Simulation method of skull remodellingsurgeryfor infant with craniosynostosis / 生物医学工程学杂志

Craniofacial malformation caused by premature fusion of cranial suture of infants has a serious impact on their growth. The purpose of skull remodeling surgery for infants with craniosynostosis is to expand the skull and allow the brain to grow properly. There are no standardized treatments for skull remodeling surgery at the present, and the postoperative effect can be hardly assessed reasonably. Children with sagittal craniosynostosis were selected as the research objects. By analyzing the morphological characteristics of the patients, the point cloud registration of the skull distortion region with the ideal skull model was performed, and a plan of skull cutting and remodeling surgery was generated. A finite element model of the infant skull was used to predict the growth trend after remodeling surgery. Finally, an experimental study of surgery simulation was carried out with a child with a typical sagittal craniosynostosis. The evaluation results showed that the repositioning and stitching of bone plates effectively improved the morphology of the abnormal parts of the skull and had a normal growth trend. The child's preoperative cephalic index was 65.31%, and became 71.50% after 9 months' growth simulation. The simulation of the skull remodeling provides a reference for surgical plan design. The skull remodeling approach significantly improves postoperative effect, and it could be extended to the generation of cutting and remodeling plans and postoperative evaluations for treatment on other types of craniosynostosis.

Tomografía computarizada y sólidos virtuales para obtener modelos biomecánicos computacionales / Computed tomography and virtual solids to obtain computational biomechanical models

Uno de los padecimientos más comunes de los huesos es la fractura, definida como la pérdida de la continuidad del material óseo. Implantes y prótesis son utilizados para tratar algunas de ellas. Actualmente, antes de usar uno de estos dispositivos, se prueban modelos virtuales de los mismos utilizando un programa de diseño asistido por computadora. Para dichas pruebas, se requieren también modelos virtuales de los huesos. Los modelos óseos son obtenidos aplicando técnicas de segmentación de imágenes a las tomografías computarizadas (TC). Este trabajo presenta un procedimiento para la obtención de modelos biomecánicos hueso-implante a partir de las TCs y sólidos virtuales, teniendo en cuenta la estructura real de los huesos, compuesta de tejido cortical y trabecular. Para realizar los análisis de verificación del procedimiento se utilizó un modelo de un implante DHS y de una prótesis de cadera(AU)

One of the most common bone conditions is fracture, defined as the loss of the continuity of the bone material. Implants and prostheses are used to treat some of them. Currently, before using one of these devices, virtual models are tested using a computer-aided design program. For these tests, virtual models of the bones are also required. Bone models are obtained by applying image segmentation techniques to computed tomography (CT). This paper presents a procedure for obtaining biomechanical bone-implant models from the CTs and virtual solids, taking into account the real structure of the bones, composed of cortical and trabecular tissue. A DHS implant model and a hip prosthesis were used to perform the procedure verification tests(AU)

Estudio comparativo sobre el comportamiento y la distribución de las tensiones en implantes dentales cortos e implantes dentales estándares en la región posterior del maxilar superior: Un estudio en elementos finitos / Comparative study on the behaviour and tension distribution in short and standard dental implants in the back of the upper jaw

