Análisis numérico sobre esfuerzos y áreas de contacto en una PTR Scorpio II® Stryker®. Base para el diseño de PTR personalizada al fenotipo Mexicano / Numerical analysis on stresses and contact areas in a TKR Scorpio II® of Stryker®. Basis to design of customized TKR in accordance to Mexican Phenotype

El desgaste de los insertos de Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (UHMWPE pos sus siglas en inglés) continúa afectando la longevidad de las prótesis totales de rodilla (PTR) junto con el aflojamiento aséptico, y ambos constituyen las dos principales causas de falla de las prótesis. Considerando esto, es necesario encontrar soluciones adecuadas para evitar el desgaste excesivo y hasta la ruptura de los insertos de polietileno. En este trabajo se realizó el estudio mediante simulación numérica de una PTR Scorpio II® Stryker®, la cual se retiró por desgaste del inserto de UHMWPE en el Hospital 1° de Octubre del ISSSTE en México. Se utilizaron las hipótesis de Bartel et al. (1995) y Chillag et al. (1991) para la validación del método numérico utilizado, las cuales establecen que el desgaste del polietileno puede reducirse utilizando insertos tibiales de mayor espesor, lo cual disminuye las presiones de contacto. Los análisis se realizaron mediante MEF variando el espesor del inserto de 6, 8, 10, 12 y 14 mm, suponiendo cargas axiales de tipo cuasi-estático en la articulación a cero grados de flexión, para 1.33 veces el peso de un individuo de 75 kg (736 N) empleando el ciclo normalizado de marcha. Los resultados obtenidos muestran similitud con los reportados por Bei et al. (2004) y Deen et al. (2006). Después de validar el método, se desarrolló el modelo de MEF de la PTR y se determinaron las curvas de esfuerzo y de áreas de contacto del inserto de UHMWPE, con lo que se obtuvo información importante para modificar el diseño y obtener una prótesis de geometría conforme en los planos coronal y sagital del inserto femoral y el inserto de polietileno, de acuerdo con el fenotipo mexicano.

Wear of UHMWPE inserts continues affecting the longevity of total knee replacements (TKR) together with septic loosening, and both constitute two main causes of prosthesis failure. It is necessary to find appropriate solutions to avoid excessive wear and failure of polyethylene inserts. In this work a study was carried out by means of numeric simulation of a Scorpio II® Stryker® TKR, which was retired due to wear of UHMWPE in the Hospital 1° de Octubre of ISSSTE in Mexico city. Hypotheses of Bartel et al. (1995) and Chillag et al. (1991) were used, which settle down that wear of polyethylene can decrease using thicker tibial inserts, which can be reduced contact pressures. Analyses of this work was carried out by means of FEM varying insert thickness of 6, 8, 10, 12 and 14 mm, considered quasi-static axial loads actuating on the articulation with zero degrees of flexion and loads equivalent to 1.33 times of bodyweight of a subject of 75 kg (736 N) was considered. Normalized gait cycle was employed and results obtained are similar to those reported by Bei et al. (2004) and Deen et al. (2006). After validating the method, a model of study case of TKR in FEM was developed and the curves of stress and contact areas of UHMWPE were determined, with which important information was obtained to modify the design, as well as to obtain a prosthesis of optimal conformity in both coronal and sagital planes of the femoral and UHMWPE inserts, in agreement with characteristics of the Mexican phenotype.

Modelo de sistema basado en conocimiento para apoyo en la investigación y p'roceso clínico de la diabetes / Knowledge-based system model to support diabetes research and clinical process

Due to the great amount of information generated and supported by the explosive evolution of computer science systems since the end of the last century, the expansion and transference of scientific knowledge has caused a rapid transformation of scientific discoveries in products and applications that have positive effects in the life quality of societies. Today, a great amount of data in medicine is obtained by the application of biotechnological methods that constantly evolve. Thus, scientific research related to diabetes keeps improving. In this context, productivity and competitiveness must be sustained on knowledge which facilitates and encourages organizational innovation capacity. For this reason, knowledge based systems emerge as a useful tool to help organizations solve difficult assignments or improve their processes. In this work, derivate from known diabetes group of symptoms and interactions that diabetes research maintains with the biotechnological processes, the authors carried out a brief analysis of the knowledge involved as well as the role that knowledge-based systems have played, and keep playing in support of them. Additionally, with the systemic perspective obtained by the authors regarding aspects like knowledge, practices and resources needed in clinical and laboratory practices, they propose a systemic model that can support diabetes research and clinical process.

