Rediseño de un implante ortopédico para la reconstrucción posterior a la resección de una neoplasia de rodilla

Abstract

RESUMEN: La rodilla es el sitio más afectado por tumores óseos. Cuando se presentan los tumores óseos en la rodilla, existen dos opciones terapéuticas para el tratamiento: La amputación sobre la rodilla, o bien la eliminación quirúrgica del tumor (resección en bloque), seguida de la reconstrucción del sitio afectado. La primera opción se complementa por lo general con una prótesis externa. Esta opción presenta la ventaja de ofrecer una mejor función, no obstante, puede resultar una experiencia traumatizante física y emocionalmente para el paciente, y conlleva un elevado costo. La segunda opción implica la colocación de un implante de una aleación de titanio Ti-6Al-4V (el cual consta de un espaciador, clavo intramedular y pernos, tanto para la tibia, como para el fémur) posterior a la resección en bloque del tumor. Esta opción presenta una gran estabilidad, a pesar de que en algunos pacientes se presentan complicaciones como la ruptura del clavo, lesión neurovascular, fractura de la tibia o fémur durante la inserción y la no-unión. Por otra parte, los pacientes con artrodesis de la rodilla mostraron una mayor estabilidad en el miembro afectado, presentaban mayor habilidad para caminar en superficies disparejas, o resbalosas, o para subir y bajar cuestas. Los pacientes de este grupo realizaban las actividades más demandantes desde el punto de vista físico. Por lo antes mencionado es claro que la artrodesis es la alternativa que le permite al paciente tener la mayor actividad física y, por ende, se puede reincorporar a la vida laboral, con la mejor funcionalidad de las alternativas terapéuticas mencionadas. El servicio de tumores óseos del Instituto Nacional de Rehabilitación Luis Guillermo Ibarra Ibarra (INR-LGII) desarrolló un prototipo de implante para artrodesis de rodilla cuyo empleo reporta resultados satisfactorios. Sin embargo, se han observado complicaciones en la colocación de este dentro del quirófano, como son; dificultad para localizar la fosa trocantérica, dificultad para pasar el clavo intramedular por el cuerpo del fémur, el riesgo de fracturar la tibia y/o el fémur al introducir el clavo intramedular, y por último, la dificultad para localizar los barrenos del clavo, tanto en la tibia, como en el fémur, lo que implica que se requiera una gran destreza del cirujano en el manejo de este implante en particular. En algunos casos, las complicaciones mencionadas podrían conducir al aflojamiento del implante, causándole dolor al paciente, además de afectar su estabilidad, pudiendo desembocar en una falla y/o fractura del hueso y/o clavo intramedular, llevando al paciente a una nueva cirugía para la colocación de otro implante, o en casos más severos, se puede llegar a la amputación del miembro, que implica la desarticulación de toda la extremidad, lo que tendría un efecto devastador para el paciente y su familia. Esta situación requeriría de nuevos ajustes en el estilo de vida del paciente, enfrentando en la mayoría de los casos limitaciones financieras, lo que repercutiría en su calidad de vida. Por ello es importante realizar un rediseño del implante para mejorar su colocación, y de esta forma se contribuirá a mejorar el desempeño del implante, reducir las complicaciones e incrementar su longevidad. Para desarrollar el rediseño del implante para tumores de rodilla se hizo uso de un método de diseño (QFD), a través de este método se identificó y entendió que los requerimientos de los usuarios se encontraban dentro de quirófano, ya que la complicación se presenta en la colocación de este. El primer paso fue reunirnos con los usuarios y realizar entrevistas, así también se asistió a cirugías para un mejor entendimiento de la problemática, posteriormente se realizaron lluvias de ideas sobre el rediseño y se desarrollaron las cuatro casas de la calidad del QFD, con el propósito de llegar a la manufactura del rediseño. Para la validación del rediseño se comparó su comportamiento biomecánico vs el comportamiento del implante utilizado en el servicio de tumores óseos, esta comparación se llevó a cabo por medio del método de elementos finitos (MEF), donde se evaluó el desempeño de las diferentes piezas que conforman al rediseño y el implante original, dando como resultado un aumento de esfuerzos en la mayor parte de las piezas que conforman el rediseño propuesto en este trabajo, cabe mencionar que este comportamiento no compromete su función, en tanto que se resuelven los requerimientos de los clientes. Al final del proceso se obtuvieron los planos del rediseño, finalmente se fabricó un prototipo del rediseño del implante, en aluminio. ABSTRACT: The knee is the site most affected by bone tumors. When bone tumors occur in the knee, there are two therapeutic options for treatment: Amputation over the knee, or surgical removal of the tumor (block resection), followed by reconstruction of the affected site. The first option is usually complemented by an external prosthesis. This option has the advantage of offering a better function, however, it can be a traumatizing experience physically and emotionally for the patient, and entails a high cost. The second option involves the placement of an implant of a Ti-6Al-4V titanium alloy (which consists of a spacer, intramedullary nail and bolts, both for the tibia and for the femur) after block resection of the tumor. This option has great stability, despite the fact that in some patients there are complications such as nail breakage, neurovascular injury, fracture of the tibia or femur during insertion and non-union. On the other hand, patients with knee arthrodesis showed greater stability in the affected limb, presented greater ability to walk on uneven, slippery surfaces, or to climb and lower slopes. The patients in this group performed the most demanding activities from the physical point of view. From the aforementioned it is clear that arthrodesis is the alternative that allows the patient to have the greatest physical activity and, therefore, can return to work life, with the best functionality of the aforementioned therapeutic alternatives. The bone tumor service of the Luis Guillermo Ibarra Ibarra National Rehabilitation Institute (INR-LGII) developed a prototype knee arthrodesis implant whose use reports satisfactory results. However, complications have been observed in the placement of this within the operating room, such as; difficulty locating the trochanteric fossa, difficulty passing the intramedullary nail through the body of the femur, the risk of fracturing the tibia and / or the femur when introducing the intramedullary nail, and finally, the difficulty in locating the nail holes, both in the tibia, as in the femur, which implies that a great skill of the surgeon is required in the management of this particular implant. In some cases, the aforementioned complications could lead to loosening of the implant, causing pain to the patient, in addition to affecting its stability, and can lead to a failure and / or fracture of the bone and / or intramedullary nail, leading the patient to another surgery for placement of another implant, or in more severe cases, amputation of the limb can be achieved, which involves the disarticulation of the entire limb, which would have a devastating effect on the patient and his family. This situation would require new adjustments in the patient's lifestyle, in most cases facing financial limitations, which would have an impact on their quality of life. Therefore, it is important to redesign the implant to improve its placement, and in this way it will contribute to improve implant performance, reduce complications and increase its longevity. To develop the redesign of the implant for knee tumors, a design method (QFD) was used, through this method it was identified and understood that the requirements of the users were within the operating room, since the complication is presented in the placement of this implant. The first step was to meet with users and conduct interviews, and surgeries were also attended for a better understanding of the problem, later brainstorming about the redesign was carried out and the four houses of the QFD were developed, with the purpose of reaching the redesign manufacturing. For the validation of the redesign, its biomechanical behavior was compared vs the behavior of the implant used in the bone tumor service, this comparison was carried out by means of the finite element method (FEM), where the performance of the different pieces that were evaluated was evaluated. conform to the redesign and the original implant, resulting in an increase of efforts in most of the pieces that make up the redesign proposed in this work, it is worth mentioning that this behavior does not compromise its function, while the requirements of the customers. At the end of the process plans of the redesigned implant were obtained, finally a prototype of the implant redesign was made, in aluminum.