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Biomecánica computacional:
simulando la mecánica de la vida
Manuel Doblaré

Zaragoza, 29 de Octubre de 2007

BIOMECÁNICA COMPUTACIONAL: SIMULANDO LA MECÁNICA DE LA VIDA
Manuel Doblaré
Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) Universidad de Zaragoza mdoblare@unizar.es

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ƒ La Mecánica trata del movimiento de sólidos y fluidos como consecuencia de lasfuerzas que actúan sobre ellos.

Catástrofe del Columbia

Ciclo de conferencias. Ibercaja Zentrum

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Deformación de un componente para absorción de impactos

Catástrofe del Columbia

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Además:
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Las deformaciones mecánicas interaccionan con laBiología a nivel molecular (i.e. mecánica del DNA)

A nivel celular (i.e. la diferenciación celular depende de la rigidez del sustrato)

(Bao and Suresh, Nature Materials 2003) (Engler et al., Cell 2006)
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A nivel tisular consolidación ósea)

(i.e.

A nivel de órgano morfogénesis ósea)

(i.e.

Claes et al. 2003Chalmers & Ray, 1962
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ƒ La Biomecánica aplica los principios de la Mecánica al comportamiento de seres vivos. Trata pues de predecir el comportamiento mecánico (movimiento, deformaciones y tensiones) que aparecen en un tejido u órgano como consecuencia de las cargas actuantes, su constitución microestructural y las restricciones impuestaspor otros órganos. ƒ La Mecanobiología trata de predecir la respuesta biológica ante cambios en el entorno mecánico.

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(Aristóteles, 384-322 a.C) (De Motu Animalium)

(Leonardo da Vinci, 1452-1519) (El hombre de Vitrubio, 1486)

(Galileo Galilei, 1564-1642)

(Discorsi e Dimostrazioni Matematiche in Torno a Due Nuove Scienze,1638)
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(Giovanni Borelli, 1608-1679)

(De Motu Animalium, 1679)

(Y.C. Fung, 1919-) (Biomechanics of living tissues, 1993)
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CAMPOS DE APLICACIÓN
ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ Diseño de prótesis e implantes Cirugía ortopédica y cardiovascular Actividad y dispositivos deportivosBiomecánica ocupacional y ergonomía Diseño de instrumental médico Medicina regenerativa e ingeniería de tejidos

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Hindfoot/T ibia Dorsiflexion

deg

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Forefoot/Hindfoot Dorsiflexion

deg

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MOTIVACIÓN DE LA SIMULACIÓN EN BIOMECÁNICA Y MECANOBIOLOGÍA
ƒ La gran dificultad de los ensayos experimentales y la práctica imposibilidad de su personalización. ƒ La posibilidad de estudiar y comparar muchos factores y situaciones: diferentes pacientes, implantes, características de los tejidos, etc. ƒ Posibilidad de incorporar factores mecánicos, biológicos y farmacológicos en losmodelos que, en algún caso, no pueden controlarse en los ensayos. ƒ Bajo coste.

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IMAGEN MÉDICA

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SEGMENTACIÓN Y RECONSTRUCCIÓN GEOMÉTRICA

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MODELO GEOMÉTRICO DE ANÁLISIS

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CARGAS Y CONDICIONES DE CONTORNO

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COMPORTAMIENTO DE MATERIALES

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EJEMPLO: PREDICCIÓN DE FRACTURAS CERVICALES POR CONTRACCIÓN DEL ILIPSOAS

45º

Criterio de Cowin modificado
Ciclo de conferencias....