Imagenología y distribución de cargas en la muñeca normal y postquirúrgica

Abstract

En este trabajo se determinó la distribución de cargas en la articulación radio-carpiana en la muñeca, bajo condiciones de carga y geometría, asociadas a tratamientos de artrodesis en estado estático. Para esto, se empleó el método discreto Rigid Body Spring Model (RBSM) en un modelo tridimensional de una muñeca sana. El método RBSM también se aplicó a modelos en los cuales se simularon condiciones de la muñeca luego de algún tratamiento de artrodesis, y los resultados obtenidos se compararon con aquellos reportados por otros autores. Adicionalmente, se identificó las consecuencias de dichas artrodesis sobre la distribución de cargas en la superficie articular radio-carpiana, y se determinó si los resultados favorecían, mantenían, o empeoraban la enfermedad osteoartritica que se estuviese tratando. En los modelos de la muñeca se consideraron los ligamentos tanto extrínsecos como intrínsecos que contribuyen a la estabilidad de la articulación, así como el cartílago entre los huesos que la componen, teniendo en cuenta sus propiedades mecánicas. Tanto los ligamentos como el cartílago se modelaron como materiales elástico lineales, en otras palabras, como resortes que sólo actúan bajo cargas de tensión para los primeros y compresión para el cartílago. La rigidez de cada resorte fue obtenida a partir de estudios anteriores por otros autores, dependiendo del coeficiente de elasticidad y la relación de Poisson de los materiales. Por otro lado, se tomaron en consideración las observaciones de ortopedistas y cirujanos especializados en la mano, acerca de la posición de los extremos de los tornillos empleados en placas de fijación de fracturas del radio-distal, con relación a la superficie articular radiocarpiana. Ante esta inquietud se propone una metodología para definir el ángulo óptimo en la toma de radiografías que permita visualizar la superficie articular radio distal como filo, de forma tal que se logre determinar si el tornillo ha dañado la superficie articular o está a punto de hacerlo. Para esto, se propuso obtener archivos tridimensionales en formato STL, logrados a partir de tomografías del radio en posición neutra, esto con el objetivo de determinar las diferentes inclinaciones de la articulación radio-carpiana. Aunque en otros estudios se han estimado estas inclinaciones, se ha hecho de forma experimental y sobre articulaciones de cadáveres, por lo tanto, en las radiografías tomadas a los ángulos obtenidos no se puede apreciar de forma concreta la superficie articular distal del radio de filo. Adicionalmente, no se cuenta con un valor que sirva de patrón sobre las inclinaciones en la población colombiana. Tanto la metodología para determinar la distribución de cargas en las superficies articulares distales del radio y el cúbito, como para establecer las inclinaciones del radio distal, son un avance en la relación entre el ámbito clínico y las herramientas computacionales; permitiendo establecer las posibles consecuencias de tratamientos aplicados en la mano en cuanto a la transmisión de cargas, sirviendo como una asistencia al cirujano.

Abstract In this work it was determined the load distribution on the radio-carpal joint at the wrist under load and geometry conditions, associated to treatments for arthrodesis in static state. To that end, the discrete method RBSM (Rigid Body Spring Model) was used in a threedimensional model of a healthy wrist. This method was applied to models where wrist conditions after arthrodesis treatment were simulated, and the results of these models were compared with those found by other authors. Additionally, the conditions of such arthrodesis over the load distribution on the radio-carpal joint were identified, and determined if the results favored, maintained, or worsened treated osteoarthritis disease. On the models of the wrist were taken into account both intrinsic and extrinsic ligaments, that contribute to joint stability, as well as the cartilage between the bones that compose it, considering their mechanical properties. Both ligaments and cartilage were modeled as elastic-linear materials, ergo, as springs that only act under tension loading for the firsts and compression for the cartilage. Stiffness for each spring was obtained from earlier studies by other authors, depending of the elasticity coefficient and Poisson’s ratio of the materials. Furthermore, observations from hand specialist orthopedists and surgeons were taken into consideration, related to the location of the screw ends used in fracture fixation plates of the distal radius, with relation to the radio-carpal articular surface. Given this concern, a methodology is proposed to define the optimal angle for x-ray imaging, which allows visualizing the distal articular surface as an edge, in a way that it would be possible to determine whether the screw end has damaged the articular surface or is about to. For this, it was proposed to obtain three-dimensional files in STL format, from CT-scans of the radius in neutral position, with the purpose of determining different inclinations of the radio-carpal joint. Although these inclinations have been estimated by other studies, they have been experimental and using ex-vivo specimens, thus, on CT-scans taken to the obtained angles it cannot be precisely appreciated the radius edge distal articular surface. In addition, it is not taken as a pattern-worthy value over inclinations for Colombian population. Both the methodology to determine load distribution on the distal articular surfaces of radius and ulna, and the establishment of the inclinations of distal radius, are an advancement in the relation between the medical area and the computational tools; allowing to clarify the possible consequences of treatments applied on the hand with respect to load transmission, serving as an aid to the surgeon.