3D printing individualized heel cup for improving the self-reported pain of plantar fasciitis (Impresión individualizada en 3D del talón para mejorar el dolor autoinformado de la fascitis plantar)

Sección: Impresoras 3D

La Talalgia (PHP) es un síndrome de dolor que ocurre alrededor de la superficie plantar del calcáneo. 
Aunque el término en sí puede ser vago, el dolor, descrito como ardoroso y palpitante, puede ser muy debilitante y puede tener un impacto significativo en la calidad de vida. 
Esta dolencia afecta  a aproximadamente dos millones de estadounidenses por año, mientras que las tasas de prevalencia en el Reino Unido y Australia son de 4.6 y 17.4% respectivamente. A pesar de su alta prevalencia, su etiología real es poco conocida.
Los atletas están más expuestos, pero también se ha observado PHP en la población sedentaria.  
Estudios previos han sugerido que es probable que sea multifactorial y se relacione con fascitis plantar, espolón del calcáneo, apofisitis del calcáneo, bursitis, exostosis del calcáneo posterior, hematomas locales, tendinopatía de Aquiles y las neuropatías de aislamiento. El microtraumatismo repetitivo asociado con una carga persistente causada por un estrés excesivo en la fijación del calcáneo de la fascia plantar ha demostrado ser un factor de riesgo importante.
Los tratamientos iniciales incluyen acolchado, almohadillas suaves, plantillas ortopédicas, antiinflamatorios orales, inyecciones locales de corticosteroides o toxinas botulínicas y fisioterapia. 
Si los síntomas siguen presentes en el año posterior al tratamiento conservador, los pacientes deben lidiar con la última línea de tratamiento, el tratamiento quirúrgico. 
Sin embargo, la simple remoción de la espina de calcáneo no parece favorecer el éxito del tratamiento quirúrgico en la mayoría de los casos, es decir, la asociación de la fasciotomía plantar y la liberación del nervio parece necesaria.
La ortesis es el método de rehabilitación más utilizado para el tratamiento inicial. Sin embargo, los materiales utilizados generalmente no son individualizados, pesados ​​e incómodos de usar. 
Para superar las desventajas de la ortesis tradicional, la impresión 3D tiene ventajas únicas en aplicaciones médicas. Permite fabricar objetos complejos en una amplia gama de materiales. 
Basados ​​en esta premisa, los autores de este informe diseñaron y probaron el efecto terapéutico de una cúpula de calcáneo individualizada fabricada mediante impresión 3D. Modelos digitales de talón que coinciden estrechamente con la superficie del pie y lo probaron en 16 participantes con PHP.
Además, el mecanismo funcional de la copa ha sido explorado por el método del elemento finito (FE). 


  
Método: 

- Evaluación clínica: el análisis de la presión plantar se realizó mediante un dispositivo de análisis de marcha (Zebris, Alemania). Se evaluaron las tensiones plantares durante la marcha y la carrera, con y sin cúpula.  

En el presente estudio, se utilizó una escala tipo Likert de 10 niveles (1 punto = sin dolor, 10 puntos = dolor extremo), para evaluar la intensidad del dolor. Se pidió a los sujetos que calificaran su dolor en la visita inicial y después de usar tazas 3D durante 4 semanas.

Resultados: 

La restricción plantar medida por el aparato de análisis de la marcha demuestra en resumen que la carga en la mitad del pie y en la espalda ha disminuido después de usar la copa 3D. La fuerza aplicada al antepié aumentó durante la marcha y disminuyó durante la carrera después de usar la copa. 

Después de 4 semanas, todos los participantes informaron de una disminución significativa en el dolor. Solo 2 de ellos reportaron una reducción mínima. Además, todos los participantes reportaron un mayor tiempo de actividad con los heelettes. 

