Consideraciones en la definición del modelo específico al paciente de la tibia / Considerations about the definition of a patient specific model of the tibia

INTRODUCCIÓN: los análisis por elementos finitos se usan para entender y predecir los procesos biológicos. En la biomecánica ortopédica, los modelos específicos al paciente se generan a partir de Tomografía Computarizada y empleados en la toma de decisiones médicas. Algunos procesos correctivos ortopédicos pueden simularse a través, de los análisis por elementos finitos. Para obtener modelos biomecánicos confiables, es muy recomendable reducir los errores en la definición del modelo en la etapa de pre-procesamiento del análisis por elementos finitos. OBJETIVO: analizar la influencia de la densidad del mallado y las propiedades mecánicas durante la definición del modelo específico al paciente en los resultados del análisis por elementos finitos. MÉTODOS: se empleó el Método de Elementos Finitos en la simulación de la tibia a compresión. La geometría de la tibia del paciente se generó a partir de Tomografía Computarizada. Se emplearon mallas con tamaño de elementos no uniforme y uniforme. Al modelo se le aplicaron propiedades mecánicas homogéneas y no homogéneas. RESULTADOS: los elementos de bajo orden convergen a la solución, las tensiones para las mallas con estos elementos son inferiores a las correspondientes las mallas con elementos de tamaño uniforme y de alto orden. Por otra parte, las propiedades mecánicas no homogéneas reducen la diferencia en el cálculo de las tensiones. CONCLUSIONES: para obtener modelos específicos al paciente confiables se recomienda, generar la geometría del hueso con superficies suavisadas, controlar la calidad de la malla superficial, usar propiedades mecánicas no homogéneas, y utilizar la malla generada directo en Abaqus con elementos de bajo orden y tamaño no uniforme.

INTRODUCTION: finite element analysis is used to understand and predict biological processes. In orthopedic biomechanics patient specific models are generated by computed tomography and used for medical decision making. Some corrective orthopedic processes may be simulated by means of finite element analysis. In order to obtain reliable biomechanical models it is highly advisable to reduce the number of errors in the definition of the model during pre-processing of the finite element analysis. OBJECTIVE: analyze the influence of mesh density and mechanical properties on the results obtained by finite element analysis during the stage of definition of the patient specific model. METHODS: the finite element method was used to simulate tibial compression. The geometry of the patient's tibia was generated by computed tomography. Meshes were used with non-uniform and uniform element sizes. Homogeneous and non-homogeneous mechanical properties were applied to the model. RESULTS: low-order elements converge to the solution. Tensions for meshes with these elements are lower than those for meshes with uniform size and high-order elements. On the other hand, non-homogeneous mechanical properties reduce the difference in the estimation of tensions. CONCLUSIONS: to obtain reliable patient specific models it is recommended to generate the bone geometry with softened surfaces, control the quality of the surface mesh, use non-homogeneous mechanical properties, and use the mesh generated directly on Abaqus with low-order elements and non-uniform size.

Resistencia de dientes restaurados con postes prefabricados ante cargas de máxima intercuspidación, masticación y bruxismo / Resistance of teeth restored with prefabricated posts to maximum intercuspidation loads, mastication and bruxism

Objetivo: determinar por el método de los elementos finitos la resistencia de dientes restaurados con postes prefabricados ante cargas estáticas de máxima intercuspidación y cargas cíclicas de masticación y bruxismo y analizar el efecto de la pérdida periodontal en la resistencia de las restauraciones. Métodos: se realizó una investigación in vitro mediante el método de los elementos finitos de dientes con pérdida periodontal, rehabilitados con postes prefabricados en fibra de vidrio, carbono y titanio. Los dientes fueron reconstruidos a partir de imágenes tomográficas de un paciente periodontalmente sano. Resultados: se muestra que ante cargas estáticas las rehabilitaciones no presentan tendencia a la falla, independientemente del material del poste o del grado de pérdida periodontal. En el caso de bruxismo y pérdida periodontal de 4 mm, la dentina presenta una durabilidad de 60 000 ciclos independiente del material del poste. Para cargas de masticación y periodonto sano, la falla en la dentina ocurre a los 100 000 ciclos con poste en titanio, 200 000 ciclos con poste en fibra de carbono y 1 100 000 ciclos con poste en fibra de vidrio. Para una pérdida periodontal de 2 mm la durabilidad de la dentina se reduce a 4 000 ciclos con poste en titanio, 5 000 ciclos con poste en fibra de carbono y 7 000 ciclos con poste en fibra de vidrio. Para pérdida periodontal de 4 mm, la durabilidad de la dentina se estima en 1 000 ciclos, independientemente del material del poste utilizado. Conclusiones: ante carga estática de máxima intercuspidación las rehabilitaciones con postes prefabricados en fibra de vidrio, carbono y titanio no presentan tendencia a la falla, independientemente del grado de pérdida periodontal. Ante cargas cíclicas, los postes prefabricados presentan una vida útil infinita, y es la dentina la estructura más afectada ante dichos eventos(AU)

