ABSTRACT
La investigación se trata de la obtención de un biocompuesto a partir de una matriz cerámica y un polímero, con el fin de utilizarlo como relleno óseo. Se mezcló la matriz cerámica, fosfato tricálcico Ca (OH)2 y quitosana, polímero de origen natural. En el estudio se realizaron pruebas preliminares de mezclas para escoger 4 tipos de biocompuestos (BC1, BC2, BC3, BC4), con diferentes proporciones de los elementos de la matriz cerámica. Se trabajó en la preparación del biocompuesto con un pH entre 6,5 y 8,5 y un tiempo de secado entre 7 y 20 min. Se seleccionaron las mezclas óptimas para analizar sus propiedades mecánicas a partir de la prueba de la resistencia a la compresión. Se determinaron los valores de pH, los cuales estuvieron en un rango de 7,05 y 7,6. Igualmente se hallaron unos tiempos de secado que oscilaron entre 7 y 15 min, la pasta mantuvo una temperatura constante de 25 ºC y consistencia moldeable, condiciones que son apropiadas para su utilización como sustituto óseo. La muestra que obtuvo mejores propiedades en cuanto a pH, temperatura y tiempo de secado fue seleccionada para ser implantada en tibias de conejo para determinar la respuesta histológica después de 60 días...
The research deals with the development of a biocomposite from a ceramic matrix and a polymer with the purpose of using it as bone filler. A mixture was made of the ceramic matrix, tricalcium phosphate Ca (OH)2 and chitosan, a polymer of natural origin. The mixtures underwent preliminary testing to choose 4 types of biocomposites (BC1, BC2, BC3, BC4) with varying proportions of ceramic matrix elements. The biocomposite was prepared at a pH between 6.5 and 8.5. Drying time ranged between 7 and 20 minutes. Optimal samples were chosen and their mechanical properties analyzed by means of compression resistance testing. PH measurements showed values between 7.05 and 7.6, and drying times ranged between 7 and 15 minutes. The paste remained at a constant temperature of 25 ºC and maintained molding consistency. These properties are required for use as bone substitute. The sample exhibiting the best pH, temperature and drying time values was chosen for implantation in rabbit tibiae to verify the histological response after 60 days...
ABSTRACT
En este artículo se propone un modelo de remodelación ósea que tiene en cuenta los estímulos mecánicos y eléctricos. Bajo estos supuestos, se obtiene la distribución de masa que depende de las cargas mecánicas y eléctricas. El trabajo coloca de manifiesto la importancia del campo eléctrico en el proceso de remodelación y, propone la cuantificación de sus efectos para obtener un modelo aplicable a nivel clínico...
A bone remodeling model is proposed which takes account of mechanical and electrical stimuli. Under these assumptions, a mass distribution is obtained which depends on mechanical and electrical loads. The paper reveals the importance of the electric field in the remodeling process, and proposes to quantify its effects with a view to obtaining a clinically applicable model...
ABSTRACT
Se presenta un modelo bioquímico que predice la formación de la arquitectura de la espongiosa primaria, a partir de la interacción de 2 factores moleculares: VEGF (factor de crecimiento endotelial vascular) y MMP13 (metaloproteinasas 13). Se supone que el MMP13 regula la degradación del cartílago y el VEGF permite la vascularización y el avance del frente de osificación mediante la presencia de osteoblastos. El acople de este conjunto de moléculas se representa mediante ecuaciones de reacción-difusión con parámetros en el espacio de Turing, y se obtiene como resultado un patrón espacio-temporal estable que da paso a la formación de las trabéculas presentes en el tejido esponjoso...
A biochemical model is presented which predicts the formation of the architecture of the primary spongiosa, based on the interaction of two molecular factors: VEGF (vascular endothelial growth factor) and MMP-13 (metalloproteinases-13). It is assumed that MMP-13 regulates cartilage degradation, and VEGF allows vascularization and the advance of the ossification front through the presence of osteoblasts. The coupling of this set of molecules is represented by means of reaction-diffusion equations with Turing space parameters, and a stable spatio-temporal pattern is obtained which leads to the formation of the trabeculae present in the spongy tissue...
