Investigação numérica e experimental da dissociação do inserto acetabular Pinnacle

Abstract

A dissociação do inserto acetabular, embora uma ocorrência relativamente rara, representa um desafio significativo para diagnóstico e revisão da cirurgia de artroplastia. Esse fenômeno, que ainda carece de um termo universalmente aceito para descrevê-lo, tem se tornado mais evidente nos últimos anos, com um aumento notável de casos. Esse aumento está associado a um modelo específico de implante, o Pinnacle Acetabular Hip da DePuy Synthes, um dos mais amplamente adotados em todo o mundo para procedimentos de ATQ, segundo os RNAs. Aproximadamente 76,6% dos casos de dissociação descritos na literatura estão relacionados a este modelo. Para entender a causas dessa falha e seu comportamento mecânico, foi realizado o presente estudo analisando onze amostras de explantes do modelo Pinnacle DePuy que foram recebidas pelo Centro Nacional de Análise de Explantes (CNAEx). O estudo compreendeu cinco etapas principais. Primeiro, houve a identificação e a separação dos explantes recebidos, preparando-os para as análises subsequentes. A segunda etapa envolveu uma análise detalhada dos danos, abrangendo tanto avaliações microscópicas quanto macroscópicas. Essa análise permitiu observar as superfícies dos componentes e formular hipóteses sobre a cinemática e o movimento relativo entre o inserto e o copo acetabular com base nos danos observados, indicando a possível direção deste movimento. Posteriormente, o estudo incluiu a etapa de reconstrução geométrica baseada em uma amostra explantada. As geometrias foram empregadas na simulação computacional do comportamento mecânico dos componentes, visando testar as hipóteses de mecanismos de falha geradas nas análises macro e microscópicas de danos. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais da literatura. Finalmente, uma avaliação de degradação do material foi realizada, indicando que não havia evidência de danos oxidativos que pudessem comprometer as propriedades do componente. Os achados do estudo sugerem que a dissociação do inserto acetabular Pinnacle DePuy está relacionada à falha no mecanismo de travamento antirotativo, que depende das travas antirotativas para impedir o movimento relativo entre os componentes, e ao fenômeno de impingement. A fratura das travas pode ser tanto a causa quanto a consequência da perda de fixação entre os componentes. A geometria específica do inserto Pinnacle parece torná-lo mais suscetível a esse modo de falha. Esse estudo, além de contribuir para o entendimento de um problema clínico complexo, tem implicações significativas para a prática médica e o design de próteses de quadril. Uma compreensão mais profunda desse fenômeno pode levar a melhorias nos protocolos de diagnóstico, tratamento e design de dispositivos médicos, impactando diretamente a qualidade de vida dos pacientes submetidos a cirurgias de substituição da articulação do quadril e a segurança dessas intervenções.

Abstract: The dissociation of the acetabular liner, although a relatively rare occurrence, poses a significant challenge for diagnosis and hip arthroplasty revision. This phenomenon, which still lacks a universally accepted term for its description, has become increasingly evident in recent years, with a notable rise in cases. This increase is associated with a specific implant model, the DePuy Synthes Pinnacle Acetabular Hip, one of the most widely adopted worldwide for total hip arthroplasty (THA) procedures, according to the National Registries. Approximately 76.6% of dissociation cases described in the literature are related to this model. To comprehend the causes of this failure and its mechanical behavior, the present study was conducted analyzing eleven explant samples from the DePuy Pinnacle model received by the National Explants Center (CNAEx). The study comprised five main stages. Firstly, the identification and separation of received explants, preparing them for subsequent analysis. The second stage involved a detailed damage analysis, encompassing both microscopic and macroscopic evaluations. These analyzes allowed for the observation of component surfaces and the formulation of hypotheses regarding the kinematics and relative movement between the liner and the acetabular cup based on the observed damage, indicating the possible direction of this movement. Subsequently, the study included the stage of geometric reconstruction based on an explanted sample. The geometries were used in the computational simulation of the mechanical behavior of the components addressing the hypotheses generated in the macro and microscopic damage analyses. Simulation results were compared with experimental data from the literature. Finally, a material degradation assessment was performed, indicating no evidence of oxidative damage that could compromise the component's properties. The study's findings suggest that the dissociation of the DePuy Pinnacle acetabular liner is related to the failure of the antirotational locking mechanism, which relies on antirotational tabs to prevent relative movement between the components, and the impingement phenomenon. Tab fracture can be both the cause and consequence of the loss of fixation between the components. The specific geometry of the Pinnacle liner seems to make it more susceptible to this failure mode. This study, in addition to contributing to the understanding of a complex clinical problem, has significant implications for medical practice and hip prosthesis design. A deeper understanding of this phenomenon may lead to improvements in diagnostic and treatment protocols and the design of medical devices, directly impacting the quality of life of patients undergoing hip joint replacement surgeries and the safety of these interventions.