Lovi, Alex (2016) Análisis de distribución de tensiones asociada a la utilización de implantes ortopédicos de materiales superelásticos en el tratamiento de deficiencias óseas. / Stress analysis of a guided growth system made of super-elastic materials in the treatment of physical deformities. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Durante el desarrollo de un niño pueden ocurrir diversas anomalías y distorsiones en el crecimiento de los huesos que resultan en distintos problemas. Independientemente de las razones por las que ocurren, si son detectadas y tratadas con tiempo sus secuelas pueden ser minimizadas o eliminadas. Este trabajo continúa el proyecto integrador de ingeniería mecánica del ingeniero Matías Korten. En ese trabajo se realizaron ensayos termomecánicos a alambres de NiTi para caracterizar las fuerzas desarrolladas y la influencia de diferentes parámetros geométricos y físicos en las mismas. El Dr. J. Groiso propone la fabricación de un dispositivo pseudoelástico y biocompatible de NiTi para corregir deformaciones angulares en huesos. En este trabajo, se buscó caracterizar nuevamente el material NiTi, validar los resultados obtenidos en ese trabajo y diseñar un dispositivo que permita la caracterización del material de forma más confiable. Se desarrolló un modelo computacional de un hueso en 3D que permite obtener el campo de tensiones sobre la placa de crecimiento al aplicar una fuerza superficial sobre los tornillos. Se analizaron los resultados con distintas formas de aplicación de la fuerza, la zona afectada por la prótesis al cambiar la posición de los tornillos y se hizo un análisis de sensibilidad en el rango (según bibliografía) del módulo de elasticidad de la placa de crecimiento. Se concluye que la aplicación de un dispositivo de NiTi puede generar las tensiones necesarias para impulsar el crecimiento del hueso en la dirección correcta.
Resumen en inglés
Throughout child development, many anomalies may affect the ossification of bones and result in many complications. Regardless of the reasons, if detected and treated without delay these complications may be minimized and even eradicated. This project is the continuation of the final work done by engineer Matías Korten. He characterized the forces developed in NiTi wires as well as the effect of different geometrical parameters by different thermomechanical tests. Dr. (med.) J. Groiso suggests the use of pseudoelastic and biocompatible device made of NiTi in order to correct angular deformations in bones. In this work, NiTi was characterized again, validating former results and a device that allows for a better and more reliable testing of NiTi properties was designed and built. A computational model of a 3D bone was developed and the stress field on the fisis was obtained while applying a force on the external nodes of the screw. Results were analyzed by applying the force differently, the resulting stress field when the position of the screws was changed and the elastic modulus was changed all over the range (according to references). The conclusion is that a device made of NiTi is capable of generating the stress needed to correct angular deformities.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Información Adicional: | Área Temática: Biomateriales. |
| Palabras Clave: | Orthopedia; Ortopedia; Bones; Huesos; Therapy; Terapia; Prostheses; Prótesis; [Superelastic materials; Materiales superelásticos; Orthopedic implants; Implantes ortopédicos; Mechanical design; Diseño mecánico; NiTi] |
| Referencias: | [1] J. Gao, E. Roan, J. L. Williams, “Regional Variations in Growth Plate Chondrocyte Deformation as Predicted By Three-Dimensional Multi-Scale Simulations”, (2015) PLOS ONE. [2] Patente pendiente (cancelada) US 20120209338 A1. [3] R. R. Pezarini, H. S. Bernabé, F. Sato, L. C. Malacarne, N. G. C. Astrath, J. H. Rohling, A. N. Medina, R. D. dos Reis, F. C. G. Gandra, “On the use of photothermal thechniques to study NiTi phase transitions”, (2014) Material Research Express. [4] A. Yawny, M. Sade, and G. Eggeler . “Pseudoelastic cycling of ultra-fine-grained NiTi shape-memory wires”. (2005) Zeitschrift für Metallkunde: Vol. 96, No. 6, pp. 608-618. [5] T. W. Duerig, K N Melton and D Stöckel, “Engineering Aspects of Shape Memory Alloys”, ISBN: 978-0-7506-1009-4. [6] W. S. Rasband, ImageJ, U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, http://imagej.nih.gov/ij/, 1997-2016. [7] M. Amini et al., “Individual and combined effects of OA-related subchondral bone alterations on proximal tibial stiffness: a parametric finite element modeling study”. (2015) Medical Engineering and Physics, http://dx.doi.org/10.1016/j.medengphy.2015.05.011 [8] J-Y Rho. “An ultrasonic method for measuring the elastic properties of human tibial cortical and cancellous bone”. (1996) Ultrasonics;34(8):777-83. [9] Product Data Sheet 316/316L Stainless Steel UNS S31600 and UNS S31603, AK STEEL. [10] P. K. Zysset, M. Sonny, W.C. Hayes. “Morphology-mechanical property relations in trabecular bone of the osteoarthritic proximal tibia”. (1994) J Arthroplasty;9(2):203- 16. [11] J. S. Day, M. Ding, J. C. van der Linden, I. Hvid, D.R. Sumner, H. Weinans. “A decreased subchondral trabecular bone tissue elastic modulus is associated with pre-arthritic cartilage damage”. (2001) J Orthop Res;19(5):914-18. [12] M. Ding, M. Dalstra, F. Linde, I. Hvid. “Changes in the stiffness of the human tibial cartilage-bone complex in early-stage osteoarthrosis”. (1998) Acta Orthop Scand;69(4):358-62. [13] M. Ding, C. C. Danielsen, I. Hvid. “Bone density does not reflect mechanical properties in early-stage arthrosis”. (2001) Acta Orthop Scand;72(2):181-5. [14] T. D. Brown, E. L. Radin, R. B. Martin, D. B. Burr. “Finite element studies of some juxta-articular stress changes due to localized subchondral stiffening”. (1984) J Biomech;17(1):11-24. [15] J. H. Keyak, I. Y. Lee, H. B. Skinner. “Correlations between ortogonal mechanical properties and density of trabecular bone: use of different densitometric measures”. (1994) J Biomed Mater Res;28(11):1329-36. [16] E. F. Morgan, H. H. Bayraktar, T. M. Keaveny. “Trabecular bone modulusdensity relationships dependo n anatomic site”. (2003) J Biomech;36(7):897-904. [17] A. Odgaard, F. Linde. “The underestimation of Young’s modulus in compressive testing of cancellous bone specimens”. (1991) J Biomech;24(8):691-8. [18] H. A. Peterson, MD, MS, “Physeal Injury Other Than Fracture”, ISBN 978-3- 64222562-8. [19] M. Korten, “Desarrollo de dispositivos ortopédicos basados en el efecto superelástico para el tratamiento de distintas deficiencias óseas”. (2015) Proyecto Integrador de la Carrera Ingeniería Mecánica, Instituto |
| Materias: | Medicina > Anatomía Ingeniería > Ensayo de materiales Medicina |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Ciencias de materiales > Física de metales |
| Código ID: | 558 |
| Depositado Por: | USUARIO INVÁLIDO |
| Depositado En: | 18 Oct 2016 10:35 |
| Última Modificación: | 18 Oct 2016 10:35 |
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