ABSTRACT
Se presenta la implementación numérica del modelo bioquímico descrito mediante el sistema de reacción-difusión de la parte 1. De los resultados obtenidos se puede concluir que la retroalimentación química de los 2 factores moleculares a través de un sistema de reacción-difusión (RD) con parámetros en el espacio de Turing, puede explicar la aparición de los patrones espacio-temporales encontrados en la arquitectura de la espongiosa primaria. Para la solución numérica fue usado el método de los elementos finitos junto con el método de Newton-Raphson para aproximar las ecuaciones diferenciales parciales lineales. Los patrones de osificación obtenidos pueden representar la formación de la espongiosa primaria durante la osificación endocondral...
A presentation is made of the numerical implementation of the biochemical model described by means of the reaction-diffusion system in Part 1. Based on the results obtained it may be concluded that the chemical feedback of the two molecular factors by means of a reaction-diffusion (RD) system with Turing space parameters may explain the appearance of the spatio-temporal patterns found in the architecture of the primary spongiosa. For the numerical solution, use was made of the finite element method in combination with the Newton-Raphson method to approximate the linear partial differential equations. The ossification patterns obtained may represent the formation of the primary spongiosa during endochondral ossification...
ABSTRACT
La elongación de los huesos largos se produce principalmente por la proliferación e hipertrofia de los condrocitos presentes en las placas de crecimiento. Bajo la hipótesis que el comportamiento de estas células depende de factores bioquímicos y mecánicos, este artículo presenta un modelo computacional por elementos finitos que simula el comportamiento de la placa de crecimiento del fémur distal humano. Se emplea un dominio bidimensional en el que se identifican las regiones de hueso trabecular metafisial y episifial que encierran a la placa de crecimiento y las regiones de cartílago inerte y columnar. La validación del modelo se realiza a partir de la histología correspondiente a la placa de crecimiento del fémur distal de un niño de dos años. Los resultados obtenidos demuestran que el modelo simula el crecimiento y el comportamiento de la placa metafisiaria regulada por su actividad celular y las cargas mecánicas...
Long bone elongation is mainly due to proliferation and hypertrophy of the chondrocytes in growth plates. Under the assumption that the behavior of these cells depends on biochemical and mechanical factors, a presentation is made of a computational finite element model simulating the behavior of the human distal femoral growth plate. A two-dimensional domain is used to identify the regions of metaphyseal and epiphyseal trabecular bone covering the growth plate and the inert and columnar cartilage regions. Model validation was based on the histology corresponding to the distal femoral growth plate of a two-year old boy. The results obtained show that the model simulates the growth and behavior of the metaphyseal plate as regulated by its cellular activity and mechanical loads...
ABSTRACT
Una de las áreas más importantes de la ingeniería de tejidos es la investigación sobre la regeneración y sustitución del tejido óseo. Para cumplir con estos requisitos, los implantes óseos han sido desarrollados para permitir la migración de las células, el crecimiento del tejido, el transporte de los factores de crecimiento y nutrientes y la renovación de las propiedades mecánicas. Los implantes están hechos de diferentes biomateriales y se han fabricado utilizando varias técnicas que, en algunos casos, no permiten un control total sobre el tamaño y la orientación de los poros que caracterizan a la microestructura del andamio. Desde esta perspectiva, se propone el uso de un sistema de reacción difusión para lograr las características geométricas de la matriz ósea. La validación de esta hipótesis se realiza a través de simulaciones de la geometría obtenida por un sistema de reacción-difusión junto con un modelo de degradación por hidrólisis en elementos tridimensionales representativos...
Research into bone tissue regeneration and substitution is one of the most important components of tissue engineering. In compliance with these requirements, bone implants have been developed which allow cell migration, tissue growth, the transport of growth factors and nutrients, and the renewal of mechanical properties. Implants are made of various biomaterials, and they have been manufactured using techniques which not always allow total control of the size and orientation of the pores involved in the microstructure of the scaffold. From this standpoint, a reaction-diffusion system is proposed for the achievement of appropriate geometric features in the bone matrix. The hypothesis is validated through simulations of the geometry obtained with a reaction-diffusion system and a model of hydrolytic degradation in three-dimensional representative elements...
