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. 2021 Dec 13;57(6):968–974. doi: 10.1055/s-0041-1735141

Strain Analysis in Cementless Hip Femoral Prosthesis using the Finite Element Method – Influence of the Variability of the Angular Positioning of the Implant *

Felipe Alberto Degasperi 1, Bruno Francesco Scatigna 2,, Guilherme Guadagnini Falótico 2, Valéria Romero 3, Ricardo Basile 4, Edmilson Takehiro Takata 2
PMCID: PMC9757972  PMID: 36540742

Abstract

Objective  The present study aims to evaluate the influence of different positioning of the hip femoral prosthesis on the stress and strain over this implant.

Methods  A femoral prosthesis (Taper - Víncula, Rio Claro, SP, Brazil) was submitted to a stress and strain analysis using the finite element method (FEM) according to the International Organization for Standardization (ISO) 7206-6 Implants for surgery – Partial and total hip joint prostheses – Part 6: Endurance properties testing and performance requirements of neck region of stemmed femoral components standard. The analysis proposed a branch of the physical test with a +/− 5° angle variation on the standard proposed for α and β variables.

Results  The isolated +/− 5° variation on the α angle, as well as the association of +/− 5° variation on the α and β angles, presented significant statistical differences compared with the control strain ( p  = 0.027 and 0.021, respectively). Variation on angle β alone did not result in a significant change in the strain of the prosthesis ( p  = 0.128). The stem positioning with greatest implant strain was α = 5° and β = 14° ( p  = 0.032).

Conclusion  A variation on the positioning of the prosthetic femoral stem by +/− 5° in the coronal plane and/or the association of a +/− 5° angle in coronal and sagittal planes significantly influenced implant strain.

Keywords: arthroplasty, replacement, hip; hip prosthesis; finite element analysis; equipment failure analysis

Introduction

Total hip arthroplasty (THA) is one of the most successful surgeries today, with excellent long-term outcomes. However, the success of the procedure depends on several factors, including correct surgical indication, adequate planning, and effective surgical technique. 1

The cyclic load imposed on the hip during a wide range of activities is extremely high. 2 The prosthetic joint must be prepared to withstand such stress loads, resisting the imposed strain. The orthopedic surgeon must reconstruct the hip biomechanics in the most suitable way at arthroplasty, restoring muscle strength momentum to ensure a long-term survival of the implant. The correct positioning of the prosthetic components is critical to the harmonic transfer of loads over the hip and good mechanical joint functioning. 3

Experimentally, preclinical laboratory biomechanical tests determine the fatigue strength properties of a prosthetic femoral stem; these tests include those recommended by the International Organization for Standardization (ISO) 7206-4 and ISO 7206-6 standards ( Figure 1 ). 4 5 Material strength is evaluated by the stress-strain curve. In conventional tests, the load is increased until the material breaks. Using the finite element method (FEM), a computer simulation of the implant's behavior against cyclic loads is performed based on simplified biomechanical tests and previously known physical-chemical properties of the material. The FEM decreases the execution time and cost compared to traditional biomechanical simulations. 6

Fig. 1.

Fig. 1

ISO 7206–4 mechanical test. Source: Image from ISO 7206–4, 2010.

Usual biomechanical tests for femoral stems recommend the progressive increase of cyclic loads with the femoral component in a fixed angular position. 7 8 Thus, these tests neglect the behavior of femoral stems implanted in varus/valgus or anticurve/recurve, which are commonly seen in clinical practice and potentially have a decisive influence on the long-term survival of the implant. Thus, the objective of the present study is to evaluate, using FEM, the influence of the variability of the angular positioning of a prosthetic femoral stem on the stress and strain over the implant.

Material and Methods

First, a laboratory biomechanical test of the prosthetic femoral stem (Taper - Víncula, Rio Claro, SP, Brazil) was performed ( Figure 2 ) in a fixed angular position according to the ISO 7206-4 ( Figure 1 ) and ISO 7206-6 standards. 4 5 This anatomically designed, triple-wedge titanium stem presents a cementless fixation method and proximal porosities for osteointegration.

