C. Gerardo Bernabel Rodríguez Ingeniería Mecánica (Especialidad en Diseño) Instituto Tecnológico de Celaya

Transcripción

1 ANÁLISIS BIOMECÁNICO DEL ANTEBRAZO Presentado por C. Gerardo Bernabel Rodríguez Ingeniería Mecánica (Especialidad en Diseño) Instituto Tecnológico de Celaya M. en I. Raúl Lesso Arroyo Jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica Instituto Tecnológico de Celaya

2 Justificación n de proyecto Establecer los inicios de una amplia investigación a futuro para el diseño mecánico aplicado a la medicina y realizar innovaciones en el estudio de la Biomecánica del antebrazo, con el fin de ofrecer a los pacientes una mejora de vida.

3 Objetivo Conocer el comportamiento de los huesos del antebrazo ante situaciones críticas donde ocurren lesiones óseas de tipo fractura, con la finalidad de proponer una prótesis intramuscular a futuro que logre compatibilidad física y una mejora de vida en los pacientes.

4 Introducción El antebrazo es la región de la extremidad superior comprendida entre el codo y la muñeca. Su esqueleto está formado por el cúbito y el radio, huesos articulados entre sí, que permiten la rotación del antebrazo denominada pronosupinación.

5 Tipos de lesiones óseas (Reparadas) (a) (b) (c) (d)

6 Hoy en día, la ciencia dispone de herramientas preventivas que en algún momento tengamos que enfrentarnos al deterioro de nuestros huesos. Una fractura o la presencia de enfermedad imponen la acción de un especialista. El reto de la Biomecánica es lograr métodos de corrección menos incursivos, elementos más duraderos y limitar las posibilidades de rechazo corporal en los pacientes intervenidos.

7 Ligamentos y secciones del antebrazo Modelo adaptado por Rauber & Kopsch

8 ESTADO DEL ARTE Ligamento interóseo (IOL) Modelos de Pfaeffle, Weiss & Gardiner Posición δ MAX δ MIN σ MIN σ MAX Pronación 3% 5% Neutral 5% 7% Supinación 2% 7% σ, Esfuerzo de compresión en MPa (F 160N) / δ, Porcentaje de deformación

9 Propiedades mecánicas del radio y cúbito Supinación Pronación

10 Fuerzas de aplicación n en los modelos POSICIÓN FUERZAS CRÍTICAS, N RADIO CÚBITO NEUTRAL PRONACIÓN SUPINACIÓN Estudio realizado por Duma-Schreiber-McMaster-Crandall-Bass & Pilkey NEUTRAL PRONACIÓN SUPINACIÓN FUERZA CRÍTICA, 900 N (Z+) FUERZA CALCULADA, N (Y+) FUERZA ESTIMADA, 50 Kg ( 500 N) (Y-)

11 Modelación Digitalización en formato 3DS vista en IronCAD

12 Importación n de modelos a ANSYS Neutral Pronación Supinación

13 Modelo NEUTRAL

14 Modelo PRONACIÓN

15 Modelo SUPINACIÓN

16 Resultados de las simulaciones NEUTRAL FKN 0.5 FTOLN 5.0 Initial penetration Auto offset SEQV (Avg), MPa Exclude everything Close gap Reduce penetration (Nodo 41829) 27.8 (Radio) 22.3 (Cúbito) Deformación total 0.27

17 PRONACIÓN FKN 0.1 FTOLN 0.1 Initial penetration Auto offset Exclude everything Close gap 2354 (Nodo 199) SEQV (Avg), MPa 1570 (Radio) 1308 (Cúbito) Deformación total 0.17

18 SUPINACIÓN (Nodo 199) SEQV (Avg), MPa 445 (Radio) 370 (Cúbito) Nodo analizado 197 Deformación total 0.42

19 Conclusiones El comportamiento de los huesos en la posición n de pronación n resulta ser el más m crítico y de hecho es la situación n donde ocurren mas lesiones óseas debido a los efectos combinados de torsión, flexión n y compresión. Los huesos tienen una alta capacidad de resistencia a la tensión n y a la compresión. Por tal motivo, se demuestra que los esfuerzos críticos en el modelo neutral son mínimos comparados con los esfuerzos últimos.

20 Los efectos variables de las posiciones del sistema óseo del antebrazo provocan incertidumbre en el comportamiento de los huesos en el caso de la pronación debido a que la gama de ángulos que pueden existir durante una caída accidental y apoyándose más en un solo brazo. Una caracterización in-vivo de los huesos para tales situaciones ofrecerían una mejor aproximación sobre el comportamiento del antebrazo mediante la simulación.

21 Una comparativa con respecto de los esfuerzos últimos nos permite diagnosticar los resultados publicados por Duma y la simulación en ANSYS, entonces: DUMA - Pronación Radio, Sut, MPa Cúbito, Sut, MPa BERNABEL - Pronación Radio, Sut, MPa Cúbito, Sut, MPa

22 En los casos de pronación y supinación se demuestra que los tipos de cargas críticas aplicadas de manera particular afectan demasiado a los huesos provocando lesiones ósea de tipo fractura que lo más probable es que se requieran intervenir a los pacientes afectados con injertos óseos o algún implante biocerámico.

23 Se agradece a Ing. Julio César Sánchez Jiménez CIATEQ, Querétaro, Qro. Dr. en C. Víctor M. Domínguez Hernández CNR, México, D.F. por sus aportaciones de conocimientos e ideas en el campo de la Biomecánica con fines de desarrollo del proyecto presente.