Objective: using the finite element method, determine the resistance of teeth restored with prefabricated posts to maximum static intercuspidation loads, cyclical mastication loads and bruxism, and analyze the effect of periodontal loss on resistance by restorations. Methods: using the finite element method, an in vitro study was conducted of teeth with periodontal loss rehabilitated with prefabricated glass fiber, carbon and titanium posts. Reconstruction of the teeth was based on tomographic images from a periodontically healthy patient. Results: it was shown that rehabilitations did not tend to yield to static loads, irrespective of post material or the degree of periodontal loss. For bruxism and 4 mm periodontal loss, dentin durability was 60 000 cycles, irrespective of post material. For mastication loads and a healthy periodont, dentin failure occurs at 100 000 cycles with titanium posts, 200 000 cycles with carbon fiber posts, and 1 100 000 cycles with glass fiber posts. For 2 mm periodontal loss, dentin durability decreased to 4 000 cycles with titanium posts, 5 000 cycles with carbon fiber posts, and 7 000 cycles with glass fiber posts. For 4 mm periodontal loss, dentin durability is estimated at 1 000 cycles, irrespective of post material. Conclusions: restorations with glass fiber, carbon and titanium prefabricated posts do not yield to maximum static intercuspidation loads, irrespective of the degree of periodontal loss. Prefabricated posts exhibit endless resistance to cyclic loads. Dentin is the structure most severely affected by such events(AU)

Comportamiento de una prótesis parcial fija en cantilever analizado por el método de elementos finitos / Finite element analysis of the fracture resistance of cantilever fixed prosthesis

Objetivo: Estimar, a través de un análisis de elementos finitos, el comportamiento de prótesis parciales fijas en cantilever, de dientes posteriores, confeccionadas en metal - cerámica de alto, medio y bajo contenido en oro, e In-Ceram, al aplicarles fuerzas dinámicas de 400 y 600 N (n=8). Método: Se utilizó el programa Cosmos 2.0, para diseñar el modelo tridimensional. Las fuerzas fueron aplicadas hasta que se produjeron el momento reactivo (inicio de la deformación) y los puntos de fractura en cada material restaurativo. El análisis de la información se llevó a cabo por medio del análisis de varianza de dos vías (fuerza versus deformación y fuerza versus fractura). Resultados: Se obtuvo que las restauraciones hechas en metal JMC (medio contenido en oro) presentaron una resistencia de 294-295 MPa ante 400 N y de 424-432 MPa ante 600 N, siendo éstos los valores de resistencia más altos en la prueba; también se obtuvo con la estructura en In-Ceram una resistencia a la fractura de entre 221-224 MPa ante 400 N y de 392-397 MPa ante 600 N, siendo los valores de menor resistencia en la prueba. Sin embargo, se encontró que las propiedades de resistencia obtenidas del In-Ceram están dentro de los rangos normales para la confección de una prótesis parcial fija en cantilever. Igualmente se observó que las restauraciones en dientes posteriores inferiores, con los cuatro materiales empleados, presentaron un mejor comportamiento al esfuerzo y fractura que las restauraciones realizadas en dientes posteriores superiores

El método de elementos finitos y su aplicación en la investigación odontológica / The finite elements method and its application to dental research

Hace aproximadamente dos siglos, basado en la teoría de la elasticidad y mediante la aplicación de diferentes ecuaciones, matemáticos franceses y alemanes propusieron un modelo teórico para predecir los esfuerzos a los que está sometido un cuerpo bajo carga. La solución de este problema fue muy compleja debido al escaso desarrollo tecnológico de la época. Sólo en 1956, Turner, Clough, Martin y Topp presentaron el Método Computarizado de Elementos Finitos (MEF), el cual resuelve con gran aproximación las múltiples ecuaciones utilizadas en esta predicción. El MEF es un procedimiento ejecutado en un computador, que tiene el potencial de simular un modelo matemático equivalente a un objeto real, compuesto por diferentes materiales y de forma complicada. Es un método numérico versátil, aplicable en todos los campos de las ciencias exactas, principalmente en las ingenierías, civil, mecánica, biomédica y nuclear, asimismo, en geomecánica, hidráulica, medicina y odontología. La literatura presenta varios estudios que demuestran su utilidad en la investigación odontológica. Este artículo pretende ilustrar su uso y aplicabilidad en implantología, ortodoncia, ortopedia maxilar, prostodoncia y cirugía maxilofacial