos elementos podrán ser líneas (1D), triángulos o cuadrados (2D), o tetraedros o hexaedros (3D). Los desplazamientos relativos de puntos calculados dentro de los elementos están asociados a valores de tensiones vía la introducción de ecuaciones de comportamiento para el material del elemento virtualmente constituido. El objetivo del primer trabajo (Fixation of a split fracture of the lateral tibial plateau with a locking screw plate instead of cannulated screws would allow early weight bearing: a computational exploration) fue evaluar con cálculos de EF si la carga inmediata de peso sería posible tras la estabilización quirúrgica, ya sea con tornillos canulados o con una placa bloqueada en una fractura de la meseta tibial lateral. El segundo trabajo (An intact fibula may contribute to allow early weight-bearing in surgically treated tibial plateau fractures) intenta dar respuesta a la estabilidad que el peroné proximal aporta en las fracturas de la meseta tibial lateral. Se realizó un modelo de geometría tridimensional mediante elementos finitos a partir de la base de datos VAKHUM (http://www. ulb. ac. be/project/vakhum) y se creó una reconstrucción del modelo a partir de las imágenes de tomografía computarizada. Posteriormente se simuló una fractura tipo de meseta tibial lateral usando datos geométricos a partir de imágenes radiológicas y de TC. Se simularon los sistemas de tratamiento, con y sin peroné, la placa bloqueada Polyax® (Biomet Inc, IN, USA) y un set de tornillos canulados de 6,5 mm (Biomet Inc, IN, USA). Las fracturas de la meseta tibial lateral, fijadas ya sea con placa bloqueadas o con tornillos canulados, no mostraron movimientos interfragmentarios clínicamente relevantes en un modelo de EF. La fijación de la fractura con una placa bloqueada mostró una mayor estabilidad mecánica que la fijación con tornillos canulados. La placa bloqueada podría también permitir una capacidad de carga completa o al menos parcial bajo postura estática. Este modelo de EF mostró que un peroné intacto podría contribuir a la estabilidad mecánica de las fracturas de la meseta tibial lateral, y combinado con placa, la integridad mecánica que aporta el peroné puede permitir una capacidad de carga temprana y sin movimientos interfragmentarios significativos.
Resum: Tibial plateau fractures affect to the knee joint and they are injuries that often cause functional impairment. To preserve the normal function of the knee, articular congruence must be achieved, stable fixation must be obtained as well as physiological knee aligment in order to recover full range of motion. This goals are often difficult to be achieved due to the soft tissue damage, bone quality and patient comorbidities. The most frecuent injury mechanism is an axial load of the knee combined with and excessive valgus or varus force. Lateral plateau is affected on 55%-70% of the cases and medial plateau on 10%-30%. There is not yet a totally standardized technique to approach all tibial plateau fractures due to the little number of biomechanic studies, therefore there are diferent techniques to treat the same fractures. The aim of this study was to have a better biomechanic understanding of tibial plateau fractures and to compare the most common treatments to asses what is the best way to treat these injuries. This investigation was conducted using finite elements (FE). FE method consists on subdividing complex geometries in a less complex geometry element assemblement. Therefore relative movements in the geometry can be easily measured and accurate calculations can be obtained. Depending on the dimension of the geometry studied the elements can be linear (1D), triangles or squares (2D)or tetrahedrons or hexahedrons (3D). Relative displacements of calculated points inside the elements are associated to tension values with behavioral equations for virtually simulated material and geometry. The purpose of the first study (Fixation of a split fracture of the lateral tibial plateau with a locking screw plate instead of cannulated screws would allow early weight bearing: a computational exploration) was to assess, with finite element (FE) calculations, whether immediate weight bearing would be possible after surgical stabilization either with cannulated screws or with a locking plate in a split fracture of the lateral tibial plateau (LTP). The purpose of the second study ( An intact fibula may contribute to allow early weight-bearing in surgically treated tibial plateau fractures ) was to assess differences in interfragmentary movement (IFM) in a split fracture of lateral tibial plateau, with and without intact fibula. It was hypothesized that an intact fibula could positively contribute to the mechanical stabilization of surgically reduced lateral tibial plateau fractures. A split fracture of the LTP was recreated in a FE model of a human tibia. A three-dimensional FE model geometry of a human femur-tibia system was obtained from the VAKHUM project database, and was built from CT images from a subject with normal bone morphologies and normal alignment. The mesh of the tibia was reconverted into a geometry of NURBS surfaces. A split fracture of the lateral tibial plateau was reproduced by using geometrical data from patient radiographs. A locking screw plate (LP) and a cannulated screw (CS) systems were modelled to virtually reduce the fracture and 80 kg static body-weight was simulated with and without fibula. While the simulated body-weight led to clinically acceptable interfragmentary motion, possible traumatic bone shear stresses were predicted nearby the cannulated screws. With a maximum estimation of about 1. 7 MPa maximum bone shear stresses, the Polyax system might ensure more reasonable safety margins. Split fractures of the LTP fixed either with locking screw plate or cannulated screws showed no clinically relevant IFM in a FE model. The locking screw plate showed higher mechanical stability than cannulated screw fixation. The locking screw plate might also allow full or at least partial weight bearing under static posture at time zero. This FE model showed that an intact fibula contributes to the mechanical stability of the lateral tibial plateau. In combination with a locking plate fixation, early weight bearing may be allowed without significant IFM, contributing to an early clinical and functional recovery of the patient.
Nota: Tesi. Doctorat. Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Cirurgia. 2017.
Nota: Premi Extraordinari de Doctorat concedit pels programes de doctorat de la UAB per curs acadèmic 2017-2018
Drets: L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: Creative Commons
Llengua: Castellà.
Document: Tesis i dissertacions electròniques. ; doctoralThesis ; publishedVersion
Matèria: Platet tibial. ; Meseta tibial. ; Tibial plateau. ; Elements finits. ; Elementos finitos. ; Finite elements. ; Fractures. ; Fracturas.
ISBN: 9788449074004

Adreça alternativa: https://hdl.handle.net/10803/456315


97 p, 3.1 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2018-02-21, darrera modificació el 2019-02-02



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