DESARROLLO DE DISPOSITIVOS MÉDICOS, A TRAVÉS DE LA INGENIERÍA ASISTIDA POR COMPUTADORA RAÚL LESSO ARROYO

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1 DESARROLLO DE DISPOSITIVOS MÉDICOS, A TRAVÉS DE LA INGENIERÍA ASISTIDA POR COMPUTADORA RAÚL LESSO ARROYO

2 AGENDA DISPOSITIVOS MEDICOS BIOMECANICA HERRAMIENTAS CAD-CAE CASOS DE ESTUDIOS 1. Diseño y pruebas experimentales de un fijador externo circular ilizarov. 2. Análisis y desarrollo de prótesis vertebrales para la zona lumbar. 3. Desarrollo de prótesis de rodilla. 4. Diseño y análisis estructural por elemento finito de un bipedestador para estimulación psicomotriz Conclusiones

3 DISPOSITIVOS MÉDICOS? 2052 A.C

4 Biomecánica Disciplina científica. Leyes de la Física Analiza Fuerzas Actuantes Estudio de Cuerpo Humano Ingeniería Describe los Movimientos

5 Biomecánica Permite conocer y proponer soluciones Prótesis, Ortésis, o Dispositivos Biomecánicos La innovación Evita Lesiones o Problemas Médicos Desarrollo de Modelos Dinámicos

6 FUNDAMENTOS MÉDICOS MATERIALES * ANATÓMICOS * FISIOLÓGICOS * BIOCOMPATIBLE * PESO * COSTO * RESISTENTES SOCIALES * CULTURA * HABITO * LABORAL * HEREDITARIOS *MATEMÁTICOS * ESTÁTICOS Y DINÁMICOS * DESGASTE * TÉRMICOS Y FLUIDOS TÉCNICOS

7 HERRAMIENTAS CAD_CAE COSMOS_Works METÓDO DE ELEMENTOS FINITOS METÓDO DE ELEMENTOS FRONTERA METÓDO DE VOLUMEN FINITO METÓDO DE PARTÍCULA FINITA METÓDO SIN MALLA

8 FUNDAMENTOS Análisis por Elementos Finitos. Divide un modelo en componentes matemáticos discretos Resuelve una ecuación matricial con términos de cada elemento Predice el cambio en el elemento a través de la Deformación, Esfuerzo, Temperatura, Presión Velocidad, etc. [K]{u}+[k]{T} = {R}+{Q} [ M ]{ u } + [ C]{ u } + [ K( u) ]{ u} = { F} nolineal

9 CASO DE ESTUDIO 1 DISEÑO Y PRUEBAS EXPERIMENTALES DE UN FIJADOR EXTERNO CIRCULAR ILIZAROV. Luis Humberto Campos Becerra Tecnología y Diseño Industrial S.A.P.I. de C.V. Volcán Paricutín # 6611 Col. El Colli Urbano C.P Zapopan, Jalisco, México. Campus I Av. Tecnológico y A. García Cubas s/n Celaya, Gto. México

10 INTRODUCCIÓN El F.E.C, se aplica en fracturas y correcciones óseas en donde de forma particular, se presentan condiciones como pseudoartrosis o fracturas inestables, Sirve para estabilizar temporalmente una fractura, y reducir las lesiones del politraumatizado. (Fig.-1) Según el (IMSS), La fractura más común en México (diáfisis de la tibia), producida por un trauma directo principalmente por accidentes de tránsito.(fig.2) Fig.-2 Fig.-1

11 DESARROLLO; Debido a que el médico deberá conocer tanto características mecánicas, realineación mecánica axial y principios biológicos inducidos por osteogénesis y que en esencia es lo que integra el método de Gabril Ilizarov.(Fig.-3,4). Fig.-3 Fig.-4

12 DESARROLLO ; Para lo anterior se diseñó y fabricó en aluminio 6061-T6 y Acero Inox. 304, para comparar las propiedades y determinar que material se ajusta mejor a las necesidades de TDI. ASTM F A.3 (Método de prueba para determinación en el plano de propiedades de compresión de anillos circulares, segmentos de anillos o elementos de puente.)(fig.-5 y 6) Fig.-5 Fig.-6