ABSTRACT
La fractura del radio distal se puede presentar cuando se produce una compresión axial sobre la muñeca. Entre los tratamientos más comunes se encuentran el conservador (inmovilización con yeso) y el quirúrgico. Este último emplea placas y tornillos para la fijación de la fractura después de la reducción, sin embargo, debido a la anatomía compleja de la superficie articular, determinar la posición relativa de los tornillos con respecto a esta puede llegar a ser com,plicado. Para solucionar esto, se han empleado imágenes radiológicas estándar, en las cuales se determina la inclinación palmar y radial de la superficie articular. Con base en los ángulos obtenidos se inclina el antebrazo, de modo que al tomar la radiografía, los labios de la superficie articular queden superpuestos. Sin embargo, este método para determinar las inclinaciones resulta poco efectivo debido a que no se considera en su análisis la anatomía biplana simultáneamente con la bicóncava, del área articular. En este artículo se propone una metodología para hallar los ángulos que determinan la orientación de la superficie articular, empleando reconstrucción tridimensional a partir de imágenes de tomografía axial. Con estas inclinaciones será posible visualizar tangencialmente la superficie articular del radio distal, y así determinar la posición relativa de los tornillos de fijación respecto a esta superficie. Mediante el estudio de un caso, se encontró que la inclinación radial de la superficie articular en su totalidad era de 13° y la palmar de 6° con respecto a una línea perpendicular al eje central del radio. Esto difiere de lo hallado por otros autores que proponen un ángulo radial de 22° a 24° y palmar de 9° a 12°. Por otra parte, para la superficie que articula con el hueso semilunar se encontró una inclinación radial de 7° y una palmar de 10°; en tanto la fosa que está en contacto con el hueso escafoides se inclina radialmente 21° y palmarmente 8°, en el caso analizado...
A distal radial fracture may occur as a result of axial compression of the wrist. The most common treatments include the conservative approach (plaster cast immobilization) and surgery. In the latter procedure, plates and screws are used to fix the fracture after reduction. However, it may be difficult to determine the relative position of the screws with respect to the articular surface, due to the complex anatomy of this structure. To solve this problem, standard radiological imaging has been used to determine the palmar and radial tilt of the articular surface. Based on the angles obtained, the forearm is tilted in such a way that when the radiograph is taken the articular surface labia overlap. However, this method is not very effective to determine tilt, since the biplane and biconcave anatomy of the articular zone are not considered simultaneously. A methodology is proposed to find the angles determining articular surface orientation by means of three-dimensional reconstruction based on axial tomography imaging. Such tilt measurements will make it possible to obtain a tangential view of the distal radial articular surface and determine the relative position of fixation screws with respect to it. In a case study it was found that total radial tilt of the articular surface was 13° and palmar tilt was 6° with respect to a line perpendicular to the central axis of the radius. This outcome differs from findings by other authors, who propose a radial angle of 22° to 24° and a palmar angle of 9° to 12°. Additionally, for the surface articulating with the semilunar bone, radial tilt was found to be 7° and palmar tilt 10°, whereas in the fossa which is in contact with the scaphoid bone, radial tilt is 21° and palmar tilt 8° in the case analyzed...
ABSTRACT
La diferenciación mesenquimal a odontoblasto es un proceso complejo que determina la formación de los túbulos dentinales. Este proceso involucra una cuidadosa y regulada secuencia de cambios en el comportamiento de las células mesenquimales, coordinados por la expresión de diferentes factores moleculares, entre ellos, principalmente, el Noggin y BMP2. En este artículo se simula la formación de los túbulos dentinales a partir de un modelo matemático de reacción difusión que es solucionado por el método de los elementos finitos...
Mesenchymal differentiation into odontoblasts is a complex process determining the formation of dentinal tubules. The process involves a carefully regulated sequence of changes in the behavior of mesenchymal cells, coordinated by the expression of various molecular factors, particularly Noggin and BMP2. In this paper the formation of dentinal tubules is simulated using a reaction-diffusion mathematical model solved by the finite element method...
ABSTRACT
En este artículo se ha desarrollado un modelo de la aparición y ubicación de los centros primarios de osificación en la calvaria. Este es el primer modelo computacional que determina la ubicación de estas estructuras óseas del cráneo. Se describe un modelo de reacción-difusión de dos moléculas (BMP y Noggins) cuyo comportamiento es del tipo activador-sustrato y su solución produce patrones de Turing, que representan los centros primarios de osificación. Una vez más, el uso de ecuaciones de este tipo posibilita la explicación de fenómenos de morfogénesis antes no dilucidados por otro tipo de teorías, en este caso, teorías de osificación del cráneo. Este tema es de constante investigación, especialmente en la medicina ortopédica y pediátrica...
