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Ing. Rubén Arenas
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
Maestría en Ingeniería MecánicaDiseño y Manufactura
Junio 2011Mérida-Venezuela
"Diseño de separador intersomático para columna vertebral en material polimérico"
Medical Legal Art
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"Diseño de separador intersomático para columna vertebral en material polimérico"
I Jornada "Aportes a la Ingeniería Médica en la Universidad de Los Andes"
Ing. Rubén Arenas
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
Maestría en Ingeniería MecánicaDiseño y Manufactura
Junio 2011Mérida-Venezuela
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Ing. Rubén Arenas
Fusión intervertebral o artrodesis
OBJETIVO:
Enfermedades degenerativas
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
• Funcionalidad de los espaciadores intersomáticos:
EspaciadoresIntersomáticos
sinteticos.
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Ing. Rubén Arenas Medical Legal Art
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Ing. Rubén Arenas
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
• Artrodesis: Espaciadores intersomáticos
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Ing. Rubén Arenas
PEEK Centonas Poli aromáticas
Est. Cristalina Ortorrómbica
Poli-aril-éter-éter-cetona
Comportamiento Elástico-Lineal
Biocompatibilidad garantizada.
Resistente a la degradación por radiación.
Estructura cristalina del 30-35%.
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Metodología
Ing. Rubén Arenas
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
Maestría en Ingeniería MecánicaDiseño y Manufactura
Junio 2010Mérida-Venezuela
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Ing. Rubén Arenas
Definición del modelo de elemento finito.
1
XY
Z
JUN 14 201000:43:30
VOLUMES
NMIN=3NMAX=3
TYPE NUM
1
XY
Z
JUN 14 201000:44:21
VOLUMES
TYPE NUM
1
MN
MXX
YZ
14.787
329.486644.185
958.8841274
15881903
22182532
2847
JUN 10 201023:37:08
NODAL SOLUTION
STEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.127E-04SMN =14.787SMX =2847SMXB=3013
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Ing. Rubén Arenas
Objetivos
Diseño
Ensayos de compresión
Tesis Posgrado de Ingeniería Mecánica
Fabricación de Implante
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Ing. Rubén Arenas
Elementos de Malla
Hueso Trabécular y cesta intersomática : SOLID92
Contacto: CONTA174
Contacto: TARGE170
Hueso cortical: SHELL281**(Adam, et al. 2003), (Kuo, et al. 2010)
Contacto flexible-flexible y fricción 0.3. (Adam, et al. 2003)
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Ing. Rubén Arenas
Condiciones de borde y propiedades de los materiales
70kg (60kg a 250kg)(1)
PEEK OptimaModulo de elasticidad 4 GPa
Relación de Poisson 0.4
Esfuerzo de Fluencia 118 MPa
(Invibio, 2004)
(1) Bazrgari, et al. (2006)
Modulo de elasticidad 90 MPa
Relación de Poisson 0.4
Esfuerzo último 2,5 MPa
Modulo de elasticidad 8 GPa
Relación de Poisson 0.4
Esfuerzo último 195 MPa
Hueso Trabécular
Hueso Cortical
(Adam, et al. 2003) (Martin, et al. 1998.)
y
xz
Desplazamientos X e Z
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Ing. Rubén Arenas
Diseño de la cesta intersomática
Evaluación de una cesta intersomática comercial en Ansys®
Rediseño de la cesta basado en la definición de esfuerzo: σ=P/A
Evaluación del nuevo modelo de cesta en Ansys®
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Ing. Rubén Arenas
Hay fallaNo hay falla
Resultados: Evaluación
Área de contacto: 169.1 mm2
9mm
4.21 MPa
63.2 MPa
Ansys12Von Mises/S3
Sy/Sut
PEEK 63.2 195
Trabéculas 4.21 2.5Unidades en MPa
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Ing. Rubén Arenas
No hay fallaNo hay falla
Resultados: Nuevo Modelo
14mm
Ansys12Von Mises/S3
Sy/Sut
PEEK 29.33 195
Trabéculas 2.46 2.5
Área de contacto: 284 mm22.46 MPa
29.33 MPa
Unidades en MPa
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Ing. Rubén Arenas
Análisis de convergencia
5000 7000 9000 11000 13000 15000 17000 19000 21000 23000 2500023
25
27
29
31
33
-3
-2
-1
0
1
2Análisis de Convergencia
Esfuerzo de Von Mises máximo en el separadorEsfuerzo principal 3 en la superficie de contacto. (eje der.)Esfuerzo teórico
Nº de nodos
Von
Mis
es (M
Pa)
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Ing. Rubén Arenas
Velocidad de convergencia
50007000
900011000
1300015000
1700019000
2100023000
25000-0.005%
0.000%
0.005%
0.010%
0.015%
0.020%
0.025%
Velocidad de Convergencia
Velocidad de convergencia
Nº de nodos
η%
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Ing. Rubén Arenas
Conclusiones preliminares
Aplicación práctica del análisis elementos finitos. La necesidad de la
creación de equipos multidisciplinarios.
Importancia del contexto en la
aplicación del conocimiento.
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Ing. Rubén Arenas
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
Maestría en Ingeniería MecánicaDiseño y Manufactura
Junio 2011Mérida-Venezuela
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
"Diseño de separador intersomático para columna vertebral en material polimérico"