Debido a la gran cantidad de información generada y apoyada por la evolución explosiva de sistemas de la ciencia computacional, desde finales del siglo pasado, la expansión y transferencia de conocimiento científico ha provocado una rápida transformación de los descubrimientos científicos en productos y aplicaciones que afectan positivamente la calidad de vida de las sociedades. Actualmente, una gran cantidad de datos en medicina se obtiene por la aplicación de métodos biotecnológicos que constantemente evolucionan. De igual manera, la investigación científica sobre diabetes mantiene una mejora constante. En este contexto, tanto la productividad como la competitividad se deben apoyar con conocimiento que facilite y promueva la capacidad de innovación organizacional. Por esta razón, los sistemas basados en conocimiento emergen como una herramienta útil para coadyuvar con las organizaciones en la solución de situaciones difíciles o en la mejora de sus procesos. En este trabajo, derivado del conocido grupo de síntomas y de las interacciones que la investigación en diabetes mantiene con los procesos biotecnológicos, los autores realizan un breve análisis del conocimiento implicado y del rol que los sistemas basados en el conocimiento han desempeñado, -y continúan desempeñando, en apoyo a tales procesos. Adicionalmente, con la perspectiva sistémica obtenida por los autores respecto al conocimiento y recursos necesarios en prácticas clínicas y de laboratorio, proponen un modelo sistémico capaz de apoyar la investigación y el proceso clínico de la diabetes.

Análisis numérico de una prótesis endobronquial utilizada para el tratamiento de cáncer pulmonar / Numerical analysis of intrabronchial prosthesis used for the treatment of lung cancer

En México, la mortalidad debido a enfermedades bronco-respiratorias se ubica en el sexto lugar según datos estadísticos dados por el Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER). Esto genera la necesidad de incrementar la eficiencia en la aplicación de los tratamientos usados para este tipo de patología. Algunos de los métodos utilizados con mayor frecuencia para el tratamiento de estas dolencias hacen uso de micro dispositivos, también conocidos como válvulas endobronquiales. Este es un sistema alternativo que evita cirugías invasivas y logra prolongar e incrementar la calidad de vida de los pacientes. En este trabajo se presenta el análisis del desempeño de la válvula IBV®. Para el desarrollo del estudio numérico se determinaron las dimensiones y propiedades mecánicas del modelo a partir de catálogos del fabricante. Se desarrolló un modelo para el cual se consideraron las propiedades del Nitinol® y Silastic®. Asimismo, se propusieron dos condiciones de operación para la válvula, una anclada en el bronquio y la otra en la condición en la que se encuentra plegada dentro del broncoscopio. Se utilizó el Método del elemento finito (MEF) para simular las condiciones de trabajo de la válvula. Los resultados encontrados muestran el funcionamiento estructural y el nivel de los esfuerzos generados en el implante durante el ciclo de respiración forzada del individuo. Además, se proporcionan las bases para generar un nuevo dispositivo que pueda emular el funcionamiento de este tipo de implantes y aumente la eficiencia del tratamiento de dicha patología.

In Mexico, the mortality rate due to bronchial respiratory sickness is placed in the sixth position, according to statistics from the National Institute of Breathing Sickness (INER), so it is convenient to increment the efficiency of treatments for those pathologies. The intrabronchial valve is a recommended alternative method; being it main objective to avoid invasive surgery and increase the time and quality of patient´s life. Within this work a biomechanical analysis of an IBV® valve is carried out. Regarding the numerical analysis, the dimensions and mechanical properties of the valve were proposed based on catalogues published by the manufacturer as more reliable information was not available in the open literature. As a result, a new model was developed in which both materials Nitinol® and Silastic® are considered as the main valve materials. The proposed working conditions assume that the valve is implanted in folded form at the bronchus and then anchored when it is unfolded. Finite Element Method (FEM) was used to simulate the proposed working conditions. Results obtained show the structural performance and the level of stress generated in the implant during the breathing cycle. In addition, it provides the knowledge to generate a new device that could emulate the performance of these implants and develop a more efficient treatment this disease.

