Estudio del comportamiento biomecánico de una placa de tibia distal tipo LCP (placa de compresión de bloqueo), bajo condiciones estáticas y dinámicas en la marcha

Murillo Bernal, Yoynson Stiven

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2020-10-21

TY - GEN T1 - Estudio del comportamiento biomecánico de una placa de tibia distal tipo LCP (placa de compresión de bloqueo), bajo condiciones estáticas y dinámicas en la marcha UR - http://hdl.handle.net/11634/30534 PB - Universidad Santo Tomás AB - El estudio del comportamiento biomecánico de una placa de tibia distal medial tipo LCP (Placa de Comprensión de Bloqueo) bajo situaciones estáticas y dinámicas, se llevó a cabo por medio de un análisis de elementos finitos con la ayuda del programa Ansys Workbench 2020 R1, donde se asignaron los parámetros de carga y posición de la pierna derecha para las situaciones de posición bipodal erguida, marcha sobre superficie plana, ascenso y descenso de escalones. De esta forma, se examinó la distribución de esfuerzos que soporta este tipo de implantes quirúrgicos durante un tratamiento de osteosíntesis bajo la ejecución de actividades del diario vivir por parte del paciente. Por otro lado, el modelo óseo de la pierna derecha (Tibia, peroné y pie) fue realizado teniendo en cuenta las medidas antropométricas de un hombre adulto saludable con una altura de 168,8 cm y un peso de 69,1 Kg. La geometría del implante fue generada mediante escaneo 3D y modelado manual con ayuda de una prótesis con la que se contaba físicamente, ya que es necesario obtener un modelo 3D del ensamble pierna-placa lo mas acercado posible a lo anatómicamente y quirúrgicamente real para obtener resultados acertados en el análisis. En relación a los resultados se mostró que una de las principales causas del incremento de los esfuerzos en los modelos analizados está directamente relacionada con el ángulo en el que se encuentra la tibia con respecto a la línea de aplicación de la carga vertical, esto se evidenció en el modelo de marcha sobre superficie plana en el que se obtuvieron las mayores magnitudes de esfuerzos totales debido al esfuerzo flector que la carga generó sobre la geometría. También, se presentaron importantes concentradores de esfuerzos sobre las zonas cercanas a los bordes de los agujeros adyacentes al punto de la fractura ósea y en la zona inferior de la placa donde posee una serie de hondonadas que disminuyen el contacto placa-hueso y reducen el área trasversal del elemento quirúrgico en esta zona. Para concluir, al comparar el análisis computacional con la placa que presentó la ruptura, se evidenció que el lugar de la fractura es el mismo en el que ocurrió la mayor concentración de esfuerzos durante las simulaciones. Además, el patrón de fractura de la placa responde a los datos obtenidos en los análisis, en los cuales se crea una clara distribución de esfuerzos con las mayores magnitudes en forma de línea, entre los extremos laterales de la placa en donde existen hondonadas sobre la superficie inferior de esta y el agujero para tornillos más cercano. 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Por otro lado, el modelo óseo de la pierna derecha (Tibia, peroné y pie) fue realizado teniendo en cuenta las medidas antropométricas de un hombre adulto saludable con una altura de 168,8 cm y un peso de 69,1 Kg. La geometría del implante fue generada mediante escaneo 3D y modelado manual con ayuda de una prótesis con la que se contaba físicamente, ya que es necesario obtener un modelo 3D del ensamble pierna-placa lo mas acercado posible a lo anatómicamente y quirúrgicamente real para obtener resultados acertados en el análisis. En relación a los resultados se mostró que una de las principales causas del incremento de los esfuerzos en los modelos analizados está directamente relacionada con el ángulo en el que se encuentra la tibia con respecto a la línea de aplicación de la carga vertical, esto se evidenció en el modelo de marcha sobre superficie plana en el que se obtuvieron las mayores magnitudes de esfuerzos totales debido al esfuerzo flector que la carga generó sobre la geometría. También, se presentaron importantes concentradores de esfuerzos sobre las zonas cercanas a los bordes de los agujeros adyacentes al punto de la fractura ósea y en la zona inferior de la placa donde posee una serie de hondonadas que disminuyen el contacto placa-hueso y reducen el área trasversal del elemento quirúrgico en esta zona. 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De esta forma, se examinó la distribución de esfuerzos que soporta este tipo de implantes quirúrgicos durante un tratamiento de osteosíntesis bajo la ejecución de actividades del diario vivir por parte del paciente. Por otro lado, el modelo óseo de la pierna derecha (Tibia, peroné y pie) fue realizado teniendo en cuenta las medidas antropométricas de un hombre adulto saludable con una altura de 168,8 cm y un peso de 69,1 Kg. La geometría del implante fue generada mediante escaneo 3D y modelado manual con ayuda de una prótesis con la que se contaba físicamente, ya que es necesario obtener un modelo 3D del ensamble pierna-placa lo mas acercado posible a lo anatómicamente y quirúrgicamente real para obtener resultados acertados en el análisis. En relación a los resultados se mostró que una de las principales causas del incremento de los esfuerzos en los modelos analizados está directamente relacionada con el ángulo en el que se encuentra la tibia con respecto a la línea de aplicación de la carga vertical, esto se evidenció en el modelo de marcha sobre superficie plana en el que se obtuvieron las mayores magnitudes de esfuerzos totales debido al esfuerzo flector que la carga generó sobre la geometría. También, se presentaron importantes concentradores de esfuerzos sobre las zonas cercanas a los bordes de los agujeros adyacentes al punto de la fractura ósea y en la zona inferior de la placa donde posee una serie de hondonadas que disminuyen el contacto placa-hueso y reducen el área trasversal del elemento quirúrgico en esta zona. Para concluir, al comparar el análisis computacional con la placa que presentó la ruptura, se evidenció que el lugar de la fractura es el mismo en el que ocurrió la mayor concentración de esfuerzos durante las simulaciones. Además, el patrón de fractura de la placa responde a los datos obtenidos en los análisis, en los cuales se crea una clara distribución de esfuerzos con las mayores magnitudes en forma de línea, entre los extremos laterales de la placa en donde existen hondonadas sobre la superficie inferior de esta y el agujero para tornillos más cercano. OL Spanish (121)

