Modelamiento del comportamiento mecánico del hueso trabecular y cortical en el fémur mediante elementos finitos

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Resumen

Currently, invasive studies are performed on bone parts of corpses or otherwise studies are performed with the geometries and general mechanical properties, this procedure by its application has disadvantages compared to any other that does not require physical intervention of the subject, so in this text we intend to develop a non-invasive methodology, based on computed tomography (CT), which will allow the recreation of a bone model (bone) in a 3D environment, by converting DICOM files to. STL format, which is a type of file used in additive engineering for the printing of 3D models. As a remarkable measure for this project, the main cortical and trabecular parts of the modeled bone will be defined by selecting the thresholds defined by the software for the reading of these DICOM files, that according to the tonality of the image can perform the detection of various tissue densities such as the cortical and trabecular part of the bone, followed by a meshing that allows us to solve a FEA study with ANSYS software in an optimal way for the hardware to be used. Likewise, the independent assignment of specific material properties for each type of bone, in order to obtain information on the behavior of the cortical and trabecular bone as a whole when applying defined restrictions and loads; thus recreating the normal condition of the bone as accurately as possible, it is intended that this method can be applied to the prevention of bone fractures, the design of prostheses and the development of new accessible practices that have a place in this field of study.

Descripción

En la actualidad se realizan estudios de manera invasiva a partes ósea de cadáveres o en su defecto se realizan los estudios con las geometrías y propiedades mecánicas generales, este procedimiento por su aplicación presenta desventajas ante cualquier otro que no requiera la intervención física del sujeto, así que en este texto se pretende desarrollar una metodología no invasiva, partiendo de tomografías computarizadas (TC), las cuales permitirán realizar la recreación de un modelo óseo (hueso) en un entorno 3D, por medio de la conversión de archivos DICOM a formato. STL que es un tipo de archivo que se usa en la ingeniería aditiva para la impresión de modelos 3D, como medida destacable para este proyecto se busca definir en el hueso modelado las principales partes cortical y trabecular por medio de la selección de los umbrales definidos por los software para la lectura de estos archivos DICOM, que de acuerdo a la tonalidad de la imagen pueden realizar la detección de diversas densidades de tejidos como la parte cortical y trabecular del hueso, seguido de un mallado que nos permita solucionar un estudio FEA con el software ANSYS de forma óptima para el hardware a usar. Así mismo la asignación independiente de propiedades de material específica para cada tipo de hueso, con el fin de obtener la información del comportamiento del hueso cortical y trabecular en conjunto al aplicar unas restricciones y cargas definidas; recreando así la condición normal del hueso lo más preciso posible, se busca que con este método se pueda llegar a aplicar a la prevención de fracturas óseas, al diseño de prótesis y al desarrollo de nuevas prácticas accesibles que tengan cabida en este campo de estudio.

Palabras clave

Modelamiento, Carga estática, Fémur, Comportamiento mecánico, Cortical, Trabecular, ANSYS

Materias

Ingeniería Mecánica - Tesis y disertaciones académicas , Huesos , Fémur , Impresiones 3D

Citación