Fig. 2.

Fig. 2

Geometric representation. Source: Author's collection.

This study was based on data from the initial biomechanical test and the physicochemical properties of the prosthesis. At the Ansys Workbench 19.1 platform, an online virtual engineering portal (ANSYS, Inc. Canonsburg, PA, USA), the platform's “solver static structural” was used along with the parameterization of load vector components. This additional analysis proposed a branch of the physical test with +/− 5° angular variations in the coronal and sagittal planes in relation to the angle recommended by ISO.

The material's characteristics inserted in the platform were provided by the ASTM F136–Standard Specification for Wrought Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) Alloy for Surgical Implant Applications (ASTM F136, 2013) standard 9 ( Table 1 ). Although the modulus of elasticity of this material is approximately 110 Gpa, its shear strength is relatively low. Physical properties of the titanium alloy include a tensile strength of 780 to 1,050 GPa, density of 4.4 g/cm 3 , and a Poisson ratio of 0.34. 10 For the purposes of computational analysis, the behavior of the material under loads was considered perfectly plastic ( Figure 3 ).

Table 1. Material properties.

Properties Alloy (F136)
Breaking stress [MPa] 860
Yield [MPa] 795
Elongation [%] 10
Area reduction [%] 20

Source: Table adapted from Park & Lakes, 2007.

Fig. 3.

Fig. 3

Material properties. Source: Author's collection.

Boundary Conditions (Loading and Movement Restrictions)

The test was carried out per ISO 7206–6, 5 but with a movement restriction on the prosthesis during load application, a condition known as “bonded” ( Figure 4 ). To eliminate tension concentrators in the region of main interest for the study (the neck-body transition), the setting was made 10 mm below the point proposed by the technical standard. For loading, a vector was applied to the cone, where coupling with the femoral head is usually performed, simulating the center of rotation of the system ( Figure 4 ).

Fig. 4.

Fig. 4

Boundary conditions. Source: Author's collection.

Load components variation was calculated by load vector decomposition ( Figure 5 ). The standard positioning of the femoral stem according to the aforementioned technical standard was α angle = 10° and β angle = 9°, with an applied force of 5,340 N. Subsequent computational tests were performed with the same force applied in different combinations of +/− 5° α and β angles, as shown in Table 2 .

Fig. 5.

Fig. 5

Force components. Source: Author's collection.

Table 2. Load angulation range.

α° β° Comp X [N] Comp Y [N] Comp Z [N]
10 9 915.86 5,258.87 145.06
10 4 925.02 5,258.87 64.68
10 14 899.74 5,258.87 224.33
5 9 459.68 5,319.68 72.81
5 4 464.28 5,319.68 32.47
5 14 451.59 5,319.68 112.59
15 9 1,365.08 5,158.04 216.21
15 4 1,378.73 5,158.04 96.41
15 14 1,341.04 5,158.04 334.36

Finite Element Model (Mesh)

The mesh for system interpretation was based on a parabolic solid tetrahedral element with an average size of 3 mm filling the prosthesis body region. The cone-neck block used a dominant hexahedral element with an average size of 2 mm ( Figure 6 ).

Fig. 6.

Fig. 6

Finite element (mesh) model. Source: Author's collection.

The stem area for the stress versus strain test was chosen based on the equivalent stress in six different regions of the prosthesis. The area with the highest equivalent stress (neck-body transition–stem introducer coupling point) was chosen, as demonstrated in Table 3 and Figure 7 .

Table 3. Mesh convergence.

Tetrahedral fill region (mm) Region of hexahedral interest (mm) Number of knots/Elements Equivalent stress (MPa)
5 mm 4 mm 5,155/1,818 276.93
5 mm 3 mm 7,439/2,572 275.56
5 mm 2.5 mm 9,880/3,318 278
4 mm 2 mm 14,913/4,816 284.72
3 mm 2 mm 15,451/5,078 283.92
2 mm 1.5 mm 28,908/9,508 328.67

Fig. 7.