The paper deals with the development of a model for the appearance and location of primary ossification centers in the calvaria. This is the first computational model intended to determine the location of these cranial bone structures. A reaction-diffusion model is described of two molecules (BMP y Noggin) which behave as substrate activators. The solution produces Turing patterns representing primary ossification centers. Once again the use of these equations makes it possible to explain morphogenesis phenomena not elucidated by other theories, in this case cranial ossification theories. The topic is under permanent research, especially in the fields of orthopedic and pediatric medicine...
ABSTRACT
Se presentan las aplicaciones realizadas en el campo de la medicina y la biología usando la técnica gráfica de modelado conocida como gráficos de unión (bond graphs), con el objetivo de mostrar las diferentes formas en las que se han usado los gráficos de unión como herramienta para la obtención de modelos y simulaciones de sistemas biológicos. Para el análisis de los trabajos realizados por los investigadores se hace una clasificación de los campos de aplicación con el fin de tener una visión más clara de lo diversa que ha sido la adaptación de esta metodología. Asimismo se discuten las posibilidades aún no exploradas, es decir, se habla de la aplicabilidad de los gráficos de unión en campos adicionales a los tratados en las referencias...
The paper presents applications carried out in the field of medicine and biology using the graphical modeling technique known as bond graphs, with the purpose of showing the different ways in which bond graphs have been used to obtain models and simulations of biological systems. To approach the work done by researchers, a classification is made of the fields of application, so as to obtain a clearer view of the variety of adaptations undergone by the methodology. Possibilities not yet explored are also discussed, i.e. comments are included on the applicability of bond graphs to fields other than those mentioned in the references...
ABSTRACT
En este artículo se resuelve el problema de remodelación ósea propuesto por Weinans y otros. Para solucionar la ecuación de densidad se utilizan los métodos de Euler, Heun y Runge Kutta de cuarto orden. Para evaluar el estímulo mecánico y calcular la evolución de la densidad se utilizan dos enfoques: basado en elemento y basado en nodo. Los resultados demuestran que los métodos de Euler, Heun y Runge Kutta aproximan correctamente el problema de remodelación ósea, y, para las mallas y el paso de tiempo utilizados no existen diferencias apreciables en los patrones obtenidos. Por el contrario, el uso del enfoque basado en elemento y basado en nodo genera diferencias sustanciales en el patrón de densidad obtenido en el proceso de remodelación ósea. En el enfoque basado en elemento se encuentran discontinuidades del tipo tablero de ajedrez cerca de la zona de carga y columnas bien definidas lejos de esta. En el enfoque basado en nodo se observa continuidad en la distribución de densidad. Estos patrones están bien representados por los métodos de solución para la ecuación de densidad. Este estudio concluye que para los pasos de tiempo y mallas utilizados es indiferente utilizar cualquier método de integración temporal
In present paper the problem of bone remodeling process proposed by Weinans et al is solved. To resolve the density equation the fourth order Euler, Heun and Runge Kutta methods are used. To assess the mechanical stimulus and to estimate density evolution two approaches are used: one based on the element and other based on node. Results showed that Euler, Heun and Runge Kutta methods move closer appropriately the bone remodeling problem, and for meshs and the passage of time used there are not significant differences in the patterns obtained. On the contrary, the use of the approach based on element and the based on node, there are lack of continuities of "chessboard" type near of charge zone and well defined columns far from it. In the approach based on node there is continuity in density distribution. These patterns are well represented by solution methods for density equation. Present study concludes that for steps of time and mesh used it doesn't matter which temporal integral method be applied
ABSTRACT
