Comparison between Hemiarthroplasty in the First Proximal Phalanx and Keller's Arthroplasty. A Finite Element Study

Hallux valgus and hallux rigidus are the most common pathologies in the first ray of the foot. Arthroplasty can restore the mobility of the joint but is a destructive procedure. This paper presents three finite element analysis of the foot studying two different kinds of arthroplasty

Estudio de extracción ósea en el primer metatarso

El protecto tiene como objeto estudiar la viabilidad de realizar extracciones de tejido oseo del primer metatarso (hueso del pie) para realizar autoinjertos en cirujia para reparar fracturas oseas. Para ello, se ha trabajado con 2 modelos del pie desarrollados en I-DEAS, un programa de calculo por elementos finitos. Estos dos modelos representan el pie en las dos posiciones limites que alcanza durante la marcha. Se han modificado estos modelos para definir una extraccion del tejido, con diferentes volumenes de tejido extraido. A continuacion se han definido las propiedades de los diversos tejidos definidos en los modelos del pie, y se han realizado simulaciones en Abaqus. A partir de estas simulaciones, se ha analizado las tensiones que alcanza el primer metatarso, asi como el pie en general, y los desplazamientos del pie para estudiar los efectos de la intervencion quirurgica y determinar si las tensiones pueden ocasionar dolor en el paciente al caminar, o incluso supongan la rotura del primer metatarso

Evaluación biomecánica del rediseño de un dispositivo activo de rodilla para pierna ortopédica

En el presente proyecto se plantea la viabilidad mecánica de una prótesis activa, con mecanismo de flexión automatizado por un motor. Para ello, se recogen valores sobre las variables de la marcha humana mediante técnicas ópticas de captura de movimiento. Seguidamente, se procesan esos datos para dimensionar los distintos elementos que conforman la prótesis, mediante un software de cálculo. Posteriormente se crea un diseño en tres dimensiones de la prótesis y se procede a hacer un análisis de tensiones y fuerzas a las que puede estar sometida. Finalmente se estima un posible coste del dispositivo y se discuten algunos aspectos sobre su factibilidad y limitaciones.<br /

Estudio del espolón en el calcáneo y de la extracción de los huesos sesamoideos

Partimos de un modelo de pie creado anteriormente para otros estudios. Tanto en el caso del espolón en el calcáneo como en el de los sesamoideos, el trabajo que hemos llevado a cabo es muy similar. Hemos creado los grupos pertinentes en I-DEAS para simular los dos casos y para posteriormente poder observar los resultados en ABAQUS. Una vez creados los grupos, los hemos exportado a ABAQUS, para obtener un archivo .INP que lo modificaremos aportando los datos que tenemos de cargas, condiciones de contorno, propiedades de los tejidos, etc. Con la ayuda de Cluster, realizamos los cálculos y obtenemos un archivo .ODB que es el que nos permitirá abrir ABAQUS para poder observar los resultados. Una vez que visualizamos los resultados, modificamos los límites de las leyendas para poder apreciar de una mejor forma, las variaciones que ha habido en cada caso y poder compararlas con el caso de referencia. Con estos resultados hemos realizado un análisis y obtenido unas conclusiones

Estudio de la recuperación mediante MEF de la biomecánica del pie tras el acortamiento del cuarto dedo

En este proyecto se estudia la influencia del acortamiento del cuarto dedo del pie en la biomecánica habitual del pie y los posibles efectos adversos derivados, así como el planteamiento de opciones para su recuperación. En el caso particular a estudio en este trabajo, el acortamiento se produjo tras la extracción de la falange medial del cuarto dedo durante una operación quirúrgica para tratar las patologías de Neuroma de Morton y Hallux Valgus. Para su estudio se realiza una simulación computacional mediante un modelo de elementos finitos en tres dimensiones del esqueleto de un pie humano. Este modelo se realizó a partir de la combinación de las falanges extraídas de la paciente y el modelo previo de pie creado por el grupo de Mecánica Estructural y Modelado de Materiales de la Universidad de Zaragoza Este trabajo consta de siete capítulos. En el primer capítulo se realiza una breve introducción, exponiendo objetivos, contexto del trabajo y principales patologías del pie. En el segundo capítulo se hace repaso del estado del arte en el estudio por el método de elementos finitos del pie. El capítulo tercero el proceso de extracción de la geometría de las falanges y creación del modelo de elementos finitos. En el cuarto capítulo se presentan las propiedades de los tejidos del pie. En el quinto se muestra el análisis realizado al modelo de elementos finitos. En el sexto capítulo se muestran los resultados y en el séptimo se plantean opciones para la recuperación del pie, en octavo y último se exponen las conclusiones del trabajo, así como futuras líneas de trabajo que pueden surgir a partir de este proyecto. Se añade dos anexos, en el primero se hace una pequeña introducción a la anatomía del pie humano, en el segundo se explica la posición elegida para el análisis del pie. Se obtuvieron los resultados de tensiones principales máximas y mínimas en falanges y desplazamientos en todo el pie, donde se puedo comprobar que si bien antes de la operación el pie presentaba algunas tensiones que indican los dolores que padecía la paciente, estos aumentaron de manera notable después del acortamiento del dedo, especialmente en los dedos tercero y cuarto del pie. Después del estudio realizado, se propone como mejor opción para que la paciente pueda andar sin dolores el uso de plantillas a medida

