VII CONGRESO INTERNACIONAL

Transcripción

1 VII CONGRESO INTERNACIONAL Instituto Tecnológico de Celaya DESARROLLO DE UNA INTERFASE PARA EL ANÁLISIS DE DESGASTE DE CARTILAGO ARTICULAR DE RODILLA. ÁREA DE BIOMECÁNICA DEPTO. DE INGRÍA. MECÁNICA PRESENTA: AGUSTÍN VIDAL LESSO SAUL MOLINA DOMÍNGUEZ ARNULFO PÉREZ PÉREZ ADRIAN LOPEZ CERVANTES VERONICA ESPINAL COORDINADOR DEL AREA, ITC: M. I. RAUL LESSO ARROYO (ITC) ASESOR IMSS: Dr. LEONEL DAZA BENÍTEZ (IMSS) COLABORADORES: Dr. J. SANTOS GARCÍA MIRANDA M.C. DANIEL AGUILERA CAMACHO ING. FRANCISCO GUTIERREZ VERA Octubre, San Miguel de Allende, Gto, México.

2 CONTENIDO Antecedentes Producto y su mercado Producción y operación Administración y organización Estructura del proyecto - Planteamiento del problema - Hipótesis - Justificación -Objetivo - Impacto - Fundamento teórico - Desarrollo del proyecto Información financiera Conclusiones y comentarios finales

3 ANTECEDENTES Articulación de rodilla Una de las más importantes Movilidad y soporte al cuerpo Factores de Daño Osteoartritis Sobrepeso Postura Lesiones Desgaste de cartílago Desalineación Dolor Inmovilidad Prevenir daño o disminuir o eliminar dolor

4 PRODUCTO Y SU MERCADO Necesidad Producto HERRAMIENTA DE - - PREDICCIÓN - PREVENCIÓN Desgaste de cartílago Mercado Programas de computadora para evaluación, diagnóstico y prevención de enfermedades Clientes Osteoartritis Centros de salud y hospitales particulares

5 COMPETENCIA NO EXISTEN INTERFASES o programas de computadora que realicen las funciones, diagnósticos y predicciones que ésta interfase ofrece. Método de diagnóstico actual - técnicas invasivas - resonancias magnéticas - radiografías Interfase gráfica - técnica no invasivas - diagnóstico rápido y práctico - radiografías y resonancias PRODUCCIÓN Y OPERACIÓN Proceso de producción

6 Proceso de producción

7 Proceso de distribución Interfase - Interfase generada - Bases de datos - Ecuaciones Operación y requisitos de personal Operación fácil y práctica Personal médico Interfase Correcta interpretación de resultados Diagnóstico, predicción o prevención de desgaste de cartílago

8 Administración y organización Estructura organizacional

9 ESTRUCTURA DEL PROYECTO Planteamiento del problema IMSS-LEON Casos clínicos graves/año Osteoartritis Año 2010 Aprox. 3.5 millones de personas con osteoartritis de rodilla. Se cree que el daño es inducido mecánicamente

10 Uso de biomecánica Factores Rodilla Desarrollo del fenómeno Sobrepeso Desalineación Malas posturas Hábitos Fenómeno de Desgaste de Cartílago Lesiones Genética

11 Hipótesis El desarrollo de una herramienta computacional que permita evaluar el estado del cartílago en las condiciones actuales y predecir su estado a condiciones futuras, será una herramienta no invasiva de mucha utilidad en los diagnósticos médicos de osteoartritis y para mejora de la salud de las personas que padecen esta enfermedad. El análisis biomecánico de la articulación y específicamente el estudio del comportamiento biomecánico del cartílago de rodilla, mediante el uso de la simulación por elemento finito, representará un gran avance en el entendimiento del fenómeno de la osteoartritis.

12 Justificación Año 2010 Aprox. 3.5 millones de personas con osteoartritis de rodilla. Estudio de los diversos factores que contribuyen al desarrollo de este problema. Predecir el comportamiento biomecánico de la articulación ante la variación de éstos factores Mejorar la calidad de vida de pacientes que presentan este tipo de problemas Disminución de gastos de los sectores de salud pública

13 Objetivo Crear una interfase gráfica, la cual permita a los médicos, realizar el diagnóstico de desgaste de cartílago de la rodilla. Objetivos específicos: Simulación de la articulación de rodilla para crear su prototipo virtual y observar el comportamiento del cartílago a condiciones normales de trabajo. Diseño y desarrollo de pruebas del prototipo virtual para determinar el efecto de los diferentes factores que pueden favorecer el desgaste de cartílago. Generación de un modelo matemático que represente el comportamiento del desgaste de cartílago ante los diferentes factores que lo favorecen. Crear una interfase gráfica para diagnóstico de desgaste de cartílago de la rodilla. Difundir los resultados de la investigación.

