Ciencia y Tecnologia

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HERRAMIENTAS NUMÉRICAS UTILIZADAS PARA EL DESARROLLO DE DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS EN EL TRATAMIENTO DE LESIONES HUMANAS
Gabriela Contreras y Miguel Cerrolaza
Centro de Bioingeniería, Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela, P.O. Box 50361,gabriela_contreras@web.de, mcerrola@reacciun.ve

Palabras claves: Biomecánica, métodos numéricos, remodelado óseo. Resumen. En este artículo se presenta una selección de los avances de algunos trabajos que se vienen desarrollando en el Centro de Bioingeniería de la Universidad Central de Venezuela que aplican fundamentalmente técnicas numéricas para la simulación, el diseño, desarrollo yconstrucción de la fabricación de diferentes dispositivos biomédicos. En primer lugar, se presentan tres casos del área de biomecánica, dos de los cuales son de dispositivos de fijación para tratamientos de fracturas uno para columna vertebral y el otro para huesos metacarpianos de la mano que incluyen los diseños tridimensionales de las piezas y los respectivos análisis numéricos de las mismas, simulandosituaciones reales bajo cargas “in vivo”. Por otro lado se muestra, una simulación del comportamiento óseo ante la colocación de un dispositivo biomecánico como técnicas de remodelado óseo, en el cual se observa lo que ocurre para diferentes casos de carga cuando se coloca una prótesis y comienza el aflojamiento de la misma por reabsorción ósea. Finalmente, se propone como trabajo futuro laconstrucción de un ambiente de visualización gráfica usando tecnologías avanzadas de realidad virtual inmersiva que le permitan a un usuario sin conocimientos de computación, la manipulación e interpretación de información visual en 3D. Como por ejemplo un médico cirujano puede simular virtualmente la rutina de trabajo en la colocación de una prótesis en un paciente.



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INTRODUCCIÓN

Durante la última década el incremento en la aplicación de técnicas numéricas para la simulación de problemas complejos de bioingeniería han enriquecido sustancialmente este tipo de investigaciones. En la actualidad, la mayoría de los científicos en el mundo hanprobado que los métodos numéricos son una herramienta indispensable en la creación de nuevos dispositivos ya que se pueden detectar y corregir las fallas antes de ser manufacturados. Mas recientemente, se han encontrados avances significativos en el desarrollo de modelos matemáticos para predecir la evolución del proceso de reparación ósea de una fractura con o sin dispositivo biomecánico. Debido ala creciente demanda de técnicas y dispositivos biomédicos para dar soluciones al sector salud pública en la población venezolana, se están desarrollando diferentes proyectos en el Centro de Bioingeniería de la Universidad Central de Venezuela. Este trabajo incluye una pequeña recopilación de los resultados obtenidos de estas recientes investigaciones como son el diseño y simulación numérica deuna placa cervical, análisis numérico de un sistema intramedular para metacarpianos, interacción entre el hueso femoral y una prótesis de cadera a través de un modelo de remodelación ósea y por último la creación de un quirófano virtual. 2 DISEÑO Y SIMULACIÓN NUMÉRICA DE UNA PLACA CERVICAL El objetivo de este trabajo es el diseño y simulación de una placa cervical de colocación anterior, quepermita libertad en el posicionamiento de los tornillos que se utilizan para su fijación. El diseño geométrico fue realizado en el software ProEngineer 2000i, y posteriormente analizado por el método de los elementos con MSC/Nastran 4.6. Se presenta un modelo preliminar del dispositivo y los resultados correspondientes a las distribuciones de esfuerzos debido a cargas fisiológicas de compresión. Se...