Aplicación de celda fotoacústica diferencial en la determinación de la permeabilidad de agua en hueso descalcificado / Application of differential photoacoustic cell to determine water permeability in decalcified bone

La espectroscopia mediante celda fotoacústica diferencial (CFD) tiene la capacidad de medir in situ el desarrollo de diversos procesos dinámicos, entre otros la difusión de agua a través de una membrana. Mediante esta técnicase realizó el estudio de permeación de agua en huesos de rata Wistar sanos y descalcificados. Los huesos descalcificados fueron tratados mediante estimulación electromagnética a fin de evaluar la actividad celular en el hueso y, en su caso, detener la descalcificación del mismo. En este trabajo fue posible determinar la viabilidad de la CFD para la evaluación de densidad ósea indirectamente, siendo posible efectuar la evaluación in situ de permeación de agua, así como la cantidad de agua retenida en la estructura ósea al finalizar las pruebas en CFD.

Modelo tridimensional de un fémur humano por medio del método del elemento finito / Tri-dimentional model of a human femur determined by the finite element method

El método del elemento finito nos permite observar la geometría del espécimen, las propiedades mecánicas de los materiales empleados y las condiciones de carga y frontera del modelo. Analizamos el fémur de un individuo masculino sano, de 27 años. Nuestra conclusión es que el fémur trabaja predominantemente en cargas de compresión y secundariamente en flexión.

Efecto del espesor de la capa de cemento en el componente femoral de una prótesis de Charnley: análisis biomécanico mediante el método del elemento finito / Mechanical effects of cement thickness around femoral component in Charnley prosthesis: a biomechanical analysis by the finite element method

Se analizan los esfuerzos y las deformaciones en el componente femoral de una prótesis de Charnley para cadera, cuando se aplican cargas fisiológicas. A partir de radiografías simples se determina la geometría bidimensional del fémur y se analiza su comportamiento cuando son aplicadas cargas que corresponden a la etapa de apoyo medio de la marcha. Se emplea el Método del Elemento Finito, en particular el paquete Ansys versión 5.3 (Ansys, Inc., Houston PA, E.U.A). Durante el Análisis se consideran tres distintos materiales: hueso trabecular, hueso cortical del canal medular y hueso cortical de las zonas medial y lateral del fémur. Posteriormente se elige el tamaño de prótesis adecuado para el hueso estudiado y se inserta en el modelo bidimensional del fémur. De igual forma, se desarrollan seis espesores de capa de cemento, las cuales varían de uno a seis milímetros. Se desea que los esfuerzos para el hueso sean similares que los correspondientes para el caso del fémur intacto, en tanto que los esfuerzos de menor intensidad son los preferidos cuando se trata de los materiales inertes: la prótesis y el cemento. De los espesores de la capa de cemento estudiados, el de tres milímetros presenta los menores esfuerzos para la prótesis y el cemento, en tanto que el hueso trabecular es el que se asemeja en mayor grado al caso del hueso intacto. Para el hueso cortical, los resultados mejores corresponden al espesor de 4 mm. Con base en el presente estudio se recomienda emplear espesores de la capa de cemento de 3 a 4 mm.

Biomecánica de un fémur sometido a carga. Desarrollo de un modelo tridimensional por medio del método del elemento finito / Biomechanics of a femur submitted to load. Development of a three-dimensional model by the finite element method

Se describe el desarrollo de un modelo tridimensional de un fémur humano por medio del método del elemento finito. La geometría del hueso se determinó a través de 60 cortes tomográficos practicados al fémur de un voluntario masculino, 27 años, 1.74 m, 70 kg de peso, aparentemente sano. Una vez digitalizados los cortes tomográficos, se alimentaron los datos obtenidos al software Ansys (Ansys Inc) versión 5.3. El modelo desarrollado constó de 9 507 elementos y de 16 032 nodos. Tanto las propiedades consideradas, así como las condiciones de carga y de frontera empleadas, fueron obtenidas de la literatura especializada en el tema. Se consideraron un total de cuatro fuerzas externas correspondientes a la reacción de la cadera y a los tres grupos musculares predominantes en la fase de apoyo medio. Se obtuvieron los patrones de esfuerzos de von Mises correspondientes a la aplicación de cuatro, tres, dos y una carga, con lo que es posible establecer el papel que juegan los músculos para absorber parte de las solicitaciones que se ejercen a los huesos. De igual forma este modelo servirá como referencia para estudiar diferentes casos en los que se apliquen prótesis e implantes para cadera