Objetivos Estudios concluyen que la máxima tensión y distribución de fuerzas se produciría alrededor del cuello del implante. Comparar la distribución de las tensiones entre un implante dental corto oseointegrado en distintas disponibilidades óseas verticales y un implante estándar oseointegrado en el sector posterior del maxilar en un terreno mixto formado por hueso propio del paciente y Bio-Oss®. Conocer la distribución de las tensiones. Estudiar el aumento del diámetro del implante corto. Analizar si los resultados avalan el uso de implantes cortos. Material y método El método de elementos finitos (MEF), que permite resolver ecuaciones diferenciales asociadas a un problema físico sobre geometrías complicadas. En este trabajo la región geométrica es un modelo tridimensional de un implante, su corona, y una porción de la región ósea de la zona estudiada. Los modelos fueron sometidos a fuerzas de oclusión de 150 N en ángulo de 30° Norma ISO 14801:2003. El software de MEF que se utiliza es el ABAQUS de la empresa Dassault Systèmes. Resultados Máximos valores se concentran en la porción cervical del implante. Las tensiones en el implante están dentro del mismo rango. A mayor módulo de elasticidad de los elementos que componen los modelos, mayor es la absorción de las fuerzas. Las tensiones en el hueso cortical no mostraron diferencias, pero en el modelo que aumentamos el diámetro del implante a 4,8 se produce una marcada disminución de las tensiones. La comparativa de las tensiones en el hueso esponjoso muestra que existe diferencia en las tensiones producidas en el hueso con Bio-Oss® y está localizado en la porción apical del implante quedando lejos de la zona de mayor concentración de los esfuerzos. Conclusiones La máxima concentración de las fuerzas a nivel cervical es independiente de la longitud del implante, siendo más favorable el aumento del diámetro. El uso de implantes cortos en hueso de baja calidad parece posible.

Objectives Current studies conclude that the maximum tension and the greater distribution of forces should occur around the implant neck. To compare the distribution of stress between a short dental implant osseointegrated in different available vertical bones and standard osseointegrated implants in the posterior maxilla in mixed terrain formed by the bone of the patient and Bio-Oss®. To determine the stress distribution. To study the increased diameter of the short implant. To determine whether the results support the use of short implants. Materials and methods The finite elements method (FEM), which helps to solve differential equations associated with a physical problem with complicated geometries, was used in this work, where the geometric region is a three-dimensional model of an implant, its crown, and a portion of the bone region of the studied area. The models were subjected to occlusion forces, 150 N Angle 30° ISO 14801: 2003. The MEF software used was called Abaqus from Dasssault Systemes Enterprise. Results The maximum values were concentrated in the cervical portion of the implant. Tensions in the implant are in the same range. The greater the elasticity of the elements contained in the module, the greater is the absorption of stress forces. The tension in the cortical bone showed no differences, but in the model where the diameter of the implant is increased to 4.8, a marked decrease occurs in the bone stress. The comparison of the stresses in the cancellous bone showed a difference in the stresses produced in the bone with Bio-Oss®, and it is located in the apical portion of the implant away from the area of the major stress concentration. Conclusions The maximum concentration of forces in cervical portion is independent of the length of the implant, being favourable to increase the diameter. It is possible to use low quality bone in for shorts implants.

Evaluación no lineal de dos postes diferentes / Nonlinear evaluation of two different posts

Introducción: los dientes tratados endodóncicamente que van a ser rehabilitados con coronas y que han perdido parte de su estructura dental, necesitan de un poste prefabricado o colado para que ayude a la retención de la restauración final y así el diente puedarecuperar la funcionalidad y la estética. La literatura reporta cuándo utilizar un poste colado o prefabricado, pero no es contundente cuál distribuye mejor los esfuerzos, cuál material o forma de poste es mejor y si el módulo de elasticidad tiene o no relación con la distribución de las cargas a lo largo del eje axial del diente. Métodos: se hicieron dos modelos en SolidWorks de un incisivo central superior con todassus estructuras de soporte, uno con un poste colado y otro con un poste prefabricado, además de una corona completamente cerámica. Mediante un análisis de elementos finitos se cargaron dichos dientes a 200, 400, 600 y 800 N para llevarlos hasta la plasticidad. Resultados: 200 y 400 N ambos postes mostraron diferente distribución de esfuerzos sin afectar la restauración o la raíz dental. Conclusiones: a cargas masticatorias normales, ambos postes son predecibles para rehabilitar un diente que necesita de la incorporación de un poste.