Influencia de la geometría de la falange proximal del primer dedo del pie en la formación de juanetes

CONTEXTO: Existen numerosas patologías en el pie que precisan de tratamiento médico quirúrgico. Algunas de estas dolencias son debidas a deformidades adquiridas del antepié. El hallux valgus es una da las deformidades más frecuente del pie. Se presenta con mayor periodicidad en mujeres, siendo 10 veces más frecuente en mujeres que en hombres. Las causas del hallux valgus no están claras. Se trata de una patología de origen multifactorial con una clara relación hereditaria, además sea constatado que el uso de calzado ayuda a la progresión de la deformidad. Los cirujanos han observado, al operar la patología del hallux valgus, que la falange proximal es diferente, en cuanto a forma, en hombres y mujeres. OBJETIVO: En este proyecto se estudia la influencia de la geometría de la falange proximal del primer dedo del pie en la formación de juanetes. En particular se analiza, la influencia del dimorfismo sexual que presenta este hueso en el hecho de que las mujeres padezcan con mayor frecuencia que los hombres esta deformidad. METODOLOGÍA: Se realiza una simulación computacional mediante un modelo de elementos finitos en 3 dimensiones del esqueleto de un pie humano para el estudio de las tensiones y deformaciones en el primer radio. A partir de la descripción cualitativa y cuantitativa de las falanges del primer dedo, proporcionada por los cirujanos mediante la disección de cadáveres, se generan falanges de distintos tamaños y geometrías, tanto de hombre como de mujer e insertan en el modelo de partida. RESULTADOS: Las falanges proximales soportan esfuerzos de compresión en la zona medial y esfuerzos de tracción en la zona lateral, estas tensiones son más patentes cuanto más grande es la falange. Además en la concavidad de la base de la falange las tensiones son mayores cuanto menor es la profundidad. CONCLUOSINES: Las tensiones generadas en la falange proximal intensificadas por la sobrecarga en la base, producen una tendencia a la separación del metatarsiano del primer radio con respecto a la posición anatómica original, lo que constituye el inicio de la deformidad del hallux valgus

Respuesta biomecánica a cinco tipos de cirugía para aliviar el dedo en garra mediante implantes de NiTi

El presente trabajo fin de grado trata de investigar la técnica más adecuada para llevar a cabo la operación quirúrgica que da solución a la patología del dedo en garra mediante la implantación de un implante Ni-Ti. Para encontrar la técnica más exitosa se plantearon inicialmente cinco técnicas quirúrgicas diferentes que fueron simuladas. Las diferencias entre las técnicas se basan en transferir o anular los músculos flexores largos o cortos de los dedos del pie. Además cada modelo se simuló dos veces con dos prototipos distintos de implantes; uno de ellos posee una forma recta y el otro angulada siguiendo la estructura del dedo del pie. Primero se construyeron los modelos en tres dimensiones en el programa I-DEAS, partiendo inicialmente de un modelo ya creado con el implante colocado. Posteriormente, se introdujeron las condiciones de contorno que afectan a cada uno de los modelos propuestos en un principio. Con los modelos ya completados, el siguiente paso es lanzar a calcular y visualizar los resultados en el programa Abaqus. Para finalizar, una vez rescatados los resultados, se elaboraron tablas comparativas entre las técnicas planteadas y los resultados del pie patológico sin intervenir quirúrgicamente. A través de las tablas comparativas pudimos obtener varias conclusiones. Las más destacadas son que el implante angulado consigue peores resultados en comparación con el implante recto al tener una mayor concentración de tensiones y que la técnica que daría un mejor resultado para el paciente sería eliminar el músculo flexor corto de los dedos del pie sin transferir a ningún otro punto, aunque no llegaría a ser un modelo óptimo debido a que las tensiones originadas en las falanges siguen siendo altas