El objetivo de este caso de estudio es la solución funcional y cosmética para un paciente con mutilación del 2do. y 3er. rayos de la mano y con artrodesis de la IF del pulgar en posición funcional (45°). Se presenta un diseño individualizado de prótesis construida con base en las dimensiones propias del paciente. El proceso de elaboración de la prótesis se realizó conjuntamente con el paciente; se analizaron también los resultados del despliegue de la función de calidad, en inglés, Quality Function Deployment (QFD), con el propósito de realizar cambios y mejoras en los mecanismos y sistemas de sujeción propuestos también según análisis cinemáticos mediante simulaciones de movilidad en distintos tipos de software, implementando un mecanismo doble de Withworth, el que a su vez, se soporta en una cubierta rígida protectora hecha a medida del paciente, para tener una prótesis de fácil colocación, que a su vez sea estable y aproveche los espacios faltantes en la mano; se utilizó también la autoevaluación del paciente mediante el estudio DASH (Disability of the Arm, Shoulder, and Hand). De esta forma se logró la satisfacción del paciente y se obtuvo una importante recuperación de la función motora de la mano, que le permitió al paciente realizar de manera eficiente actividades en las que antes presentaba dificultad, con lo que mejoró su calidad de vida y la forma como él mismo se presenta ante el mundo
The objective of present paper is the functional and cosmetic solution for a patient with mutilation of second and third hand rays and arthrodesis of the thumb IF in functional position (45°). An individual design of prosthesis constructed according to the own dimensions of patient, whose process was together with patient; the results from Quality Function Deployment (QFD) were analyzed to make changes and improvements in fixation mechanisms and systems also proposed according to the cinematics analysis by mobility simulations in different types of software, implementing a Withworth's double mechanism, which must to be stable and to take advantage of the lacking spaces in the hand; by Disability of the Arm, Shoulder and Hand (DASH) study we made the self-evaluation of patient. So, it was achieved the satisfaction of patient and a significant recovery of hand motor function, allowing that patient to perform more efficiently activities that before were impossible to perform, improving his quality of life and the way how himself must to face the world
ABSTRACT
La placa de crecimiento es una estructura que está conformada por células, denominadas condrocitos, que se ordenan en columnas y confieren el alargamiento del hueso debido a su proliferación e hipertrofia. En cada columna se pueden observar condrocitos en estado proliferativo (que se dividen constantemente), e hipertrófico (que crecen para obtener una forma casi esférica). Estas células expresan diferentes proteínas y moléculas a lo largo de su vida media y tienen un comportamiento especial que puede depender de su entorno local mecánico y bioquímico. En este artículo se desarrolla un modelo matemático que describe la relación entre la geometría, el crecimiento por proliferación e hipertrofia y la invasión vascular con los factores bioquímicos y mecánicos presentes durante el desarrollo endocondral
The growth plate is a structure composed of cells called chondrocytes arranged in columns and causing the bone lengthening due to its proliferation and hypertrophy. In each column it may observed the presence of chondrocytes in proliferation stage (constantly divided) and hypertrophy stage (growing to obtain a almost spherical shape). These cells express different proteins and molecules during half-life and have a special behavior that may to depend on its mechanical or biochemical local environment. In present paper it is developed a mathematical model describing the relationship among the geometry, proliferation and hypertrophy growth and the vascular invasion by biochemical and mechanical factors present during the endochondral development
ABSTRACT
El comportamiento de las ecuaciones de reacción-difusión ha sido estudiado en diversos campos de la biología, la bioingeniería y la química, entre otras. En especial, cuando los parámetros del sistema de reacción-difusión se encuentran en el espacio de Turing, la solución lleva a la formación de patrones de Turing que son estables en el tiempo e inestables en el espacio. Estos patrones pueden modificarse gracias a la acción del crecimiento del dominio donde se desarrolla la reacción. En este artículo se plantea, de forma general, las ecuaciones de reacción-difusión sobre dominios crecientes en 2D y 3D. Además, para estudiar el efecto del crecimiento sobre la formación de patrones se resuelven varios ejemplos numéricos sobre diferentes geometrías. Para la solución numérica se utilizó el método de los elementos finitos en conjunto con el método de Newton-Raphson para la aproximación de las ecuaciones diferenciales parciales no lineales. Se encontró que el crecimiento afecta la formación de patrones de Turing generando estructuras complejas en el dominio
The behavior of reaction-diffusion equations has been studied in different fields of biology, bioengineering and chemistry, among others. Interestingly, when the parameters of reaction-diffusion system are placed in the Turing's space, solution leads to formation of Turing's patterns remaining stable in time and unstable in space. These patterns may be modified due to action of growth of domain where reaction is developed. The objective of present paper is to propose in general, the reaction-diffusion equations over the growing domains in 2D and 3D. Also, to study the growth effect on the patterns formation some numerical examples on different geometries must to be solved. For numerical solution we used the finite elements method together with the Newton-Raphson method to approach of the partial no-linear differential equations. It was noted that the growth to affect the Turing's patterns formation generating complex structures in the domain