Introduction: endodontically treated teeth that will be restored with crowns and which have lost part of their dental structure need a cast post or a prefabricated post to improve final restoration retention and therefore to be able to regain their functionality andaesthetics. The literature suggests when to use a cast or prefabricated post, but it is not conclusive in terms of which one has a better stress distribution, which post material or shape is better, or whether their modulus of elasticity is related to load distribution along thetooth’s axis. Methods: by using Solid Works, two models of a maxillary central incisor with all its supporting structures were made, one with a cast post and another one with a prefabricated post plus an all-ceramic crown. By means of finite element analysis both teeth were subjected to loads of 200, 400, 600 and 800 N up to reaching their plasticity. Results: at 200 and 400 N, both posts showed different stress distribution patterns without altering the restoration or the tooth’s root. Conclusions: at normal masticatory loads, both posts are likely to restore a tooth that needs addition of a post.

Análisis de la funcionabilidad de prótesis ortopédicas transfemorales / Analysis of the functional qualities of trans-femoral orthopedic prostheses

Introducción: la funcionabilidad de los artificios protésicos de miembros inferiores suele expresarse en términos de relacionar sus beneficios operacionales con aquellas necesidades funcionales y de bienestar del amputado. Este bienestar se relaciona fundamentalmente con un mínimo gasto energético del paciente y con la ausencia de enfermedades en las articulaciones residuales y que se inducen por la prótesis durante el régimen de marcha. Objetivo: evaluar la funcionabilidad de prótesis transfemorales utilizadas en Cuba mediante la integración de los resultados del análisis cinemático de la marcha del amputado, combinados con análisis de mecánica de sólidos rígidos aplicando simulaciones numéricas. Métodos: el análisis de la marcha de 8 pacientes con amputaciones unilaterales transfemorales y 5 sujetos normales (control) se realizó mediante técnicas videográficas. Se efectuó la estimación dinámica de las fuerzas que actúan en los segmentos articulares y se determinaron las tensiones y deformaciones que sufren las zonas del muñón y de la articulación del tobillo mediante el método de los elementos finitos. Resultados: cambios significativos en la dinámica de los segmentos articulados del tobillo-rodilla y cadera se reflejan como el resultado de la asimetría de la marcha del miembro protésico y el sano. Tal desequilibrio sugiere ser una de las principales causas de las enfermedades degenerativas de la cadera observadas en este tipo de paciente. Conclusiones: el análisis de la funcionabilidad de los artificios protésicos transfemorales solo es posible mediante la integración de los métodos cinemáticos de caracterización de la marcha, métodos dinámicos que establezcan la posibilidad de replicar la actividad del miembro sano. Mediante este estudio fue posible además el estudio de la resistencia mecánica y se vincularon todos los resultados a la aparición de enfermedades tanto en el miembro intacto como en el residual

Introduction: the functional quality of the prosthetic devices of lower extremities is usually expressed in terms to relate the functional benefits to those functional needs and the wellbeing of the amputee. This wellbeing is related mainly to a minimal energetic output of patient and to the lack of diseases of residual joints induced by the prosthesis during the gait. Objective: to assess the functional qualities of trans-femoral prostheses used in Cuba by the integration of results of kinematics analysis of the gait of amputee, combined with mechanics analysis of rigid solids applying numerical simulations. Methods: the gait's analysis of 8 patients with trans-femoral unilateral amputations and 5 normal subjects (controls) was made by videographic techniques. The dynamics estimation of strengths acting on the articular segments was carried out and determination of strain and deformations suffering the stump zones and of the ankle joint by finite elements method. Results: the significant changes in the dynamics of ankle-knee-hip articulation segments are present as the result of gait asymmetry of the prosthetic limb and the healthy one. This imbalance may be one of the leading causes of degenerative diseases of hip observed in this type of patient. Conclusions: the analysis of functional qualities of trans-femoral prosthetic devices only is possible by means of the integration of cinematic methods of gait characterization, dynamic methods establishing the possibility to replicate to the activity of healthy limb. Using this study also it was possible the mechanical resistance study linking all results to the appearance of diseases of intact limb as well as the residual one