Diseño de una interfaz gráfica para el análisis por elementos finitos de la respuesta de dos vértebras lumbares sometidas a carga combinada
Las vértebras y los discos intervertebrales permiten la flexibilidad de la columna y actúan como amortiguadores durante las actividades diarias, dada la elevada incidencia de lesiones en la espalda, nace la idea de crear una herramienta de soporte para la medicina y la fisioterapia, la cual sirva co...
- Autores:
-
Rangel Vera, Jorge Eliecer
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2017
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/1601
- Palabra clave:
- Mechatronic Engineering
Finite element methods
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Analysis
Modeling and simulation
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Vertebrae
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Modelado y simulación
Diseño mecatrónico
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Las vértebras y los discos intervertebrales permiten la flexibilidad de la columna y actúan como amortiguadores durante las actividades diarias, dada la elevada incidencia de lesiones en la espalda, nace la idea de crear una herramienta de soporte para la medicina y la fisioterapia, la cual sirva como modelo guía para diagnosticar lesiones lumbares. Por medio de análisis por elementos finitos de acuerdo a cargas específicas y a una postura determinada, se puede analizar el comportamiento que tienen las vértebras lumbares y así prever una lesión. |
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Rangel Vera, Jorge Eliecer (2016). Diseño de una interfaz gráfica para el análisis por elementos finitos de la respuesta de dos vértebras lumbares sometidas a carga combinada. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB [1]K. T. Huynh, H. Gibson y Z. Gao, Development of a Detailed Human Spine Model with Hepatic Interface, National University of Singapore, 2012. [2]T. Sara y M. Nunes, Development of a Biomechanical Spine Model for Dynamic Analysis, 2011. [3]H. A. Soo, «Researchgate,» [En línea]. Available: https://www.researchgate.net/publication/35217015_A_virtual_model_of_the_human_cervical_spine_for_physics-based_simulation_and_applications_Electronic_Thesis [4]V. Esat, Biomechanical Modelling of the Whole Human Spine for Dynamic Analysis, Loughborough, 2006 [5]I. K, O. I, B. M, S. W, K. H y N. K, NONLINEAR FINITE ELEMENT MODEL PREDICTS VERTEBRAL BONE STRENGTH AND FRACTURE SITE, Tokyo: 50th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society [6]C. RP y K. 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Por medio de análisis por elementos finitos de acuerdo a cargas específicas y a una postura determinada, se puede analizar el comportamiento que tienen las vértebras lumbares y así prever una lesión.DEDICATORIA ..................................................................................................... 3 AGRADECIMIENTOS .......................................................................................... 4 CONTENIDO ........................................................................................................ 5 TABLA DE ILUSTRACIONES .............................................................................. 8 LISTADO DE TABLAS ....................................................................................... 11 1. OBJETIVOS................................................................................................. 12 1.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................12 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................12 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 13 3. ANTECEDENTES ........................................................................................ 14 4. ESTADO DEL ARTE .................................................................................... 15 4.1. VÉRTEBRAS. ....................................................................................................................15 4.2. DISCOS INTERVERTEBRALES. ..........................................................................................18 4.3. MÚSCULOS LUMBARES ..................................................................................................19 4.4. MODELADO DE HUESO UTILIZANDO ELEMENTOS FINITOS ............................................22 4.5. CARGAS ..........................................................................................................................23 4.6. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MATERIALES. ..................................................................26 5. MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 28 5.1. PESO CORPORAL .............................................................................................................28 5.2. COLUMNA VERTEBRAL. ..................................................................................................28 5.3. PROPIEDADES BIOMECÁNICAS DE LAS ESTRUCTURAS VERTEBRALES ............................29 5.4. DISCO INTERVERTEBRAL .................................................................................................30 5.5. VÉRTEBRA .......................................................................................................................31 5.6. CUERPO VERTEBRAL .......................................................................................................32 5.7. APÓFISIS ARTICULARES...................................................................................................32 5.8. ISTMO Y PEDÍCULOS .......................................................................................................32 5.9. MÚSCULOS LUMBARES ..................................................................................................33 5.9.1. MÚSCULO DORSAL ANCHO ....................................................................................33 5.9.2. MÚSCULO CUADRADO LUMBAR ............................................................................34 5.9.3. MÚSCULO MULTÍFIDO ............................................................................................34 5.10. BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL .................................................................35 5.10.1. ESFUERZO TENSIONAL ............................................................................................37 5.10.2. MECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL. ..............................................................43 5.10.3. MODELAMIENTO DE TEJIDO BIOLÓGICO........................................................................45 5.10.4. CARACTERIZACIÓN MECANICÁNICA DEL HUESO ....................................................49 5.11. LESIONES LUMBARES .....................................................................................................58 5.11.1. DEGENERACIÓN DEL DISCO INTERVERTEBRAL .......................................................59 5.11.2. ENVEJECIMIENTO DE LOS DISCOS INTERVERTEBRALES ..........................................60 5.11.3. ESCOLIOSIS .............................................................................................................61 5.11.4. ESPONDILOLISTESIS ................................................................................................61 5.11.5. ESPONDILÓLISIS ......................................................................................................62 5.11.6. ESTENOSIS ESPINAL ................................................................................................63 5.11.7. ESPINA BÍFIDA ........................................................................................................63 5.11.8. SÍNDROME DEL PIRAMIDAL ....................................................................................64 5.11.9. DISCO ROTO ...........................................................................................................64 5.12. TEORÍA DE FALLA ............................................................................................................65 5.12.1. ENERGÍA DE DISTORSIÓN MÁXIMA ........................................................................65 6. DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................... 67 6.1. RECOPILACIÓN INFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA. ............................................................67 6.2. DISEÑO CAD DE LAS VÉRTEBRAS LUMBARES. .................................................................67 6.3. ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS. ..............................................................................67 6.4. RECOPILACIÓN Y VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS. .....................................................68 6.5. DESARROLLO DE LA INTERFAZ GRÁFICA. ........................................................................68 6.6. DIFUSIÓN DE RESULTADOS.............................................................................................68 7. RESULTADOS ............................................................................................ 69 7.1. DISEÑO CAD ...................................................................................................................69 7.2. ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS ...............................................................................70 7.3. INTERFAZ GRÁFICA .........................................................................................................71 7.4. RESUMEN RESULTADOS PRINCIPALES ............................................................................72 8. VALIDACIÓN ............................................................................................... 73 8.1. VALIDACIÓN BAJO FLEXIÓN ............................................................................................74 8.2. VALIDACIÓN BAJO EXTENSIÓN .......................................................................................78 9. CONCLUSIONES ........................................................................................ 79 10. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 82 11. ANEXOS ...................................................................................................... 87PregradoThe vertebrae and intervertebral discs allow the flexibility of the spine and act as shock absorbers during daily activities, given the high incidence of back injuries, the idea of creating a support tool for medicine and physiotherapy was born, which would serve as a guide model for diagnosing lumbar injuries. Through finite element analysis according to specific loads and a determined posture, the behavior of the lumbar vertebrae can be analyzed and thus an injury can be predicted.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDiseño de una interfaz gráfica para el análisis por elementos finitos de la respuesta de dos vértebras lumbares sometidas a carga combinadaDesign of a graphical interface for finite element analysis of the response of two lumbar vertebrae under combined loadIngeniero MecatrónicoBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronic EngineeringFinite element methodsInvestigationsAnalysisModeling and simulationMechatronic designVertebraeIngeniería mecatrónica Métodos de elementos finitosInvestigacionesAnálisisModelado y simulaciónDiseño mecatrónicoVértebrasRangel Vera, Jorge Eliecer (2016). Diseño de una interfaz gráfica para el análisis por elementos finitos de la respuesta de dos vértebras lumbares sometidas a carga combinada. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB[1]K. T. Huynh, H. Gibson y Z. Gao, Development of a Detailed Human Spine Model with Hepatic Interface, National University of Singapore, 2012.[2]T. Sara y M. Nunes, Development of a Biomechanical Spine Model for Dynamic Analysis, 2011.[3]H. A. Soo, «Researchgate,» [En línea]. Available: https://www.researchgate.net/publication/35217015_A_virtual_model_of_the_human_cervical_spine_for_physics-based_simulation_and_applications_Electronic_Thesis[4]V. Esat, Biomechanical Modelling of the Whole Human Spine for Dynamic Analysis, Loughborough, 2006[5]I. K, O. I, B. M, S. W, K. H y N. K, NONLINEAR FINITE ELEMENT MODEL PREDICTS VERTEBRAL BONE STRENGTH AND FRACTURE SITE, Tokyo: 50th Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society[6]C. RP y K. 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