ABSTRACT
Una de las áreas de la ingeniería de tejidos es la investigación de alternativas para la formación de nuevo tejido óseo y el reemplazo de su función. Para cumplir este requerimiento se han desarrollado las matrices que permiten la migración celular, el crecimiento del tejido óseo, el transporte de factores de crecimiento y nutrientes y la renovación de las propiedades mecánicas de los huesos. Las matrices se manufacturan mediante diversas técnicas que, en algunos casos, no permiten el control total sobre el tamaño y orientación de los poros que las caracterizan. Desde esta perspectiva se propone un sistema reacción-difusión para diseñar las especificaciones geométricas de las matrices óseas. Para evaluar la hipótesis se realizan simulaciones en dos y tres dimensiones del sistema reacción-difusión en conjunto con el biomaterial que conformará la matriz. Los resultados obtenidos muestran la efectividad de la metodología para controlar aspectos como el porcentaje de porosidad, el tamaño del poro, la orientación y la interconectividad de estos en matrices óseas fabricadas según la hipótesis propuesta
One of the different areas of textile Engineering is the search of alternatives to create a new bone tissue and the replacement of its function. To fulfill this requirement different matrices have been developed allowing the cellular migration, the growth of bone tissue, the transportation of growth factors and nutrients, as well as the renewal of bone mechanical properties. Matrices are manufactured through different techniques that in some cases, to obstruct the total control on the size and orientation of characteristic pores. From this perspective, authors propose a reaction-diffusion system to design the geometrical specifications of bone matrices. To assess the hypothesis simulations are performed in two or three dimensions of reaction-diffusion system together with the biomaterial to create the matrix. Results obtained show the effectiveness of the methodology to control the following features: porosity percentage, pore size, orientation and interconnection of these bone matrices manufactured according the proposed hypothesis
ABSTRACT
La enfermedad de Legg-Calvé-Perthes es un desorden caracterizado por la necrosis avascular de la cabeza femoral del esqueleto en desarrollo. Aunque la enfermedad fue descrita hace un siglo, aún existe gran controversia respecto a su etiología y al tratamiento que se le debe dar. Tanto la etiología como el tratamiento tienen una fuerte relación con eventos biológicos y mecánicos. Un entendimiento de dichos eventos y de su acción combinada, podría dar lugar a una mejor comprensión y manejo de la enfermedad. Este trabajo propone un acercamiento a esta comprensión mediante el uso del modelamiento computacional, el cual debe tener en cuenta, entre otros factores, la patogénesis de la enfermedad y los diferentes resultados en dependencia de la edad a la cual esta se manifieste en el niño
The Legg-CalvÚ-Perthes disease is a disorder characterized by the avascular necrosis of femoral head of developing skeleton. Although this disease was described a century ago still there is a significant controversy on its etiology and its treatment. Between etiology and treatment there is a close relation with biological and mechanical events. The knowledge of such events and of its combined action, could give rise to a better understanding and management of this disease. Present paper proposes a approach to this understanding by means of the use of a computer modeling, which must to has into account among other factors, the disease pathogenesis and the different results depending on age of appearance in the child
ABSTRACT
Se presenta un modelo de endurecimiento isotrópico para biomateriales metálicos, el cual emplea un esquema de integración explícita bajo una formulación incremental. Para la implementación computacional se programó un elemento finito de usuario UEL en lenguaje FORTRAN para su ejecución en el software ABAQUS. Con el fin de validar el modelo se resuelven dos ejemplos tipo benchmark y sus resultados son comparados con ANSYS y el UMAT de Dunne y Petrinic para ABAQUS. Finalmente, el modelo es usado para simular la extensión de un stent coronario fabricado en acero inoxidable 316L. Se concluye que el modelo posee un error numérico aceptable teniendo en cuenta que el elemento finito fue programado por completo y no posee ninguna de las optimizaciones de los códigos comerciales. En trabajos futuros el UEL será acoplado con modelos de mecánica de daño continuo para la predicción de la falla por fatiga, cuyo análisis es un estándar básico en la manufactura de stents
A isotropic hardening model is presented for metallic biomaterials, which uses a explicit integration scheme under increasing formula. To computer implementation a finite element from UEL user was programmed in FORTRAN language for its execution in the ABAQUS software. To model validation two examples type benchmark were solved and results are compared with ANSYS and the UMAT of Dunne and Petrinic for ABAQUS. Finally, model is used to simulate the extension of a coronary stent manufactures in 316L stainless steel. We conclude that the model has an acceptable numerical error taking into account that finite element was programmed as a whole and has not any of the optimizations of commercial codes. In future papers the UEL will be coupled with continuous damage mechanics model to predict the failure due to fatigue, whose analysis is a basic standard in stent manufacturing
ABSTRACT
Se realizó una revisión de los modelos computaciones de diferenciación y adaptación ósea existentes, haciendo énfasis en el desarrollo alcanzado en esta área durante los últimos años. El estudio del tejido óseo ha venido en aumento en las últimas décadas gracias al renacimiento de la mecanobiología, cuyo paradigma principal es la influencia que tienen las cargas mecánicas sobre el desarrollo, adaptación y mantenimiento de los tejidos. El objetivo principal del trabajo es resaltar la importancia de la mecanobiología computacional en el modelado del tejido óseo y la necesidad de seguir desarrollando la mecanobiología experimental para poder medir con exactitud las propiedades de los tejidos y las características celulares de mayor sensibilidad en los modelos computacionales
Authors review the available computational models of bone differentiation and adaptation, emphasizing on the development achieved in this area during pas years. The bone tissue study has increased in past decades due to rebirth of mechanobiology, whose main paradigm is the influence of mechanical loads on the tissues development, adaptation and maintenance. The major objective of present paper is to emphasize la significance of computational mechanobiology in the bone tissue modeling and the need to keep on developing the experimental mechanobiology to measure accurately the tissues properties and the more sensible cellular features of computational models
ABSTRACT
La displasia de cadera es una enfermedad que se presenta en niños menores de dos años, pero puede tener consecuencias importantes en edad adulta, incluso, puede llevar a osteoartrosis de cadera, y por tanto, desembocar en invalidez en adultos jóvenes. La displasia de cadera es una afección ósea que puede tener su raíz en defectos congénitos, hereditarios, o degenerativos que llevan a una formación inadecuada de la articulación de la cadera (coxofemoral) que puede provocar, a mediano plazo, una deficiente formación de la articulación y cojera y a largo plazo, desgaste excesivo de la articulación e invalidez. Por tanto, se requieren estudios actualizados que relaten los avances más importantes en la comprensión, desarrollo, pronóstico y tratamiento de esta importante enfermedad que afecta de 15 a 20 por cada 1 000 niños y tiene como principal víctima a las niñas recién nacidas. Desde este punto de vista el objetivo de este artículo es presentar el estado del arte, los antecedentes, historia y pronóstico de la displasia del desarrollo de la cadera. Por tanto, este trabajo puede ser de especial importancia para los médicos, ortopedistas y fisioterapeutas que requieran de una actualización en el tema de la displasia de la cadera
Hip dysplasia is a disease present in children under two years, but may to have significant consequences in adulthood; even it may leads to a hip osteoarthrosis and thus, to provoke disability in young adults. The his dysplasia is a bone affection that may to have its origin in congenital, hereditary or degenerative disorders that a medium term may to cause of an inappropriate formation in hip joint (coxofemoral) and claudication, and at long term, an excessive corrosion and disability. Thus, updated studies are necessary relating the more significant advances in understanding, development, prognosis and treatment of this important entity affecting 15-20 by each 1 000 children and its major victims are the newborn girls. From this point of view, the aim of present paper is to present the backgrounds, history and prognosis of hip dysplasia development. Therefore, present paper may to be very important for physicians, orthopedists, and physiotherapists updating on hip dysplasia
ABSTRACT
Se revisan los modelos de remodelación ósea empleados en simulaciones computacionales. Se describen sus principales variables y relaciones matemáticas mostrando resultados de la aplicación de cada uno de los modelos en aplicaciones clínicas
The bone remodeling models used in computer simulations are reviewed. The main variables and mathematical relations are described as well as the results of application of each of models in the clinical practice