Estudio biomecánico de una prótesis de rodilla mediante simulación utilizando elementos finitos
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Date
2023
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Abstract
Esta investigación se enfoca en el estudio del comportamiento mecánico de la articulación de la rodilla cuando se reemplaza con una articulación artificial. El objetivo es comprender y determinar qué factores influyen en la adhesión, desplazamiento y concentración de tensiones entre el hueso y la prótesis, con el fin de evitar complicaciones como el aflojamiento. Para lograr esto, se investiga el efecto de diversos parámetros, como el coeficiente de fricción, los materiales de la prótesis utilizados y el peso del paciente, en las características biomecánicas de una prótesis de rodilla. Se realizó una simulación computacional utilizando elementos finitos para evaluar los parámetros mencionados. Se utilizaron diferentes softwares para generar modelos 3D de la articulación tibiofemoral sujeto-específica, a la cual se le asignaron las propiedades ortotrópicas del tejido óseo, e isotrópicas al material de la prótesis. Una vez que se tuvo el modelo de la articulación, se aplicó una fuerza compresiva de 735N y se realizaron varias simulaciones en las que se varió el coeficiente de roce entre 0.08 y 1, se varió el material del componente cojín plástico (PE, MDPE, HDPE y UHMWPE) y se analizó la resistencia mecánica a la fatiga en la interfaz entre el hueso y el implante. Al analizar los resultados obtenidos, se observa que un aumento en el coeficiente de roce puede generar una mayor adhesión a largo plazo en la prótesis, ya que los esfuerzos se reducen, la presión de contacto aumenta y se incrementa el ciclo de vida de la prótesis. En cuanto al material del cojín, el polietileno mostró mejores características, ya que presentaba un menor desplazamiento entre el componente plástico y el componente femoral. No obstante, las diferencias entre los materiales no fueron significativas.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2023
Keywords
Prótesis de rodilla, Articulación de la rodilla, FEM, Coeficiente de roce, Fatiga