Análisis por elementos finitos de un espaciador temporal de rodilla: estabilidad y estado tensional

Gil Rubio, María Pilar
Pérez Ansón, María Ángeles (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2012
Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Mec. de Medios Contínuos y Teor. de Estructuras

Ingeniero Técnico Industrial (Esp. Mecánica)

Resumen: El análisis mediante elementos finitos viene aplicándose en la bibliografía al estudio biomecánico de las prótesis de rodilla. En este proyecto se ha realizado la geometría, el mallado y el análisis estructural utilizando el método de los elementos finitos para determinar la estabilidad y estado tensional de la articulación de la rodilla con un espaciador temporal de cemento óseo comercial Spacer K que le ha sido implantado. Para la realización del modelo presentado en este proyecto se parte de Tomografías Axiales Computarizadas (TAC) tomadas a una paciente, mujer de 65 años de edad y 70 kg de peso corporal, a la que se le ha colocado el espaciador temporal comercial Spacer K (Fig.3.2). Se han importado las imágenes desde el programa Mimics V10.1 (Materialise) y se ha desarrollado un modelo tridimensional de la geometría comprendida entre la diáfisis de la tibia y la diáfisis del fémur que incluye el espaciador, y que una vez suavizado, es exportado a un programa de mallado (Harpoon mesh) donde se genera un modelo discreto. Este es nuevamente exportado a Mimics para a partir del nivel de grises (Hounsfield units – HU) de las imágenes obtener las propiedades mecánicas del hueso (densidad, módulo de Young y coeficiente de Poisson), y finalmente se exporta al procesador de cálculo Abaqus (versión 6.9) para realizar, mediante el método de los elementos finitos, el análisis de la estabilidad y estado tensional de la articulación de la rodilla y del espaciador. A partir de las cargas que actúan sobre el extremo proximal del fémur y fijando la tibia distalmente, se han analizando en el conjunto los desplazamientos, en el tejido óseo deformación equivalente y tensiones principales, y en el espaciador tensiones principales. En el primer análisis se presentan cuatro modelos discretizados agrupando las densidades óseas en 5, 20, 50 y 100 materiales de densidades medias, sobre la misma geometría a 0º de flexión y aplicando las mismas cargas. En la segunda parte se analiza el efecto de las cargas, de 2’25, 1’85 y 3’5 veces el peso corporal, sobre el modelo discretizado con 50 materiales, en tres momentos del ciclo de la marcha a 5’5º, 15’5º y 4’5º de flexión respectivamente.

Palabra(s) clave (del autor): análisis por el método elementos finitos ; estabilidad y estado tensional ; espaciador temporal de rodilla ; artroplástia de revisión de rodilla

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera