Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas
Los modelos numéricos de elementos finitos son utilizados para simular el comportamiento mecánico de estructuras biológicas complejas como la columna vertebral humana, con el objeto de entender el desarrollo de patologías y diseñar dispositivos para su tratamiento. La generación de mallas de element...
- Autores:
-
Jaramillo Suárez, Héctor Enrique
García, Andrés
Gómez salazar, Lessby
Escobar, William
García Álvarez, José Jaime
- Tipo de recurso:
- Article of journal
- Fecha de publicación:
- 2012
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:red.uao.edu.co:10614/10869
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/10614/10869
- Palabra clave:
- Columna vertebral
Simulación por computadores
Spine
Computer simulation
Columna sacrolumbar
Elementos finitos
Tomografía axial computarizada
Malla realista
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Los modelos numéricos de elementos finitos son utilizados para simular el comportamiento mecánico de estructuras biológicas complejas como la columna vertebral humana, con el objeto de entender el desarrollo de patologías y diseñar dispositivos para su tratamiento. La generación de mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana, a partir de imágenes médicas, demanda un trabajo intensivo, debido a la complejidad geométrica de las vértebras. Después de explorar varias técnicas de modelado, en este estudio se desarrolló un procedimiento para obtener una representación geométrica y una malla realista de segmentos de la columna vertebral, partiendo de imágenes de tomografía, las cuales fueron digitalizadas con el software Simpleware. Posteriormente se utilizó el programa Blender en la depuración, optimización y el filtrado de la nube de puntos, mediante el uso de herramientas de modelado de bajo polígono. La nube de puntos se exportó al software Catia, donde se generó, se redujo y se optimizó la malla superficial. Una vez obtenidos los modelos CAD de las vértebras L4, L5 y Sacro, se exportaron al programa SolidWorks, donde se realizó el ensamble de las partes y la construcción de las estructuras blandas de la columna, que son el disco intervertebral, el cartílago vertebral y las carillas articulares. Finalmente, con el programa Abaqus/CAE se desarrollaron las mallas de elementos finitos y se realizó un análisis de esfuerzos del conjunto, a fin de verificar la viabilidad del modelo. A diferencia de otros métodos que utilizan programas muy especializados y costosos, el procedimiento desarrollado en este estudio hace uso de programas de dominio público y comerciales, usados en el modelado mecánico y relativamente fáciles de conseguir en las universidades. |
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Jaramillo Suárez, H. E., García, A., Gómez Salazar, L., Escobar, W., & García Álvarez, J. J. (2012). Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas. El Hombre y la Máquina, (40), 79-86. http://hdl.handle.net/10614/10869 |
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Coombs, Dana, Rao, Milind, Bushelow, Michael, Deacy, James, Laz, Peter & Rullkoetter, Paul. (2011). Simulation of Lumbar Spine Biomechanics Using Abaqus. SIMULIA Customer Conference Cukovic, Sasa, Devedzic, Goran, Ivanovic, Lozica, Zecevic Lukovic, Tanja & Subburaj, K. (2010). Development of 3D Kinematic Model of the Spine for Idiopathic Scoliosis Simulation. Computer Aidet design and aplications, (1),7, 153-161 Kallemeyn, Nicole A., Tadepalli, Srinivas C., Shivanna, Kiran H. & Grosland, Nicole M. (2009). An interactive multiblock approach to meshing the spine. Computer methods and programs in biomedicine, (3), 95, 227-235 Tveito, T. H., Hysing, M. & Eriksen, H. R. (2004). Low back pain interventions at the workplace: a systematic literature review. Occup. Med. (Lond) 54, 3–13. |
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Después de explorar varias técnicas de modelado, en este estudio se desarrolló un procedimiento para obtener una representación geométrica y una malla realista de segmentos de la columna vertebral, partiendo de imágenes de tomografía, las cuales fueron digitalizadas con el software Simpleware. Posteriormente se utilizó el programa Blender en la depuración, optimización y el filtrado de la nube de puntos, mediante el uso de herramientas de modelado de bajo polígono. La nube de puntos se exportó al software Catia, donde se generó, se redujo y se optimizó la malla superficial. Una vez obtenidos los modelos CAD de las vértebras L4, L5 y Sacro, se exportaron al programa SolidWorks, donde se realizó el ensamble de las partes y la construcción de las estructuras blandas de la columna, que son el disco intervertebral, el cartílago vertebral y las carillas articulares. Finalmente, con el programa