14 Impacto Impacto biomecánica y simulación social y económico Prevenir a las personas de desgaste de cartílago. Mejorar el nivel de vida de pacientes con este problema. Disminución de los gastos del sector salud por cirugías de reemplazo y revisión. Aportación de conocimiento. Aportación de una herramienta computacional de diagnóstico (la interfase) para los médicos. Soluciones para prevenir el desgaste de cartílago o disminuirlo. Fundamento teórico Articulación de rodilla Cartílago articular Osteoartritis: desgaste de cartílago Mecánica de la rodilla Los ejes de la articulación de la rodilla y ángulo valgus Variaciones del ángulo valgus Qué es el MEF? No linealidad del material. Análisis de regresión Regresión Lineal Regresión no Lineal Coeficiente de correlación

15 Componentes de la rodilla Ángulo valgus Osteoartritis de rodilla Método del Elemento Finito (MEF) Análisis de esfuerzos y deformaciones Discretizar Modelo CAD Modelo elemento finito

16 Elemento finito a utilizar: SOLID92 -Tetraedro de 10 nodos - 3 gdl (u x, u y, u z ) / nodo - Ajustable a mallas irregulares - Soporta plasticidad, creep, grandes deformaciones, etc. Pares de contactos del modelo: Pares de contactos definidos - fémur-cartílago - cartílago-cartílago - tibia-cartílago

17 Análisis de regresión no-lineal Generación de modelos matemáticos Algoritmo de Levenberg-Marquard Minimiza la función de la suma de residuos al cuadrado S r n ( α ) = y m( x,α ) [ i ] i = 1 r 2 Desarrollo del proyecto Modelo CAD Espesor de cartílago: -Falcovitz, Y. H.: 2.25 mm en los cóndilos femorales. -Barbu-Mcinnis M.: mm en la meseta tibial.

18 Consideraciones realizadas y modelo de elemento finito - Modelo recortado de huesos -Huesos: materiales ortotrópicos - Cartílago: material isotrópico, homogéneo y lineal - Modelo alineado, 0º flexión Resultados para el caso normal (alineado, 0º flexión)

19 Estudio de los factores que favorecen la osteoartritis RESULTADOS

20 Comportamiento de cartílago Esfuerzo (MPa) Esfuerzo (MPa) Carga (N) Esfuerzos (MPa) Esfuerzos (MPa) Carga (N) Angulo varum (º) Valgus (º) 2 2 ( θ e ) σ ( w, θ ) = a + bw + cw + d exp 0.5 ( θ e ) ( θ e ) Interfase generada f σ ( w, θ ) 2 = a + bw + cw + d exp exp + 1 f f

21 Interfase generada

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23 Predicción de daño Tipo de dolor. Grado de intensidad del dolor. Medición de espesor con resonancia magnética.

24 Información financiera Financiamiento ITC DGEST IMSS Presidencia Municipal de Valle de Santiago Recursos propios Interfase Centros de salud pública Instituciones privadas Costo más económico Costo diferente (100 % +) Ahorro ($$$$) Prótesis, consultas de revisión, cirugías El costo aprox. actual del producto sería de $3, por licencia de uso y cada año se realizaría la renovación de ésta.

25 Actualización y mejora continua de la interfase Interfase Actualización Mejoras Investigación

26 Conclusiones y comentarios finales Simulación biomecánica Estudio de fenómenos biomecánicos mejor calidad de vida soluciones prevención predicción herramienta clave En lugar de hacer pruebas destructivas o invasivas Simulación de computadora Esto representa una gran éxito en biomecánica Investigación Conjunto de valores obtenidos y ecuaciones generadas Interfase Manejo rápido, sencillo y práctico

27 Conclusiones y comentarios finales Interfase Herramienta de diagnóstico para los médicos desgaste de cartílago - Zona de daño - Predicción - Prevención Mejor calidad de vida para personas con osteoartritis Alto impacto en centros de salud pública Ahorro ($$$$) Disminución de uso de prótesis, consultas de revisión, cirugías

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29 Reflexión Ni debes pavonearte ante el mundo como vencedor ni hundirte ni lamentarte como vencido; alégrate con lo que es digno de alegría, no te rindas, con exceso ante las desventura, conoce el ritmo que mantiene a los hombres en sus limites. Arquíloco de Paros

30 Principales componentes de la rodilla humana: Fémur Tibia Cartílago articular Cartílago articular Rótula Meniscos Cóndilo lateral Cóndilo medial Si quieres conversar conmigo define los términos VOLTAIRE

31 Ángulo Valgus Flexión

32 Movimientos activos Flexión Extensión Abducción Aducción Rotación interna Rotación externa