ÁREA DE BIOMECÁNICA DEPTO. DE INGRÍA. MECÁNICA · • Prevenir a las personas de desgaste de...

“DESARROLLO DE UNA INTERFASE PARA EL ANÁLISIS DE DESGASTE DE CARTILAGO ARTICULAR DE RODILLA .

Instituto Tecnológico de Celaya

Octubre, 2007. San Miguel de Allende, Gto, México.

M. I. RAUL LESSO ARROYO (ITC)

AGUSTÍN VIDAL LESSOSAUL MOLINA DOMÍNGUEZ ARNULFO PÉREZ PÉREZADRIAN LOPEZ CERVANTES

VERONICA ESPINAL

PRESENTA:COORDINADOR DEL AREA, ITC:

Dr. LEONEL DAZA BENÍTEZ (IMSS)

Dr. J. SANTOS GARCÍA MIRANDA M.C. DANIEL AGUILERA CAMACHOING. FRANCISCO GUTIERREZ VERA

COLABORADORES:

ASESOR IMSS:

ÁREA DE BIOMECÁNICA DEPTO. DE INGRÍA. MECÁNICA

VII CONGRESO INTERNACIONAL

AntecedentesProducto y su mercadoProducción y operaciónAdministración y organización

Estructura del proyecto- Planteamiento del problema- Hipótesis- Justificación- Objetivo- Impacto- Fundamento teórico- Desarrollo del proyecto

Información financieraConclusiones y comentarios finales

CONTENIDO

Articulación de rodilla

Una de las más

importantes

Factores de Daño

• Osteoartritis

• Sobrepeso

• Postura

• Lesiones

•Desgaste de cartílago

•Desalineación

•Dolor

•Inmovilidad

Prevenir daño

Movilidad y soporte al

cuerpo

o disminuir o eliminar dolor

ANTECEDENTES

DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO

PRODUCTO Y SU MERCADO

Producto Necesidad

Desgaste de cartílago

Programas de computadora para evaluación, diagnóstico y prevención de enfermedades

Mercado

Clientes

Centros de salud y hospitales particulares

- DIAGNÓSTICO- PREDICCIÓN- PREVENCIÓN

DESGASTE DE CARTÍLAGO

INTERFASE GRÁFICA

Osteoartritis

HERRAMIENTA DE


COMPETENCIANO EXISTEN INTERFASES o programas de computadora que realicen las funciones, diagnósticos y predicciones que ésta interfase ofrece.

PRODUCCIÓN Y OPERACIÓNProceso de producción

Método de diagnóstico

actual

- técnicas invasivas- resonancias magnéticas- radiografías

Interfase gráfica

- técnica no invasivas- diagnóstico rápido y práctico- radiografías y resonancias

Proceso de producción


Proceso de distribución

- Interfase generada- Bases de datos- Ecuaciones

Interfase

Operación y requisitos de personal

Operación fácil y práctica

Interfase

Personal médico

Correcta interpretación de

resultados

Diagnóstico, predicción o prevención de desgaste de cartílago


Administración y organizaciónEstructura organizacional



ESTRUCTURA DEL PROYECTO

Planteamiento del problema

Aprox. 3.5 millones de personas con osteoartritis de rodilla.Año 2010

Osteoartritis

IMSS-LEON 60-70 Casos clínicos graves/año

“Se cree que el daño es inducido mecánicamente”


Factores Rodilla Desarrollo del fenómeno

Fenómeno deDesgaste de Cartílago

Sobrepeso

Desalineación

Malas posturas

Lesiones

Genética

Hábitos

Uso de biomecánica

Hipótesis

• El desarrollo de una herramienta computacional que permita evaluar el estado del cartílago en las condiciones actuales y predecir su estado a condiciones futuras, seráuna herramienta no invasiva de mucha utilidad en los diagnósticos médicos de osteoartritis y para mejora de la salud de las personas que padecen esta enfermedad.

• El análisis biomecánico de la articulación y específicamente el estudio del comportamiento biomecánico del cartílago de rodilla, mediante el uso de la simulación por elemento finito, representará un gran avance en el entendimiento del fenómeno de la osteoartritis.



JustificaciónAprox. 3.5 millones de personas con osteoartritis de rodilla.Año 2010

Estudio de los diversos factores que contribuyen al desarrollo de este problema.

Predecir el comportamiento biomecánico de la articulación ante la variación de éstos factores

Mejorar la calidad de vida de pacientes que presentan este tipo de problemas

Disminución de gastos de los sectores de salud pública


Crear una interfase gráfica, la cual permita a los médicos, realizar el diagnóstico de desgaste de cartílago de la rodilla.

Objetivo

• Simulación de la articulación de rodilla para crear su prototipo virtual y observar el comportamiento del cartílago a condiciones normales de trabajo.

• Diseño y desarrollo de pruebas del prototipo virtual para determinar el efecto de los diferentes factores que pueden favorecer el desgaste de cartílago.

• Generación de un modelo matemático que represente el comportamiento del desgaste de cartílago ante los diferentes factores que lo favorecen.

• Crear una interfase gráfica para diagnóstico de desgaste de cartílago de la rodilla.

• Difundir los resultados de la investigación.