Fig. 7

Region with higher stress concentration. Source: Author's collection.

Statistical Analysis

The statistical analysis was performed with the Excel Office 2010 software (Microsoft Corp., Redmond, WA, USA) and the IBM SPSS Statistics for Windows, Version 20.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Variables were compared using the Student t-test after checking data normality and variance. Significance was set as p -value equal to 0.05 and a 95% confidence interval.

Results

Table 4 describes stress and strain findings in the neck-body transition region of the stem in different positions.

Table 4. Mesh convergence.

α° β° Equivalent stress (MPa) Main stress (MPa) Strain (mm/mm)
10 9 291.69 283.92 0.00142
10 4 284.63 277.33 0.00139
10 14 299.15 290.93 0.00146
5 9 322.26 316.07 0.00158
5 4 318.72 312.77 0.00157
5 14 326.01 319.59 0.00160
15 9 258.88 254.53 0.00125
15 4 248.37 247.11 0.00120
15 14 270.01 262.53 0.00130

The statistical analysis was separated into three scenarios:

  • 1) Comparison of the test strain in standard position (α = 10° and β = 9°) with α angle variation (5° and 15°) alone

  • 2) Comparison of the test strain in standard position (α = 10° and β = 9°) with β angle variation (4° and 14°) alone

  • 3) Comparison of the test strain in standard position with α and β angles variation (α, 5° and 15°; β, 4° and 14°)

Scenarios 1 and 3 presented significant statistical difference ( p  = 0.027 and 0.021, respectively). There was no significant variation in prosthesis strain with different β angles alone ( p  = 0.128).

The stem position with greatest implant strain was α = 5° and β = 14° ( p  = 0.032).

None of the tested mechanical stresses caused the material to fail, as the response values did not exceed the flow values.

Discussion

In an unprecedented way, the current study evaluated the effect of varying the femoral component positioning on the strain over the implant using FEM. The main findings were that a +/− 5° variation in the coronal plane or in the coronal and sagittal plane of the femoral prosthesis in a computational test using FEM resulted in a significant increase in the strain over the implant.

In 2016, Goel and Nyman 11 cited the potential of using FEM to analyze the biomechanics of human joints. In 2019, Akrami et al. 12 described the use of FEM to analyze hip biomechanics in a study based on magnetic resonance images from a 20-year-old volunteer with no joint injuries. This study demonstrated the mechanical properties of cartilage, spongy bone, and cortical bone of the acetabulum and proximal femur, as well as their response to load simulations.

Regarding hip arthroplasties, in 2016, Reimeringer and Nuño 13 used FEM to study the behavior of the cementless femoral component in the femoral canal and demonstrated that total contact between the prosthesis and the host bone is not required for osteointegration; a contact from 25 to 57% allowed good bone integration. Bitter et al., 14 in 2017, studied the wear on modular components of THA with FEM; they could adequately predict the expected annual wear rate of the prosthetic system compared to physical tests.

In 2019, Chethan et al. 15 used FEM to study the static physical structure of several models of femoral nails and acetabular components for THA and concluded that the trapezoidal femoral components suffer less strain; ceramic acetabular inserts, on the other hand, showed better mechanical properties under load. Finite element method was validated as an alternative method to traditional physical tests on hip prostheses by Delikanli and Kayacan 16 in 2019; their study compared the behavior of a titanium femoral stem under load in a physical model and FEM, with similar results.

Therefore, several studies show the great potential of FEM within orthopedics, especially in studies of the behavior of arthroplasties regarding various load simulations. Our study reinforces, from an experimental point of view, the importance of the correct positioning of the femoral component in THA to reduce the strain over the implant and possibly increase the long-term survival of the prosthesis.

