Fecha límite para el envío de resumenes: 21/Abril/2024

Análisis de elementos finitos de un implante personalizado a base de PMMA/PEEK: acople con el hueso craneal y sistema de anclaje

 

Área temática: Tópicos de ingeniería mecánica

Palabras clave: polimetacrilato de metilo; poliéter-éter-cetona; dispositivo médico personalizado; análisis de elementos finitos.

1               Resumen (primera y única sección)

En este estudio computacional se investiga los niveles de esfuerzos de von Mises y deformaciones generadas en el acoplamiento del implante craneal personalizado y el sistema de anclaje al hueso craneal de un paciente. Se realizaron tres simulaciones bajo cargas estáticas en tres zonas del implante en la actividad de reposo; y otras tres para presiones intracraneales máximas preestablecidas. El modelo craneal se obtuvo mediante tomografía computarizada. Para el diseño del implante se utilizó procesos de ingeniería inversa, y poder obtener la estructura ósea de interés. Se analizó la distribución de tensiones sobre el implante y la interfaz implante-hueso craneal. También se estudió las deformaciones provocadas por los estados de carga internos sobre las micro placas y tornillos del anclaje. Los materiales considerados para el análisis computacional del implante personalizado fueron polimetilmetacrilato y polieter-éter-cetona. El análisis de elementos finitos mostró que el sistema de fijación y acoplamiento de la interfaz hueso-implante garantiza una adecuada protección de las estructuras internas de la zona restaurada, no presentó fallos en el sistema de anclaje.

 

1.1           Cuál es el problema que se aborda en la contribución y por qué es interesante

El estudio aborda la complejidad del diseño y la evaluación de implantes craneales personalizados y sus sistemas de fijación, una temática de gran relevancia en el ámbito médico y de la ingeniería mecánica. La seguridad y eficacia de estos implantes dependen en gran medida de su correcta fijación al hueso craneal, lo que implica desafíos significativos en términos de diseño y evaluación. Por lo tanto, es fundamental investigar y comprender la distribución de tensiones y deformaciones en la interfaz hueso-implante para garantizar la funcionabilidad a largo plazo.

 

1.2           Cuál es la contribución principal del trabajo, los resultados fundamentales obtenidos y su novedad frente a otros trabajos recientes existentes

Los resultados fundamentales obtenidos incluyen la evaluación detallada de la distribución de tensiones y deformaciones en el implante y la interfaz hueso-implante, así como el análisis de las deflexiones provocadas por los estados de carga internos sobre los componentes del sistema de anclaje [1]. La novedad de este estudio radica en varios aspectos: aplicación de técnicas de ingeniería inversa para el diseño del implante, que permite una adaptación precisa a la anatomía única de cada paciente; el empleo de una metodología integral para la obtención de implantes craneales mediante la manufactura aditiva 3D, que facilita la fabricación de dispositivos personalizados con una mayor eficiencia y precisión [2]; el análisis proporciona información crucial sobre la estabilidad y seguridad en condiciones realistas; el análisis computacional ofrece una perspectiva integral sobre las propiedades mecánicas y la respuesta del implante a diferentes situaciones de carga. Estos resultados representan una contribución significativa al campo de la medicina, ya que ofrecen perspectivas importantes para el diseño y la evaluación de implantes personalizados.

1.3           Describir brevemente el método empleado

Se adquirió una TC de alta resolución del cráneo del paciente en formato DICOM y se procesaron las imágenes utilizando el software 3D Slicer para generar archivos STL de la región anatómica de interés. Mediante segmentación de imágenes, seleccionando una intensidad específica, se identificaron las regiones de interés de manera precisa [3]. Para la reconstrucción craneal se utilizó un plano simétrico para crear una imagen especular del lado sano y así rellenar las áreas de hueso faltante asumiendo simetría anatómica [4]. Las técnicas aplicadas incluyeron el método de elementos finitos para analizar tensiones en el sistema completo y la segmentación de imágenes para identificar y separar estructuras dentro de las TC.

Referencias

   1.    Chepurnyi, Y.; Chernogorskyi, D.; Kopchak, A.; Petrenko, O. Clinical efficacy of peek patient-specific implants in orbital reconstruction. J. Oral Biol. Craniofacial Res. 2020, 10, 49–53.

   2.    Limaye, N.; Veschini, L.; Coward, T. Assessing biocompatibility & mechanical testing of 3D-printed PEEK versus milled PEEK. Heliyon 2022, 8, e12314

   3.    Zheng, Z.; Liu, P.; Zhang, X.; Zou, X.; Mei, X.; Zhang, S.; Zhang, S. Strategies to improve bioactive and antibacterial properties of polyetheretherketone (PEEK) for use as orthopedic implants. Mater. Today Bio 2022, 16, 100402.

   4.    Shi, Y.; Deng, T.; Peng, Y.; Qin, Z.; Ramalingam, M.; Pan, Y.; Chen, C.; Zhao, F.; Cheng, L.; Liu, J. Effect of Surface Modification of PEEK Artificial Phalanx by 3D Printing on its Biological Activity. Coatings 2023, 13, 400.

 

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