Automatización del Proceso de Modelaje y Análisis de Estructuras Óseas Combinando el Uso de Programas Comerciales y de Rutinas Desarrolladas Localmente. Aplicación: Modelo de Vértebra Humana

Abstract

Existen programas de reconstrucción ósea comerciales que si bien son muy eficientes en el proceso de segmentar imágenes, tienen carencias en los módulos de discretización; además son inasequibles para países en desarrollo. El objetivo de este trabajo es elaborar y comparar modelos de vértebras humanas creando una metodología de reconstrucción ósea, combinando los módulos menos costosos de programas comerciales de edición automatizada de imágenes médicas (generación de volúmenes y mallado de estructuras), con el uso de desarrollos propios (programa de asignación de propiedades) y con las fortalezas y avanzadas prestaciones de los programas comerciales de elementos finitos de los cuales dispone la Universidad Simón Bolívar (Ansys®). En este proyecto se crea un modelo de la vértebra lumbar L5, la cual se somete a un análisis de esfuerzos por el Método del Elemento Finito. Para la creación del modelo computacional, se generaron los volúmenes a partir de Tomografías Axiales Computarizadas (TAC). Con la utilización de los programas Amira® y Mimics®, se reconstruyeron los modelos utilizando diversas técnicas de segmentación. Se crearon superficies trianguladas, que en ambos programas son la base para generar mallas tetraédricas del volumen. Se asignaron propiedades mecánicas a la vértebra, considerándola material en principio homogéneo y luego heterogéneo, a través del Programa de Asignación de Propiedades a Estructuras Óseas desarrollado por el Grupo de Biomecánica de la USB. Este programa usa las TAC empleadas en la reconstrucción y asigna módulos de Young y de Poisson en función de la densidad extraída de las imágenes. Se evalúa el comportamiento mecánico de la vértebra L5 ante cargas de compresión. Se concluyó que la zona de las vértebras más propensa a fallas son los pedículos. Se logró automatizar de manera eficiente el proceso de reconstrucción ósea combinando programas comerciales (reconstrucción y mallado) y programas de análisis de esfuerzo; junto con programas desarrollados en nuestro grupo de investigación para la asignación de propiedades mecánicas.