DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE PRÓTESIS DE ARTICULACIÓN DE RODILLA USANDO ANSYS

Transcripción

1 DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE PRÓTESIS DE ARTICULACIÓN DE RODILLA USANDO ANSYS ÁREA DE BIOMECÁNICA DEPTO. DE INGRÍA. MECÁNICA COORDINADOR DEL AREA, ITC: PRESENTA: M. I. RAUL LESSO ARROYO (ITC) AGUSTÍN VIDAL LESSO ANTONIO TINOCO VILLAGOMEZ ASESOR IMSS: Dr. LEONEL DAZA BENÍTEZ (IMSS) COLABORADORES: Dr. J. SANTOS GARCÍA MIRANDA M.C. DANIEL AGUILERA CAMACHO Dr. CARLOS V. RIVERA RODRÍGUEZ

2 CONTENIDO INTRODUCCIÓN MOTIVACIÓN ANTECEDENTES PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS Y DISEÑO 1. Digitalización. 2. Parámetros de Diseño. 3. Simulación 4. Optimización 5. Análisis de resultados. CONCLUSIONES

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4 Conceptos El concepto de biomecánica esta basado en la descripción, análisis y evaluación del movimiento humano. El concepto no solo aplica a la persona sin incapacidades físicas sino al humano con discapacidad motora y atletas. Los principios físicos y biológicos que aplican en cada caso son los mismos. La variación del movimiento en cada caso especial es motivo de estudio para la biomecánica.

5 La innovación en herramientas necesarias para el estudio del movimiento humano, específicamente tendones, articulaciones y ligamentos son una parte esencial en este campo. El desarrollo de modelos dinámicos articulares, incluyendo los modelos de simulación por computadora influyen en la prevención de lesiones articulares y el desarrollo de prótesis articulares, y en comprender el movimiento articular en si mismo.

6 MOTIVACIÓN Año 2010 Se estiman aprox. 3.5 millones de personas con dolor y alteraciones radiológicas por osteoartritis de rodilla.

7 MOTIVACIÓN TECNOLOGÍA DE IMPORTACIÓN EQUIPO E INFRAESTRUCTURA

8 Articulación de rodilla ANTECEDENTES 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

9 Solución final ANTECEDENTES Prótesis de rodilla -Duración aprox. 10 años -Costosa

10 Procedimiento de análisis y diseño Revisión del estado del Arte Selección de un modelo tipo Digitalización de prótesis Revisión y Simulación Obtención de parámetros de diseño Modelación y simulación de análisis de esfuerzos. Diseño final y manufactura Pruebas de factibilidad de prótesis

11 Revisión del estado del Arte Diferentes tipos de prótesis

12 Digitalización de prótesis

13 COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL Esfuerzo (MPa) Esfuerzo ingenieril Esfuerzo verdadero Deformacion (mm/mm)

14 Análisis de una prótesis comercial +

15 Parámetros de diseño R 1 R 1 R 2 R 2

16 Parámetros de diseño Radios sagitales Ancho Altura Espesores Anatomía Materias biocompatibles

17 Propuestas de diseño

18 Discretización de la prótesis

19 Resultados de esfuerzos y desplazamientos

20 Optimización de los parámetros críticos de diseño

21 Resultados de esfuerzos por parámetro

22 Resultados de esfuerzos por parámetro

23 CASO DE ESTUDIO: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PRÓTESIS DE ARTICULACIÓN DE RODILLA. Influencia de parametros en el diseño

24 Optimización de los parámetros críticos de diseño

25 Análisis del modelo optimizado de la prótesis

26 Análisis del modelo optimizado de la prótesis Inserto, UHMWPE

27 Análisis del modelo optimizado de la prótesis Esfuerzo en el inserto Esfuerzo Equivalente, MPa UHMWPE UHMWPE Nitruro de Titanio Condición del Peso corporal, N

28 PRÓTESIS

29 CONCLUSIONES El concepto de rodilla artificial versus reemplazo articular de rodilla, es importante ya que mientras en el primer concepto podrá no tomarse en cuenta de manera directa al paciente, en el segundo concepto se evalúan las propiedades biológicas y mecánicas para el diseño específico de una rodilla. El objetivo principal de este trabajo fue cumplido ya que se tiene un diseño de prótesis no comercial optimizado en parámetros. Con la opción de aumentar la vida útil de las prótesis de articulación de rodilla. En un futuro se piensa en la disminución de los gastos del sector salud por NO importaciones de prótesis de articulación de rodilla. Se esta trabajando en pruebas de recubrimiento de prótesis por las técnicas de Ablación Laser y SolGel, para encontrar la mejor técnica para recubrimiento. Así como en pruebas de desgaste tanto por FEA como experimentalmente. Se están estableciendo metodologías para la fabricación de prótesis. También, se esta trabajando en el desarrollo de un simulador dinámico para evaluación de prótesis de articulación de rodilla.

30 Instituto Tecnológico de Celaya Departamento de Ingeniería Mecánica Área de Biomecánica Raúl LessoArroyo ext. 320 y 207

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

32 Ángulo Valgus Flexión

33 Movimientos activos Flexión Extensión Abducción Aducción Rotación interna Rotación externa