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El estudio del comportamiento biomecánico de una placa de tibia distal medial tipo LCP (Placa de Comprensión de Bloqueo) bajo situaciones estáticas y dinámicas, se llevó a cabo por medio de un análisis de elementos finitos con la ayuda del programa Ansys Workbench 2020 R1, donde se asignaron los parámetros de carga y posición de la pierna derecha para las situaciones de posición bipodal erguida, marcha sobre superficie plana, ascenso y descenso de escalones. De esta forma, se examinó la distribución de esfuerzos que soporta este tipo de implantes quirúrgicos durante un tratamiento de osteosíntesis bajo la ejecución de actividades del diario vivir por parte del paciente. Por otro lado, el modelo óseo de la pierna derecha (Tibia, peroné y pie) fue realizado teniendo en cuenta las medidas antropométricas de un hombre adulto saludable con una altura de 168,8 cm y un peso de 69,1 Kg. La geometría del implante fue generada mediante escaneo 3D y modelado manual con ayuda de una prótesis con la que se contaba físicamente, ya que es necesario obtener un modelo 3D del ensamble pierna-placa lo mas acercado posible a lo anatómicamente y quirúrgicamente real para obtener resultados acertados en el análisis. En relación a los resultados se mostró que una de las principales causas del incremento de los esfuerzos en los modelos analizados está directamente relacionada con el ángulo en el que se encuentra la tibia con respecto a la línea de aplicación de la carga vertical, esto se evidenció en el modelo de marcha sobre superficie plana en el que se obtuvieron las mayores magnitudes de esfuerzos totales debido al esfuerzo flector que la carga generó sobre la geometría. También, se presentaron importantes concentradores de esfuerzos sobre las zonas cercanas a los bordes de los agujeros adyacentes al punto de la fractura ósea y en la zona inferior de la placa donde posee una serie de hondonadas que disminuyen el contacto placa-hueso y reducen el área trasversal del elemento quirúrgico en esta zona. Para concluir, al comparar el análisis computacional con la placa que presentó la ruptura, se evidenció que el lugar de la fractura es el mismo en el que ocurrió la mayor concentración de esfuerzos durante las simulaciones. Además, el patrón de fractura de la placa responde a los datos obtenidos en los análisis, en los cuales se crea una clara distribución de esfuerzos con las mayores magnitudes en forma de línea, entre los extremos laterales de la placa en donde existen hondonadas sobre la superficie inferior de esta y el agujero para tornillos más cercano.

Abstract

The study of the biomechanical behavior of a LCP-type medial distal tibia plate (Locking Understanding Plate) under static and dynamic situations was carried out through a finite element analysis with the help of the Ansys Workbench 2020 R1 program, where The load and position parameters of the right leg were assigned for the situations of upright bipodal position, walking on a flat surface, ascent and descent of steps. In this way, the distribution of efforts supported by this type of surgical implants during an osteosynthesis treatment under the execution of daily living activities by the patient was examined. On the other hand, the bone model of the right leg (tibia, fibula and foot) was made taking into account the anthropometric measurements of a healthy adult man with a height of 168.8 cm and a weight of 69.1 kg. of the implant was generated by 3D scanning and manual modeling with the help of a prosthesis that was physically available, since it is necessary to obtain a 3D model of the leg-plate assembly as close as possible to what is anatomically and surgically real in order to obtain accurate results in the analysis. In relation to the results, it was shown that one of the main causes of the increase in stress in the analyzed models is directly related to the angle at which the tibia is with respect to the line of application of the vertical load, this was evidenced in the model of running on a flat surface in which the highest magnitudes of total stress were obtained due to the bending stress that the load generated on the geometry. Also, there were important stress concentrators on the areas near the edges of the holes adjacent to the bone fracture point and in the lower area of the plate where it has a series of hollows that reduce plate-bone contact and reduce the area cross section of the surgical element in this area. To conclude, when comparing the computational analysis with the plate that presented the rupture, it was evidenced that the place of the fracture is the same in which the highest concentration of stress occurred during the simulations. In addition, the fracture pattern of the plate responds to the data obtained in the analyzes, in which a clear distribution of stresses is created with the highest magnitudes in the form of a line, between the lateral ends of the plate where there are hollows on the bottom surface of this and the nearest screw hole.

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