Simulación del Comportamiento Biomecánico del Fémur Bajo Diferentes Condiciones de Carga y Comparación con Resultados Experimentales Reportados

Abstract

Desde hace más de un siglo, se han realizado investigaciones sobre el comportamiento biomecánico de los huesos, siendo uno de los más estudiados el del fémur, puesto que, es el hueso más resistente del cuerpo humano ante esfuerzos de compresión y tracción, sin embargo, frágil ante golpes transversales. Los estudios experimentales realizados in vitro en años anteriores proporcionaban resultados poco fiables, debido al ruido presente en los sistemas de medición y a la escasa repetibilidad de las cargas aplicadas, obteniendo así resultados que varían considerablemente de estudio a estudio. Es por esta razón, que mediante el uso de software especializado y el método de elementos finitos este trabajo busca caracterizar mecánicamente el tejido óseo femoral para determinar las zonas críticas del fémur con los esfuerzos más altos ante diferentes casos de carga correspondientes a actividades cotidianas, como son la marcha y la carrera, así como también el análisis ante golpes transversales producidos por una patada en la práctica de deportes como el karate o el fútbol. Como primer paso, se reconstruyó virtualmente el modelo tridimensional de un fémur mediante la aplicación de ingeniería inversa en imágenes médicas. Adicionalmente, se realizó un análisis biomecánico de cada caso de carga utilizando leyes de Newton. Posteriormente, con la ayuda del software de simulación Autodesk FUSION 360 se consiguió simular el comportamiento del fémur bajo compresión en marcha y carrera, determinando así las zonas críticas de desgaste o fractura. Una vez obtenidos los resultados se estableció que la zona crítica con mayor probabilidad de sufrir fallas es la parte superior del cuello femoral. Por otra parte, al comparar con estudios anteriores se determinó que el modelo matemático que más se apega a estos es el de la marcha, ya que se presentó un error promedio de 17.46%, mientras que en la carrera se dio un error del 38.36%.