La puntuación de dolor fue de 7.8125 ± 1.0468 en la visita inicial, disminuyendo a 3.125 ± 1.1475 después de 4 semanas.
Los resultados de la simulación de FE mostraron una disminución del estrés durante el análisis del nefrograma de esfuerzo  en el calcáneo, el tejido adiposo, la fascia plantar y el antepié. Además de reducir la carga, la relación de compresión del paquete adiposo también disminuyó de 49.4 a 28.7%; Además, el ángulo del arco longitudinal medial y lateral también ha disminuido.

Discusión

Los resultados de este estudio demostraron que la copa individualizada podría alterar la dinámica del talón y mejorar significativamente el dolor autoinformado.  
Casi todos los participantes reportaron alivio.  
Las anomalías biomecánicas y la sobrecarga mecánica podrían conducir a un estrés por tracción excesivo, responsable de la fascitis plantar. Además, para resistir el alargamiento del arco, las cargas de tracción de la fascia plantar aumentan durante la fase de soporte. La fascia plantar es muy susceptible a lesionarse en caso de sobrecarga repetida, lo que puede iniciar el desarrollo de la fascitis plantar.El análisis de la presión plantar mostró que la carga en la mitad del pie durante la marcha y la carrera también disminuía, lo que significaba que la carga directa de la fascia plantar también se había reducido.  
En comparación con los pacientes que no tenían copas, la variación de la angulación del arco longitudinal fue menor con el uso de la almohadilla para el talón. Reducir el trabajo de la fascia para resistir el colapso del arco al caminar.

La simulación de la FE también apoyó esta hipótesis. 

Los esfuerzos soportados por el talón de impresión 3D en las porciones medial y lateral fueron respectivamente de 3.66793 ± 0.819 y 4.3176 ± 1.7533 MPa.  
A diferencia de otros productos prefabricados, que no pueden cubrir ni apoyar el talón de manera efectiva, las copas de impresión 3D podrían adaptarse perfectamente a la curva fisiológica del paciente, minimizando así el grado de deformación de los tejidos blandos.

Para probar esta hipótesis, los autores desarrollaron un modelo simplificado y lo analizaron mediante simulación de FE. De acuerdo con el nefograma de esfuerzo, la tensión en los tejidos blandos disminuyó con el uso del talón de impresión 3D. 

El grado de deformación fue inversamente proporcional a la fuerza del talón. Aunque la relación de compresión y la tensión del tejido blando son más pequeñas, la copa se aplasta completamente con un módulo de tracción bajo. 
A medida que aumentaba la resistencia de la copa, la relación de compresión aumentaba de 22 a 35% (3.3 mm vs. 5.2 mm), pero no tenía influencia en la tensión del tejido blando.
  
Además de afectar negativamente a la fascia por el aumento de la tensión, los factores biomecánicos también pueden perturbar la disipación de energía en el talón, particularmente en el tejido adiposo cuya función elástica es muy importante para absorber los choques . El microtraumatismo repetitivo da como resultado un aumento de la inflamación, el edema y el espesor del paquete adiposo. Debido a estas alteraciones, la rigidez y la capacidad para mitigar los choques disminuyen. 
La copa de nylon podría absorber energía y amortiguar los choques con un material de buena calidad que promueva la elasticidad y la rigidez. De esta manera, ella podría proporcionar un buen papel en el soporte del paquete adiposo.  

En un estudio anterior realizado por los mismos autores, el nailon era duradero y cómodo, y era el material más adecuado para la fabricación de la copa 3D. Además, el nylon es asequible y corto en tiempo de fabricación (5 horas). 
  
CONCLUSIÓN: 

En este estudio, para verificar la efectividad de las copas de impresión 3D, se realizó un experimento in vivo utilizando un sistema de análisis de caminata para medir la presión plantar, mientras se evaluó el efecto terapéutico clínico en algunos participantes  
Además, se introdujo una simulación de FE para explorar su mecanismo.  
En conclusión, el talón individualizado ha demostrado ser un método eficaz para el tratamiento de PHP. 

El trabajo puede consultarse en el siguiente enlace:

https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12967-018-1547-y

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