Objetivos específicos:

• Prevenir a las personas de desgaste de cartílago.• Mejorar el nivel de vida de pacientes con este problema.• Disminución de los gastos del sector salud por cirugías de reemplazo y revisión. • Aportación de conocimiento.• Aportación de una herramienta computacional de diagnóstico (la interfase) para los médicos.• Soluciones para prevenir el desgaste de cartílago o disminuirlo.

Impacto

Impactobiomecánica y simulación

social y económico


Fundamento teórico

• Articulación de rodilla• Cartílago articular• Osteoartritis: desgaste de cartílago• Mecánica de la rodilla• Los ejes de la articulación de la rodilla y ángulo valgus

• Variaciones del ángulo valgus• ¿Qué es el MEF?• No linealidad del material.• Análisis de regresión• Regresión Lineal• Regresión no Lineal• Coeficiente de correlación


Ángulo valgus Componentes de la rodilla Osteoartritis de rodilla

Método del Elemento Finito (MEF) Análisis de esfuerzos y deformaciones

Discretizar

Modelo CAD Modelo elemento finito

Elemento finito a utilizar: SOLID92

-Tetraedro de 10 nodos- 3 gdl (ux, uy, uz) / nodo- Ajustable a mallas irregulares- Soporta plasticidad, creep, grandes deformaciones, etc.


Pares de contactosdefinidos

- fémur-cartílago- cartílago-cartílago

- tibia-cartílago

Pares de contactos del modelo:

Análisis de regresión no-lineal

Algoritmo de Levenberg-Marquard

Minimiza la función de la suma de residuos al cuadrado

( ) ( )[ ]∑=

−=n

ii xmyS

1

2,αα rr

Generación de modelos matemáticos

Desarrollo del proyecto

Modelo CAD


Espesor de cartílago:

-Falcovitz, Y. H.: 2.25 mm en los cóndilos femorales.

-Barbu-Mcinnis M.: 2.224 mm en la meseta tibial.

Consideraciones realizadas y modelo de elemento finito

- Modelo recortado de huesos

- Cartílago: material isotrópico,

homogéneo y lineal

-Huesos: materiales ortotrópicos

- Modelo alineado, 0º flexión


Resultados para el caso normal (alineado, 0º flexión)


Estudio de los factores que favorecen la osteoartritis

RESULTADOS


500

1000

1500

2000

2500

Carga (N)

177.5180182.5

185187.5

Valgus (º)

4 45 56 67 78 89 9

10 1011 1112 1213 1314 14

Esf

uerz

o (M

Pa)

Esf

uerz

o (M

Pa)

500

1000

1500

2000

2500

Carga (N)

179180181182183184185

Angulo varum (º)

4

45

56

67

78

89

910

1011

1112

1213

13

Esf

uerz

os (M

Pa)

Esf

uerz

os (M

Pa)

Interfase generada

Comportamiento de cartílago

( )⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−+++=

22 5.0exp),(

fedcwbwaw θθσ ( ) ( )

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−−+++= 1expexp),( 2

fe

fedcwbwaw θθθσ


Interfase generada


Predicción de daño

Tipo de dolor .

Grado de intensidad

del dolor.

Medición de espesor

con resonancia

magnética.

Información financiera


Financiamiento

• ITC• DGEST• IMSS • Presidencia Municipal de Valle de Santiago• Recursos propios

El costo aprox. actual del producto sería de $3,000.00 por licencia de uso y cada año se realizaría la renovación de ésta.

Ahorro ($$$$)

Interfase

Costo más económico

Centros de salud pública

Costo diferente (100 % +)

Instituciones privadas

Prótesis, consultas de revisión, cirugías


Interfase

MejorasActualización

Investigación

Actualización y mejora continua de la interfase

Conclusiones y comentarios finales


Simulación biomecánica

herramienta clave

Estudio de fenómenos biomecánicos

soluciones

predicciónprevenciónmejor calidad de vida

En lugar de hacerpruebas destructivas o

invasivas

Simulación decomputadora

Esto representauna gran éxito en

biomecánica

Interfase Manejo rápido, sencillo y práctico

Conjunto de valores obtenidos

y ecuaciones generadas

Investigación


Interfase Herramienta de diagnóstico para los médicos

- Zona de daño- Predicción- Prevención

desgaste de cartílago

Mejor calidad de vida para personas con osteoartritis

Alto impacto en centros de salud pública Ahorro ($$$$)

Disminución de uso de prótesis, consultas de

revisión, cirugías

Conclusiones y comentarios finales

Ni debes pavonearte ante el mundo como vencedor ni hundirte ni lamentarte como vencido; alégrate con lo que es digno de alegría, no te rindas, con exceso ante las desventura, conoce el ritmo que mantiene a los hombres en sus limites.

ArquArquíílocoloco de Parosde Paros

Reflexión

Cartílago articular

Cóndilo lateral

Cóndilo medial

Principales componentes de la rodilla humana:

•Fémur

•Tibia

•Cartílago articular

•Rótula

•Meniscos

“Si quieres conversar conmigo define los términos”

VOLTAIRE

Ángulo Valgus

Flexión

Movimientos activos

Flexión Extensión Abducción

Aducción Rotación interna Rotación externa

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