Elementos finitos na análise de diferentes técnicas de estabilização em osteotomias femorais distais em cães

Abstract

A luxação de patela em cães, comum em raças pequenas, está frequentemente associada a deformidades ósseas como coxa vara e torção femoral distal. O tratamento cirúrgico inclui osteotomias corretivas com o uso de técnicas de cunha fechada ou aberta e fixação com uma ou duas placas. Neste contexto, o método dos elementos finitos (MEF) surge como ferramenta importante para a análise biomecânica devido a flexibilidade em incorporar características de diferentes técnicas cirúrgicas, avaliando tensões e deslocamentos ósseos, que são informações úteis para auxiliar o cirurgião na otimização de implantes e na tomada de decisões operatórias. O objetivo deste trabalho foi avaliar, por meio do método dos elementos finitos, a resposta mecânica de placas única ou duplas na estabilização da osteotomia femoral distal em cunha aberta ou fechada. A análise foi baseada na tomografia computadorizada do membro pélvico direito de um cão da raça Samoieda com luxação medial de patela grau IV. As imagens foram segmentadas no software 3D Slicer, suavizadas no Blender e parametrizadas no SolidWorks. A simulação numérica foi realizada no Ansys Workbench em três condições: osso íntegro, cunha fechada ou cunha aberta, com três configurações de fixação para cada osteotomia: placa lateral, placa medial ou placas medial e lateral. O modelo foi submetido a uma carga de 270 N no eixo mecânico femoral. Os resultados mostraram que, na osteotomia em cunha fechada, os deslocamentos foram 0,936 mm (placa lateral), 0,696 mm (placa medial) e 0,776 mm (placas medial e lateral). Na cunha aberta, os deslocamentos foram 5,926 mm (placa lateral), 1,121 mm (placa medial) e 0,992 mm (placas medial e lateral). Quanto às tensões máximas, na cunha fechada, foram 25,591 MPa (placa lateral), 29,029 MPa (placa medial) e 29,971 MPa (placas medial e lateral); na cunha aberta, os valores foram 28,461 MPa (placa lateral), 31,244 MPa (placa medial) e 27,140 MPa (placas medial e lateral). Com base no modelo utilizado é possível concluir que as placas duplas oferecem maior estabilidade nas osteotomias distais do fêmur com cunha aberta, com menor deslocamento e tensão, em comparação à placa única. Já na osteotomia com cunha fechada, a fixação com placa lateral é eficaz, com pequenas variações na tensão. Os resultados quantitativos estão sujeitos as simplificações adotadas no modelo biomecânico numérico e da carga estudada. Apesar dos resultados promissores, recomendamos a continuidade das análises por elementos finitos com maior complexidade geométrica, diferentes carregamentos e testes experimentais em biomodelos e outras geometrias ósseas para aprimorar os procedimentos e resultados.

Patellar luxation in dogs, common in small breeds, is often associated with bone deformities such as varus femoral deformity and distal femoral torsion. Surgical treatment includes corrective osteotomies using closed or open wedge techniques with fixation using either one or two plates. In this context, the finite element method (FEM) serves as an important tool for biomechanical analysis due to its flexibility in incorporating characteristics of different surgical techniques, assessing stresses and bone displacements, which aid surgeons in optimizing implants and making surgical decisions. The objective of this study was to evaluate, using FEM, the mechanical response of single or double plates in stabilizing distal femoral osteotomy with open or closed wedge techniques. The analysis was based on CT scans of the right pelvic limb of a Samoyed dog with grade IV medial patellar luxation. The images were segmented in 3D Slicer, smoothed in Blender, and parameterized in SolidWorks. Numerical simulation was conducted in Ansys Workbench under three conditions: intact bone, closed wedge, and open wedge, with three fixation configurations for each osteotomy: lateral plate, medial plate, or medial and lateral plates. The model was subjected to a 270 N load along the femoral mechanical axis. The results showed that in the closed wedge osteotomy, displacements were 0.936 mm (lateral plate), 0.696 mm (medial plate), and 0.776 mm (medial and lateral plates). In the open wedge, displacements were 5.926 mm (lateral plate), 1.121 mm (medial plate), and 0.992 mm (medial and lateral plates). Regarding maximum stresses, in the closed wedge, values were 25.591 MPa (lateral plate), 29.029 MPa (medial plate), and 29.971 MPa (medial and lateral plates); in the open wedge, values were 28.461 MPa (lateral plate), 31.244 MPa (medial plate), and 27.140 MPa (medial and lateral plates). Based on the model used, it can be concluded that double plates provide greater stability in distal femoral osteotomies with an open wedge, with lower displacement and stress compared to a single plate. In closed wedge osteotomy, fixation with a lateral plate is effective, with minimal variations in stress. The quantitative results are subject to the simplifications adopted in the numerical biomechanical model and the load studied. Despite promising results, further finite element analyses with greater geometric complexity, different loadings, and experimental testing on biomodels and other bone geometries are recommended to refine the procedures and outcomes.