Relevancia del comportamiento hiperelástico de los ligamentos cruzados en el modelaje de la rodilla humana en el plano sagital

Resumen

La ruptura del ligamento cruzado anterior (LCA) es la lesión más común de la rodilla humana. Cuando se requiere cirugía, es de mucha ayuda para los cirujanos defi nir científi camente el mejor punto de inserción del injerto, para que pueda tener una funcionalidad similar a la de un LCA intacto. Para esto, es crucial la estimación de la fuerza que actúa en el ligamento (o injerto) en respuesta a una carga externa aplicada sobre la rodilla. Esta fuerza es llamada fuerza in-situ. El objetivo de esta investigación es evidenciar la relevancia del comportamiento hiperelástico de los ligamentos cruzados en el modelaje bidimensional de la rodilla. Para ello, se propone una metodología secuencial de modelaje basándose en teoría de mecanismos y el método de Davies. En una primera aproximación, los ligamentos cruzados son considerados como cuerpos rígidos; en una segunda aproximación, como cuerpos con comportamiento hiperelástico. Esas dos aproximaciones son comparadas. El modelo proporciona informaciones que permiten asistir el planeamiento pre-operatorio, mediante la simulación de las posiciones y la fuerzas in-situ del LCA. La metodología propuesta consiste en cuatro pasos y considera un procedimiento experimental realizado mediante un manipulador robótico que obtiene las fuerzas in-situ. Las fuerzas in-situ experimentales son usadas para validar el modelo propuesto. Además de apoyar al planeamiento pre-operatorio, el modelo permite verificar dos hipótesis biomecánicas relevantes: 1. Para la simulación de la fuerza in-situ del LCA, el modelaje de los ligamentos

cruzados como barras rígidas, presenta resultados semejantes a los del modelaje que considera el comportamiento hiperelástico (más elaborado). 2. Las fuerzas in-situ del LCA pueden ser aproximadas satisfactoriamente, cuando la rodilla es modelada como un mecanismo bidimensional de 4-barras. Con base en los resultados puede concluirse que las fuerzas obtenidas por simulaciones que consideran el comportamiento hiperelástico de los ligamentos cruzados, son muy próximas a aquellas fuerzas obtenidas en simulaciones que consideran los ligamentos cruzados como cuerpos rígidos. También se puede observar que los resultados simulados son bastante similares a los resultados experimentales, lo que es relevante considerando que el modelaje propuesto es simplificado.