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Este libro presenta todo el proceso que llevo al desarrollo de un modelo de elementos finitos del segmento L4-L5-S1 validado experimentalmente para el estudio biomecánico de la columna lumbar humana. Con el objeto de realizar una validación más exacta del modelo, se realizaron experimentos In vitro a los segmentos L4-L4 y L5-S1 con el método de reducción gradual, procedimiento que solo había sido aplicado al segmento L4-L5, donde se encontraron diferencias significativas en el rango de movimiento (ROM) entre el segmento L5-S1 y el segmento L4-L5. Con los resultados experimentales, se calibro el modelo de elementos finitos agregando cada una de las estructuras del segmento paso a paso, lo cual permitió realizar una determinación más precisa del aporte mecánico de cada componente del segmento. Finalmente, se realizó un análisis estadístico del anillo fibroso con el objeto de estudiar la influencia en el ROM de las constantes elásticas de las fibras, del ángulo de cuña y el área del anillo. Se encontró que el ROM posee una mayor sensibilidad al parámetro elástico que representa la rigidez inicial de las fibras y al área del anillo fibroso Introducción. La columna vertebral humana. Anatomía de la columna vertebral. La columna lumbosacra. El disco intervertebral. Los ligamentos. Placa terminal. Factores de riesgo biomecánico asociado a lesiones de comuna lumbar. Caracterización experimental del comportamiento biomecánico de la columna vertebral. Modelos biomecánicos de la columna vertebral. Frases en el desarrollo de un modelo de elementos finitos. Modelos numéricos de los segmentos de la columna vertebral. Modelos estocásticos de la columna. Modelos mecánicos del disco intervertebral. Materiales hiperelásticos. Desarrollo de la geometría de un modelo de elementos finitos del segmento L4-L5lS1. Técnicas de adquisición de imágenes medicas. Resonancia magnética (RM). Tomografía axial computarizada. Proceso de creación del modelo. Captura de imágenes medicas. Generación y deportación de la nube de puntos. Creación y depuración de la malla. Conversión a formato CAD. Modelado CAD. Modelado CAD sin parametrizar. Modelado CAD parametrizado. Pre-procesamiento para el modelo de elementos finitos. Resultados y discusión. Características experimentales del segmento lumbar L4-L5-S1. Materiales y métodos. Preparación de las muestras. Protocolo experimental. Métodos estadísticos. Resultados. Rango de movimiento (ROM). Presión intradiscal (IDP). Fuerzas de contacto. Discusión. Calibración y validación del modelo de elementos finitos de segmento lumbar L4-L5-S1. Materiales y métodos. Geometría. Propiedades mecánicas y ecuaciones constitutivas. Condiciones de borde y prescripción de rotación. Análisis de convergencia del modelo. Proceso de calibración. Validación del modelo. Resultados. Discusión. Análisis estocástico del anillo fibroso. Influencia de las constantes mecánicas de la fibras del anillo fibroso en el ROM. Propiedades mecánicas y ecuaciones constitutivas. Condiciones de frontera y cargas. Influencia en el ROM del cambio en el ángulo de cuña del anillo y de la relación entre el área del anillo y el área toral del disco. Propiedades mecánicas y ecuaciones constitutivas. Condiciones de frontera y cargas. Procedimiento para el análisis de los resultados. Influencia de las constantes mecánicas de las fibras del anillo fibroso en el ROM. Influencia en el ROM del ángulo de cuña del anillo y de la relación del área del anillo versus el área total. Conclusiones, trabajo futuro y limitaciones del estudio. Trabajo futuro. Limitaciones del estudio. Referencias |
