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
CONTENIDO INTRODUCCIÓN MOTIVACIÓN ANTECEDENTES PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS Y DISEÑO 1. Digitalización. 2. Parámetros de Diseño. 3. Simulación 4. Optimización 5. Análisis de resultados. CONCLUSIONES
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.
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.
MOTIVACIÓN Año 2010 Se estiman aprox. 3.5 millones de personas con dolor y alteraciones radiológicas por osteoartritis de rodilla.
MOTIVACIÓN TECNOLOGÍA DE IMPORTACIÓN EQUIPO E INFRAESTRUCTURA
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
Solución final ANTECEDENTES Prótesis de rodilla -Duración aprox. 10 años -Costosa
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
Revisión del estado del Arte Diferentes tipos de prótesis
Digitalización de prótesis
COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL Esfuerzo (MPa) 35 30 25 20 15 10 Esfuerzo ingenieril Esfuerzo verdadero 5 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Deformacion (mm/mm)
Análisis de una prótesis comercial +
Parámetros de diseño R 1 R 1 R 2 R 2
Parámetros de diseño Radios sagitales Ancho Altura Espesores Anatomía Materias biocompatibles
Propuestas de diseño
Discretización de la prótesis
Resultados de esfuerzos y desplazamientos
Optimización de los parámetros críticos de diseño
Resultados de esfuerzos por parámetro
Resultados de esfuerzos por parámetro
CASO DE ESTUDIO: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PRÓTESIS DE ARTICULACIÓN DE RODILLA. Influencia de parametros en el diseño
Optimización de los parámetros críticos de diseño
Análisis del modelo optimizado de la prótesis
Análisis del modelo optimizado de la prótesis Inserto, UHMWPE
Análisis del modelo optimizado de la prótesis Esfuerzo en el inserto 100 40 30 20 10 10 5 0 1 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2800 Esfuerzo Equivalente, MPa UHMWPE UHMWPE Nitruro de Titanio Condición del Peso corporal, N
PRÓTESIS
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.
Instituto Tecnológico de Celaya Departamento de Ingeniería Mecánica Área de Biomecánica Raúl LessoArroyo rlesso@itc.mx 01-461 6117575 ext. 320 y 207
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
Ángulo Valgus Flexión
Movimientos activos Flexión Extensión Abducción Aducción Rotación interna Rotación externa