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“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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Administración y organizaciónEstructura organizacional
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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”
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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.
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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.
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Resultados para el caso normal (alineado, 0º flexión)
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Estudio de los factores que favorecen la osteoartritis
RESULTADOS
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Interfase generada
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Predicción de daño
Tipo de dolor .
Grado de intensidad
del dolor.
Medición de espesor
con resonancia
magnética.
Información financiera
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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 ($$$$)
Interfase
Costo más económico
Centros de salud pública
Costo diferente (100 % +)
Instituciones privadas
Prótesis, consultas de revisión, cirugías
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Interfase
MejorasActualización
Investigación
Actualización y mejora continua de la interfase
Conclusiones y comentarios finales
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Simulación biomecánica
herramienta clave
Estudio de fenómenos biomecánicos
soluciones
predicciónprevenciónmejor calidad de vida
En lugar de hacerpruebas destructivas o
invasivas
Simulación decomputadora
Esto representauna gran éxito en
biomecánica
Interfase Manejo rápido, sencillo y práctico
Conjunto de valores obtenidos
y ecuaciones generadas
Investigación
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
Interfase Herramienta de diagnóstico para los médicos
- Zona de daño- Predicción- Prevención
desgaste de cartílago
Mejor calidad de vida para personas con osteoartritis
Alto impacto en centros de salud pública Ahorro ($$$$)
Disminución de uso de prótesis, consultas de
revisión, cirugías
Conclusiones y comentarios finales
DESGASTE DE CARTÍLAGOINTERFASE GRÁFICA DIAGNÓSTICO
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