As a limitation, this is an experimental study, serving only as a conduct guide for orthopedic surgeons. Long-term clinical follow-up studies are required to compare the survival of cementless prostheses implanted in an eccentric position or centered in the femoral canal.

Based on our findings, a potential future study would be to investigate the fatigue life of this femoral component at high tensions and compare it with the FEM analysis.

Conclusion

Varying the positioning of the prosthetic femoral stem in +/− 5° in the coronal plane and/or in the coronal and sagittal planes significantly interfered with the implant strain. Long-term clinical follow-up studies with cementless hip femoral prostheses are required to verify the influence of eccentric stem positioning on arthroplasty survival.

Conflito de interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Suporte financeiro

Não houve suporte financeiro de fontes públicas, comerciais, ou sem fins lucrativos.

Financial Support

There was no financial support from public, commercial, or non-profit sources.

*

Trabalho desenvolvido na Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil

*

Study developed at Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, SP, Brazil.

Referências

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Rev Bras Ortop (Sao Paulo). 2021 Dec 13;57(6):968–974. [Article in Portuguese]

Análise da deformação na prótese femoral não cimentada do quadril pelo método de elementos finitos – Influência da variabilidade do posicionamento angular do implante *

Resumo

Objetivo  Avaliar a influência da variação do posicionamento da prótese femoral do quadril na tensão e na deformação produzidas neste implante.

Métodos  Utilizou-se a análise de tensão e de deformação da prótese femoral (Taper, Víncula, Rio Claro, SP, Brasil) pelo método de elementos finitos (MEF) de acordo com a norma ISO 7206-6 Implants for surgery - Partial and total hip joint prostheses–Part 6: Endurance properties testing and performance requirements of neck region of stemmed femoral components. A análise propôs uma ramificação do ensaio físico, com variação da angulação de +/− 5° sobre a proposta normativa das variáveis α e β.

Resultados  Ao comparar com a deformação controle, houve significância estatística com a angulação isolada de +/− 5° do ângulo α, bem como com a associação de +/− 5° nas angulações α e β ( p  = 0,027 e 0,021, respectivamente). Já com a variação apenas do ângulo β, não houve variação significativa na deformação da prótese ( p  = 0,128). A posição da haste com maior deformação no implante foi com α = 5° e β = 14° ( p  = 0,032).

Conclusão  A variabilidade de posicionamento da haste femoral protética de +/− 5° no plano coronal e/ou a associação da angulação de +/− 5° nos planos coronal e sagital interferiu de forma significativa na deformação do implante.

Palavras-chave: artroplastia de quadril, prótese de quadril, análise de elementos finitos, análise de falha de equipamento

Introdução

A artroplastia total de quadril (ATQ) é uma das cirurgias mais bem-sucedidas da atualidade, com excelentes resultados a longo prazo. No entanto, o sucesso do procedimento depende de diversos fatores - indicação cirúrgica correta, planejamento adequado e técnica operatória efetiva. 1

As cargas cíclicas impostas sobre o quadril durante as mais diversas atividades são extremamente elevadas. 2 A articulação protética deve estar preparada para suportar tais cargas de tensão resistindo à deformação imposta. Cabe ao cirurgião ortopédico reconstruir da forma mais adequada possível a biomecânica do quadril na artroplastia, restaurando momento da força de força muscular garantindo sobrevida a longo prazo do implante. Neste cenário, o correto posicionamento dos componentes protéticos é parte fundamental na transferência harmônica das cargas no quadril e no bom funcionamento mecânico da articulação. 3

No ambiente experimental, a fim de determinar as propriedades de resistência à fadiga de uma haste femoral protética, são realizados ensaios físicos pré-clínicos, tais como os preconizados pelas normativas International Organization for Standardization (ISO) 7206–4 e ISO 7206–6 ( Figura 1 ). 4 5 A resistência do material é avaliada pelo comportamento da curva tensão-deformação, sendo que, nos ensaios convencionais aumenta-se a carga até a ruptura do material. No método de elementos finitos (MEF), uma simulação computacional do comportamento do implante frente às cargas cíclicas é realizada baseada em testes físicos simplificados e nas propriedades físico-químicas previamente conhecidas do material, diminuindo o tempo de execução e o custo em relação às simulações biomecânicas tradicionais. 6

Fig. 1.

