Introduzione: I chirurghi nel Regno Unito e in Europa usano generalmente un mantello di cemento più sottile rispetto ai loro omologhi negli Stati Uniti per la componente femorale in total hip replacement (THR). Lo scopo di questo studio era quello di confrontare le prestazioni di diversi spessori del mantello di cemento utilizzando l’analisi agli elementi finiti. Le misure che possono essere comparate comprendono il cracking del cemento, la subsidenza, la migrazione e la schermatura delle sollecitazioni. In questo studio, usiamo un modello lineare-elastico del femore impiantato per dare una previsione delle sollecitazioni nel mantello di cemento e nella corteccia femorale. Queste misure forniscono un’indicazione dei tassi relativi di cracking del cemento e perdita di materiale osseo a causa della schermatura dello stress. Per valutare l’affidabilità del nostro modello nel rappresentare pazienti con diverse densità ossee, utilizziamo una gamma di rigidità spongiose dell’osso.
Metodo: Due femori cadaverici dello stesso donatore sono stati dimensionati, alesati e impiantati con identici componenti femorali di replica in plastica seguendo la tecnica chirurgica standard per il sistema dell’anca di Stanmore. Uno è stato preparato utilizzando raspe UK, over-alesatura da ~2mm, l’altro utilizzando raspe USA, over-alesatura da ~5mm. Seriali CT-scan sono stati utilizzati per creare modelli geometrici tridimensionali del femora impiantato. Due maglie ad elementi finiti sono state costruite a mano in MSC. Marc software agli elementi finiti, che incorpora osso corticale e spongioso, cemento osseo e protesi. Ogni modello era composto da 10.000 elementi in mattoni a otto nodi, con un’interfaccia stelo-cemento completamente incollata. I mantelli di cemento spessi e sottili avevano spessori rispettivamente di 2,5 mm e 1,0 mm, nelle regioni in cui lo spessore è influenzato dalla dimensione della raspa. I modelli erano identici nel canale midollare distale. L’osso corticale è stato modellato come isotropico trasversalmente, con moduli longitudinali e trasversali di 17,0 e 11,5 GPa. Al cemento osseo è stato dato un modulo di 2,7 GPa. Le condizioni di carico sono state scelte per rappresentare la fase di attacco del tallone dell’andatura. Al fine di valutare l’impatto della variabilità nella densità ossea del paziente, il modulo osseo spongioso è stato variato tra 0,06 e 2,90 GPa.
Risultati: Lo stress equivalente è stato esaminato sulla superficie esterna della corteccia e sulla superficie interna del mantello cementizio. Le sollecitazioni ossee corticali più basse erano quelle prossimali e quelle cementizie più alte attorno alla punta distale della protesi. Nella corteccia prossimale, sono state osservate sollecitazioni equivalenti più elevate medialmente e lateralmente con uno spesso mantello di cemento. Distalmente, sono state osservate sollecitazioni di cemento inferiori nel mantello di cemento spesso. Con il modulo spongioso più alto, c’era poca differenza tra i due modelli. Man mano che questo modulo veniva ridotto, le differenze di stress tra i modelli diventavano più evidenti. Per tutti i moduli spongiosi dell’osso, gli sforzi distali massimi del cemento erano più bassi e gli sforzi prossimali minimi del calcar più alti nel mantello spesso del cemento.
Discussione: la schermatura dello stress prossimale era maggiore nel calcar, in accordo con i risultati clinici. Il manto di cemento più spesso ha portato a una minore schermatura dello stress in questa regione. Le sollecitazioni del cemento, più alte intorno alla punta distale della protesi, erano più grandi nel sottile mantello di cemento. Ciò suggerisce un più alto tasso sia di cracking che di riassorbimento osseo nei manti sottili del cemento. Sebbene osservato in una gamma di rigidità ossea spongiosa, questo risultato si applica in particolare ai pazienti con bassa densità ossea.
