Proyecto de Diseño y fabricación de una placa cervical anterior mediante producción aditiva y desarrollo del sistema de verificación y validación de piezas mediante ensayo no destructivo

Abstract

[ES] La placa cervical anterior bioabsorbibles se utilizan para los casos en el que la fijación anterior de trato cervical de la columna vertebral sea necesario, en pacientes que presentan patologías discal degenerativa, tumor, fracturas, deformidad pseudoartrosis y/o en el que la fijación anterior es fallida. En general son utilizadas en procedimientos de fijación de componentes óseos, para conferir mejor estabilidad a la columna cervical. La placa esta caracterizadas por ser, de menor tamaño que las aplicadas sobre otras secciones de la columna y aplicarse en la parte anterior de las vértebras cervicales fijándose los tornillos sobre el cuerpo cervical para conseguir una estabilidad entre vértebras adyacentes. El material utilizado para la producción de la placa y tornillos es el PLDLLA 70:30 poly(L-lactide-co-D,L-lactide) , que es un material bioabsorbibles, no contiene elementos tóxicos, este ha sido validado y comprobado y es totalmente seguro para la salud de los pacientes. Posee propiedades similares a las del hueso sano, capaz de degradarse completamente al cabo de 2-4 años, dando como resultado de este proceso materiales inocuos (H2O y CO2). La placa y tornillos también presentan marcadores de tantalio para poder observarse a través de imagen médica. Este material será posteriormente reabsorbido por el cuerpo. Esto confiere la mayor ventaja, evitar complicaciones post operatorias, así como mejorar el rendimiento de estos dispositivos en los procesos de fusión vertebral. En este trabajo propongo el diseño y desarrollo de una placa cervical anterior bioabsorbible mediante fabricación aditiva. Actualmente la mayoría de las placas cervicales, se producen mediante procesos de mecanizado ya que es el método Gold estándar utilizado actualmente, es económico y garantiza la respetabilidad en serie de las piezas y su fácil validación con ensayos destructivos y no. Algunas de las ventajas de la fabricación aditiva sobre tecnologías de producción tradicionales son el sobrecoste de la fabricación en serie, mantener stocks, imposibilidad de realizar piezas únicas a medida. Por el otro lado, la fabricación aditiva genera dudas en su variabilidad a la hora de fabricar piezas iguales con comportamientos iguales por esta razón, la segunda parte del trabajo es desarrollar un sistema de verificación y validación de piezas una vez fabricadas mediante ensayos no destructivos que permita comprobar el 100% de las piezas antes de implantarlas en los pacientes y garantizar el correcto funcionamiento. La idea innovadora a respecto es proponer un método alternativo a los ensayos destructivos para la validación de piezas producida aditivamente y así aumentar la fiabilidad de las piezas producidas con esta técnica. Propongo investigar y analizar diferentes ensayos no destructivos para conseguir encontrar uno o una combinación de varios ensayos que me permitan verificar su geometría, composición interna, defectos de impresión entre otros, que al final nos permitan descartar piezas defectuosas y evitar riesgos al paciente derivados de la fabricación.

[EN] Bioabsorbable anterior cervical plates are used in cases where anterior fixation of the cervical spine is necessary, in patients with degenerative disc disease, tumours, fractures, pseudarthrosis deformity and/or where anterior fixation has failed. In general, they are used in bone component fixation procedures to provide better stability to the cervical spine. The plate is characterised by being smaller in size than those applied to other sections of the spine and is applied to the anterior part of the cervical vertebrae, with the screws being fixed to the cervical body to achieve stability between adjacent vertebrae. The material used for the production of the plate and screws is PLDLLA 70:30 poly(L-lactide-co-D,L-lactide), which is a bioabsorbable material, contains no toxic elements, has been validated and tested and is completely safe for the health of patients. It has properties similar to those of healthy bone, capable of degrading completely after 2-4 years, resulting in harmless materials (H2O and CO2). The plate and screws also feature tantalum markers for medical imaging. This material is subsequently reabsorbed by the body. This confers the major advantage of avoiding post-operative complications, as well as improving the performance of these devices in spinal fusion procedures. In this work I propose the design and development of a bioabsorbable anterior cervical plate by additive manufacturing. Currently, most cervical plates are produced by machining processes as it is the Gold standard method currently used, it is economical and guarantees the serial respectability of the parts and their easy validation with destructive and non-destructive tests. Some of the advantages of additive manufacturing over traditional production technologies are the extra cost of mass production, maintaining stocks, and the impossibility of making unique customised parts. On the other hand, additive manufacturing raises doubts about its variability when manufacturing identical parts with identical behaviour. For this reason, the second part of the work is to develop a verification and validation system for parts once they have been manufactured by means of non-destructive testing that allows 100% of the parts to be checked before implanting them in patients and guarantees correct operation. The innovative idea is to propose an alternative method to destructive testing for the validation of additively produced parts and thus increase the reliability of the parts produced with this technique. I propose to investigate and analyse different non-destructive tests in order to find one or a combination of several tests that will allow me to verify their geometry, internal composition, printing defects, among others, which will ultimately allow us to rule out defective parts and avoid risks to the patient derived from manufacturing.