Fig. 1

Ensaio mecânico ISO 7206–4. Fonte: Imagem de ISO 7206–4, 2010.

Os ensaios biomecânicos habituais das hastes femorais preconizam o aumento progressivo das cargas cíclicas com o componente femoral em posição angular fixa. 7 8 Assim, os testes desprezam o comportamento das hastes femorais implantadas em varo ou valgo, antecurvo ou recurvo, situações frequentemente observadas na prática clínica e que podem influenciar de forma determinante na sobrevida do implante a longo prazo. Assim, o objetivo do presente estudo é avaliar, pelo MEF, a influência da variabilidade do posicionamento angular de uma haste femoral protética sobre a tensão e a deformação no implante.

Material e métodos

Inicialmente, foi realizado ensaio físico da haste femoral protética (Taper – Víncula, Rio Claro, SP, Brazil) ( Figura 2 ), em posição angular fixa conforme as normas ISO 7206–4 ( Figura 1 ) e ISO 7206–6. 4 5 Esta haste é de desenho anatômico, em tripla-cunha em titânio, de método de fixação não cimentado e porosidades proximais para osteointegração.

Fig. 2.

Fig. 2

Representação da geometria. Fonte: Acervo do autor.

Baseado nos dados do ensaio biomecânico inicial e nas propriedades físico-químicas da prótese, partiu-se para a o desenvolvimento do presente estudo. Para a análise, foi utilizada a plataforma Ansys Workbench 19.1, um portal de engenharia virtual online (ANSYS, Canonsburg, PA, EUA), utilizando o recurso “ solver static strutural” da plataforma associado paralelamente à parametrização dos componentes do vetor da carga. Esta análise adicional tem o objetivo de propor uma ramificação do ensaio físico com variação de +/− 5° nos planos coronal e sagital, em relação ao preconizado no documento normativo da ISO.

As características do material inseridas na plataforma foram obtidas na norma ASTM F136 - Standard Specification for Wrought Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) Alloy for Surgical Implant Applications (ASTM F136, 2013) 9 ( Tabela 1 ). O módulo de elasticidade deste material é aproximadamente 110 Gpa; no entanto, a resistência a cisalhamento deste material é relativamente baixa. As propriedades físicas da liga de titânio são: tensão de ruptura de 780 a 1.050 GPa, densidade de 4,4 g/cm 3 e coeficiente de Poisson de 0,34. 10 Adotou-se, para efeito de análise computacional, o comportamento do material sob cargas como perfeitamente plástico ( Figura 3 ).

Tabela 1. Propriedades do material.

Propriedades Forjado (F136)
Tensão de ruptura [MPa] 860
Tensão de escoamento [MPa] 795
Alongamento [%] 10
Redução de área [%] 20

Fonte: Tabela adaptada de Park & Lakes, 2007.

Fig. 3.

Fig. 3

Propriedades do material. Fonte: Acervo do autor.

Condições de contorno (carregamento e restrições de movimento)

O teste foi realizado seguindo a proposta descrita na norma ISO 7206–6, 5 porém com restrição de movimento na prótese durante a aplicação de cargas, condição conhecida como “bonded” ( Figura 4 ). Com a intenção de eliminar concentradores de tensão na região de interesse principal do estudo (transição colo-corpo), o engastamento foi realizado 10 mm abaixo da proposta descrita pela norma técnica. Para o carregamento, foi aplicado um vetor no cone, onde habitualmente é realizado o acoplamento com a cabeça femoral, simulando o centro de rotação do sistema ( Figura 4 ).

Fig. 4.

Fig. 4

Condições de contorno. Fonte: Acervo do autor.

