El Mallado de superficie y su influencia en los análisis de modelos biomecánicos por el método de los Elementos Finitos

Abstract

Los huesos forman el sustento del cuerpo humano, confiriéndole rigidez y estabilidad. En ocasiones es necesario realizar una intervención quirúrgica a un paciente, debido a fracturas óseas u otros padecimientos, que por su complejidad, resultan imposibles de resolver utilizando métodos convencionales (como los yesos y similares). Debido al desarrollo tecnológico actual existen varios métodos para simular una intervención quirúrgica de manera computacional. Para el desarrollo de estas simulaciones, es necesario obtener (en un programa informático) los modelos virtuales de los huesos, a los cuales aplicar los análisis. El objetivo de la investigación consiste en determinar las mejores distribuciones para las longitudes de los elementos que componen la malla superficial de un modelo óseo virtual, cuando se realiza el análisis de modelos biomecánicos por el Método de los Elementos Finitos (MEF). Se modelaron varios modelos de la vértebra lumbar L5 a partir de una tomografía axial computarizada, realizando cambios en sus mallas superficiales y se aplicó el análisis por el MEF a cada modelo, finalmente mediante la comparación se definen las mejores longitudes para su representación. Los resultados muestran un modelo virtual de una vértebra lumbar L5 humana, a partir de una TAC, se demuestra que el mallado de superficie realizado en el software MIMICS tiene influencia significativa en los resultados; las comparaciones demuestran que las distribuciones óptimas de las longitudes de los triángulos se encuentran entre los cinco y siete mm. Todo ello recomienda que el modelo propuesto está apto para continuar investigaciones en el área de la biomecánica computacional, agregando a los ensambles prototipos virtuales de implantes.

The bones form the sustenance of the human body, conferring rigidity and stability. Sometimes it is necessary to perform a surgical intervention on a patient, due to bone fractures or other ailments, which due to their complexity, are impossible to solve using conventional methods (such as plasters and similar). Due to the current technological development there are several methods to simulate a surgical intervention in a computational manner. For the development of these simulations, it is necessary to obtain (in a computer program) the virtual models of the bones, to which to apply the analyzes. The objective of the research is to determine the best distributions for the lengths of the elements that make up the surface mesh of a virtual bone model, when the analysis of biomechanical models is done by the Finite Element Method (FEM). Several models of the L5 lumbar vertebra were modeled from a computerized axial tomography, making changes in their superficial meshes and the analysis was applied by the MEF to each model, finally by means of the comparison the best lengths are defined for their representation. The results show a virtual model of a human L5 lumbar vertebra, from a CT scan, it is shown that the surface meshing carried out in the MIMICS software has a significant influence on the results; the comparisons show that the optimal distributions of the lengths of the triangles are between five and seven mm. All this recommends that the proposed model is suitable for continuing research in the area of computational biomechanics, adding virtual prototypes of implants to the assemblies.