13 Realización de pruebas y Simulación

14 RESULTADOS DESPLAZAMIENTOS (mm)

15 INSTRUMENTACIÓN CALIBRACION

16 INSTRUMENTACIÓN

17 INSTRUMENTACIÓN

18 Fig.-19 Fig.-20 RESULTADOS Fig.-17 Fig.-18

19 VALIDACIÓN FUERZA (N) ARO 1 ARO 2 SIMULACION FEM DESPLAZAMIENTO (mm)

20 RESULTADOS

21 OTRAS APLICACIONES DEL ÁREA DE BIOMECÁNICA DEL ITC.

22 CASO DE ESTUDIO 2 Análisis y desarrollo de prótesis vertebrales para la zona lumbar Gaspar Albiter Rodríguez

23 Abstract del proyecto Vértebra Disco Intervertebral Vértebra Segmento funcional de vértebras lumbares y PDI para reemplazo total de DI

24 Reconstrucción de cuerpos vertebrales Modelo de vértebra lumbar dividida Segmento lumbar L3-L5

25 Simulación bajo carga axial de acuerdo a ISO Movimiento y curvas de carga para la espina lumbar de acuerdo a la norma ISO Condiciones de frontera aplicadas en un segmento lumbar L3-L5

26 Análisis de segmento funcional L3-L4 con ligamentos Desplazamiento anterior del D.I Desplazamiento lateral del D.I

27 Funciones, requerimientos y especificaciones 1 Material viscoelástico 1 RM de acuerdo a ISO RM dentro de los límites fisiológicos 2 Soporta un régimen de carga de acuerdo a ISO Técnica quirúrgica de mínima invasión 3 No requiere mantenimiento

28 Primeros diseños en un programa CAD Diseños de PDI para la zona lumbar

29 Análisis de prótesis en un programa CAD CAE Análisis por MEF en PDI

30 DESARROLLO DE PRÓTESIS LUMBAR PDI

31 CASO DE ESTUDIO 3 DESARROLLO DE PRÓTESIS DE RODILLA

32 PRÓTESIS DE RODILLA TOTAL Y PARCIAL

33 SIMULADOR DINÁMICO PARA PRUEBAS DE DESGASTE

34 PRUEBAS DE DESGASTE

35 Análisis de rugosidad e imágenes por microscopio.

36 Área de contacto a 500 mil ciclos 50X Inserto 1 Inserto 2

37 CASO DE ESTUDIO 4

38 DISCAPACIDAD EN MÉXICO 5,739, % de toda la población 49% Hombres 51% Mujeres

39 Parálisis total Parálisis parcial Debilidad y rigidez de las piernas

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41 Carga crítica con una fuerza de 700 N y 4 fuerzas de 50N cada una. Desplazamiento de mm.

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43 OTRAS APLICACIONES DEL ÁREA DE BIOMECÁNICA DEL ITC. Pruebas a estabilizadores de fractura, clavos de fijación, centromedulares y todo tipo de placa y tornillos para los problemas de osteosíntesis.

44 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatronica ÁREA DE BIOMECÁNICA Av. Tecnológico con A. García Cubas Col. Fovissste, C.P Celaya, Gto.MEXICO Tel ext Y 5270 GRACIAS..

45 DASARROLLO DE PRÓTESIS INTERVERTEBRALES 50 % de la población > 18 años. 3 % sufren alteraciones cervicales. Artrosis vertebral Posturas inadecuadas. Accidentes automovilístico. 1, 600, 000 individuos. Hernia

46 PRÓTESIS CERVICAL. Fusión Artroplastía

47 PRÓTESIS CERVICAL. Aplicación de condiciones de frontera

48 DESARROLLO DE PRÓTESIS CERVICAL Modelo 3D de Prótesis cervical

49 PRÓTESIS DE DISCO CERVICAL Pruebas Experimentales ASTM F2077