A variação dos componentes da carga foi calculada através da decomposição do vetor de carga ( Figura 5 ). O posicionamento padrão da haste femoral conforme norma técnica citada acima foi de ângulos α = 10° e β = 9° e a força aplicada de 5.340 N. Testes computacionais subsequentes foram realizados com aplicação da mesma força nas diferentes combinações de ângulos α e β +/− 5°, conforme demonstrado na Tabela 2 .

Fig. 5.

Fig. 5

Componentes da força. Fonte: Acervo do autor.

Tabela 2. Variação da angulação na carga.

α° β° Comp X [N] Comp Y [N] Comp Z [N]
10 9 915,86 5.258,87 145,06
10 4 925,02 5.258,87 64,68
10 14 899,74 5.258,87 224,33
5 9 459,68 5.319,68 72,81
5 4 464,28 5.319,68 32,47
5 14 451,59 5.319,68 112,59
15 9 1.365,08 5.158,04 216,21
15 4 1.378,73 5.158,04 96,41
15 14 1.341,04 5.158,04 334,36

Modelo de elementos finitos (malha)

Para a construção da malha a ser interpretada pelo sistema, utilizamos o elemento sólido tetraédrico parabólico com tamanho médio de 3 mm preenchendo a região do corpo da prótese. Para o bloco cone-colo, um elemento hexaédrico dominante com tamanho médio de 2 mm ( Figura 6 ).

Fig. 6.

Fig. 6

Modelo de elementos finitos (Malha). Fonte: Acervo do autor.

Para a escolha da área da haste para o teste de tensão x deformação, avaliamos a tensão equivalente em 6 regiões distintas da prótese, escolhida então a área de maior tensão equivalente (transição colo-corpo - ponto de acoplamento do introdutor da haste), conforme demonstrado na Tabela 3 e na Figura 7 .

Tabela 3. Convergência da malha.

Região de preenchimento tetraédrico (mm) Região de interesse hexaédrico (mm) Números de nós/elementos Tensão equivalente (MPa)
5 mm 4 mm 5.155/1.818 276,93
5 mm 3 mm 7.439/2.572 275,56
5 mm 2,5 mm 9.880/3.318 278
4 mm 2 mm 14.913/4.816 284,72
3 mm 2 mm 15.451/5.078 283,92
2 mm 1,5 mm 28.908/9.508 328,67

Fig. 7.

Fig. 7

Região de maior concentração de tensão Fonte: Acervo do autor.

Análise estatística

Análise estatística realizada com softwares Excel Office 2010 (Microsoft Corp., Redmond, WA, EUA) e SPSS V20 (IBM Corp., Armonk, NY, EUA). As comparações entre as variáveis foram realizadas por meio do teste t de Student, após verificação da normalidade e da variância dos dados. O valor de p utilizado como significativo foi de 0,05 e o intervalo de confiança de 95%.

Resultados

A Tabela 4 descreve resultados observados de tensão e deformação na região de transição colo corpo da haste nos diferentes posicionamentos.

Tabela 4. Convergência da malha.

α° β° Tensão equivalente (MPa) Tensão principal (MPa) Deformação (mm/mm)
10 9 291,69 283,92 0,00142
10 4 284,63 277,33 0,00139
10 14 299,15 290,93 0,00146
5 9 322,26 316,07 0,00158
5 4 318,72 312,77 0,00157
5 14 326,01 319,59 0,00160
15 9 258,88 254,53 0,00125
15 4 248,37 247,11 0,00120
15 14 270,01 262,53 0,00130

A análise estatística foi separada em 3 cenários:

  • 1) comparação da deformação do teste na posição padrão (α = 10° e β = 9°) variando apenas o ângulo α (5° e 15°)

  • 2) comparação da deformação do teste na posição padrão (α = 10° e β = 9°) variando apenas o ângulo β (4° e 14°)

  • 3) comparação da deformação do teste na posição padrão variando os ângulos α e β (α de 5° e 15° e β de 4° e 14°)

Nos cenários 1 e 3, houve significância estatística ( p  = 0,027 e 0,021, respectivamente). Já com a variação apenas do ângulo β, não houve variação significativa na deformação da prótese ( p  = 0,128).