Abaqus/CAE se desarrollaron las mallas de elementos finitos y se realizó un análisis de esfuerzos del conjunto, a fin de verificar la viabilidad del modelo. A diferencia de otros métodos que utilizan programas muy especializados y costosos, el procedimiento desarrollado en este estudio hace uso de programas de dominio público y comerciales, usados en el modelado mecánico y relativamente fáciles de conseguir en las universidades.Finite element models are usually used to simulate the mechanical behavior of complex biological structures such as the human spine in order to understand the cause of pathologies and design devices for their treatment. The generation of finite element meshes of the human spine from medical images is an intensive task because the complex geometry of the vertebrae. After exploring several modeling techniques, a procedure was developed to obtain a geometrical representation and a realistic mesh of spine vertebral segments from computer tomography images that were digitized with the software Simpleware. Next, the program Blender was used in the filtering and optimization of the cloud of points by applying low polygon modeling tools. The point cloud was exported to Catia software in order to generate, reduce and optimize the surface mesh. After having been developed, the CAD models of the vertebrae L4, L5 and Sacrum were exported to SolidWorks software to assembly and construct the soft structures of the spine which are the intervertebral disc, the end plates and the facet joints. Finally, the Abaqus/CAE software was used to create the finite element mesh and to perform a stress analysis in order to verify the viability of the model. In contrast to other methods that use highly specialized and expensive software, the procedure developed in this study used freeware and commercial programs for mechanical design, that are usually available in our universitiesapplication/pdf8 páginasspaUniversidad Autónoma de OccidenteEl hombre y la máquina No. 40, (Sep.-Dic. 2012)864079Jaramillo Suárez, H. E., García, A., Gómez Salazar, L., Escobar, W., & García Álvarez, J. J. (2012). Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas. El Hombre y la Máquina, (40), 79-86. http://hdl.handle.net/10614/10869El hombre y la máquinaCoombs, Dana, Rao, Milind, Bushelow, Michael, Deacy, James, Laz, Peter & Rullkoetter, Paul. (2011). Simulation of Lumbar Spine Biomechanics Using Abaqus. SIMULIA Customer ConferenceCukovic, Sasa, Devedzic, Goran, Ivanovic, Lozica, Zecevic Lukovic, Tanja & Subburaj, K. (2010). Development of 3D Kinematic Model of the Spine for Idiopathic Scoliosis Simulation. Computer Aidet design and aplications, (1),7, 153-161Kallemeyn, Nicole A., Tadepalli, Srinivas C., Shivanna, Kiran H. & Grosland, Nicole M. (2009). An interactive multiblock approach to meshing the spine. Computer methods and programs in biomedicine, (3), 95, 227-235Tveito, T. H., Hysing, M. & Eriksen, H. R. (2004). Low back pain interventions at the workplace: a systematic literature review. Occup. Med. (Lond) 54, 3–13.Derechos Reservados - Universidad Autónoma de Occidentehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicasArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTREFinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Columna vertebralSimulación por computadoresSpineComputer simulationColumna sacrolumbarElementos finitosTomografía axial computarizadaMalla realistaL4-L5-S segmentmedical imagesFinite elementPublicationada2f35e-57bd-4bbb-91d3-e197573bfab8virtual::2724-1ada2f35e-57bd-4bbb-91d3-e197573bfab8virtual::2724-1https://scholar.google.com.co/citations?user=GEzrsjQAAAAJ&hl=esvirtual::2724-10000-0002-7324-9478virtual::2724-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000144967virtual::2724-1TEXTA0113_Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas.pdf.txtA0113_Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas.pdf.txtExtracted texttext/plain51631https://red.uao.edu.co/bitstreams/5d80051a-434c-4413-8065-7b3e3055af5b/downloadc73413b0afda05c18093a8c27a1c318eMD56THUMBNAILA0113_Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas.pdf.jpgA0113_Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg13906https://red.uao.edu.co/bitstreams/ed364e24-d134-4fe5-a742-9640064c7d25/download5dc1677567cd9a85fd93882bf0233d46MD57ORIGINALA0113_Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas.pdfA0113_Procedimiento para generar mallas de elementos finitos de la columna vertebral humana a partir de imágenes médicas.pdfTexto archivo completo del artículo de revista, PDFapplication/pdf5286389https://red.uao.edu.co/bitstreams/1d22eaa6-24ed-4ecd-b04f-7459990b964f/download6798ddde0fc056a6cd96681999881ecdMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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