A posição da haste com maior deformação no implante foi com α = 5° e β = 14° ( p  = 0,032).

Nenhuma das solicitações mecânicas testadas levaram o material a falha, pois os valores sobre a resposta não ultrapassaram os valores de escoamento do material.

Discussão

O presente estudo de forma inédita avaliou pelo MEF o efeito da variabilidade de posicionamento do componente femoral sobre a deformação no implante. Os principais achados foram que a variação de +/− 5° no plano coronal ou a associação de +/− 5° na angulação no plano coronal e sagital da prótese femoral em teste computacional por MEF apresentaram aumento significativo na deformação do implante.

Goel e Nyman, 11 em 2016, citaram o potencial do uso do MEF para análise da biomecânica das articulações do corpo humano. Já em 2019, Akrami et al. 12 descreveram a utilização do MEF para análise da biomecânica do quadril em um estudo baseado nas imagens de ressonância magnética de uma voluntária de 20 anos de idade sem lesões nesta articulação. Esta pesquisa permitiu verificar as propriedades mecânicas da cartilagem, do osso esponjoso e do osso cortical do acetábulo e do fêmur proximal, bem como sua resposta frente a simulações de carga.

Quanto às artroplastias do quadril, Reimeringer e Nuño, 13 em 2016, estudaram pelo MEF o comportamento do componente femoral não cimentado no canal femoral e demonstraram que o contato total da prótese com o osso hospedeiro não é necessário para a osteointegração; valores entre 25 e 57% de contato permitiram boa integração óssea. Bitter et al., 14 em 2017, estudaram o desgaste, pelo MEF, em componentes modulares de ATQ, conseguindo prever de forma adequada, em relação a ensaios físicos, a taxa esperada de desgaste anual do sistema protético.

Em 2019, Chethan et al., 15 por meio do MEF, estudaram a estrutura física estática de diversos modelos de hastes femorais e componentes acetabulares para ATQ e concluíram que os componentes femorais trapezoidais sofrem menor deformação; já os inserts acetabulares em cerâmica apresentaram melhor propriedade mecânica frente às cargas. O MEF, como método alternativo aos testes físicos tradicionais nas próteses de quadril, foi validado no estudo de Delikanli e Kayacan, 16 em 2019, no qual compararam o comportamento de uma haste femoral de titânio frente a cargas num modelo físico e no MEF, com resultados similares.

Portanto, diversos estudos mostram o grande potencial do MEF dentro da ortopedia, especialmente nos estudos do comportamento das artroplastias frente a diversas simulações de cargas. O presente estudo reforça, do ponto de vista experimental, a importância do correto posicionamento do componente femoral na ATQ, de forma a reduzir a deformação do implante e, possivelmente, aumentar a sobrevida a longo prazo da prótese.

Como limitação, cita-se o fato de ser experimental, servindo apenas como um guia de conduta aos cirurgiões ortopédicos. Estudos clínicos de longo prazo de seguimento devem ser realizados, comparando a sobrevida das próteses não cimentadas implantadas em posição excêntrica àquelas centralizadas no canal femoral.

Como possibilidade para estudo futuro, a partir dos resultados obtidos, cabe o estudo da vida em fadiga deste componente femoral em tensões elevadas e sua comparação com a análise pelo MEF.

Conclusão

A variabilidade de posicionamento da haste femoral protética de +/− 5° no plano coronal e/ou a associação da angulação de +/− 5° nos planos coronal e sagital interferiu de forma significativa na deformação do implante. Estudos clínicos com seguimento de longo prazo com próteses femorais de quadril não cimentadas devem ser realizados para verificar a influência do posicionamento excêntrico das hastes na sobrevida da artroplastia.


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