Efectos biomecánicos de la cirugía de eliminación de espolón en el calcáneo ante diversas posiciones y solicitaciones del pie en situaciones de la vida cotidiana

El principal objetivo del proyecto consiste estudiar los efectos biomecánicos que se producen en el pie tras la técnica quirúrgica de eliminación de un espolón en el calcáneo. Se basa en dos modelos que pertenecen a dos posiciones del pie, diseñados mediante el software NX I-deas, para realizar las simulaciones en ABAQUS mediante el método de los elementos finitos, y realizando comparativas tras analizar los resultados obtenidos en cuanto a tensiones y deformaciones de dichas simulaciones

Biomechanical Evaluation of Three New Implants for the First Metatarsophalangean Joint of the Human Foot

Hallux valgus y hallux rigidus son las dos patologías más comunes en el primer radio del pie. Los tratamientos para estas patologías han tenido un avance considerable en los ultimos a~nos. Entre las tecnicas quirurgicas destructivas están la artrodesis, artroplastia y quilectomia mientras que entre las técnicas quirúrgicas no destructivas se incluyen varios tipos de osteotomías. La artroplastia de la primera articulación metatarsofalángica es un procedimiento que conserva la dorsiflexión de la articulación, además de aliviar el dolor causado por las patologías mencionadas. Por otro lado, realizar un análisis estructural del pie mediante métodos análiticos es sumamente difícil por lo que los métodos numéricos son una buena herramienta para comprender la biomecánica del pie, en particular los análisis de elementos finitos. El objetivo de esta investigación es realizar una evaluación biomecánica del pie tras de haberse desarrollado los diferentes tipos de artroplastia en la primera articulación metatarsofalángica. Cinco modelos de elementos finitos son comparados y tres diferentes implantes son investigados. Los resultados en los modelos de elementos finitos arrojan consecuencias en la biomecánica del pie tras haberse desarrollado los distintos procesos de artroplastia. Para los implantes investigados se realiza un estudio a fatiga partiendo de los resultados de las simulaciones computacionales, basándose enun enfoque de deformación y realizando aproximaciones con series de Taylor de primer orden, utilizando las expresiones de Ramberg-Osgood y Coffin-Basquin-Manson para la construcción de un modelo B de salto de unidad.Hallux valgus and hallux rigidus are the two most common pathologies in the first ray of the foot. The treatments against these pathologies have had considerable advances in recent years. The destructive surgical techniques include arthrodesis, arthroplasty, and cheilectomy, while the nondestructive surgical techniques include many kinds of osteotomies. Arthroplasty of the first metatarsophalangeal joint is a procedure that preserves the dorsiflexion of the joint, in addition to relieving pain caused by the aforementioned pathologies. On the other hand, performing a structural analysis of the foot using analytical methods is extremely difficult, so numerical methods are a good tool to understand the biomechanics of the foot, particularly finite element analysis. The objective of this research is to develop a biomechanical evaluation of the foot after having developed the different types of arthroplasty in the first metatarsophalangeal joint. Five finite element models are compared and three different implants are investigated. The results in the finite element models show consequences in the biomechanics of the foot after the different arthroplasty processes have been developed. For the implants investigated, a fatigue study is developed from the results of the computational simulations, based on a strain approach and making first-order Taylor series expansions, using the Ramberg-Osgood and Coffin-Basquin-Manson expressions for building a one-step B model.<br /

Evaluación del comportamiento biomecánico de dos implantes frente a una operación de transferencia de flexores para aliviar la patología del dedo en garra

En el proyecto fin de carrera aquí expuesto complementa aquellos estudios sobre el pie humano realizados por otros investigadores. El objetivo de este proyecto es la evaluación biomecánica de diferentes técnicas quirúrgicas orientadas al alivio del pie en garra para el tercer momento de apoyo del ciclo de marcha, momento en el cual tan sólo un pie está en contacto con el suelo y formando 90º con éste. La finalidad es disponer de otra herramienta, para la posibilidad de descubrir causas de diferentes dolores y molestias en pacientes reales, facilitar diagnósticos médicos a problemas concretos y servir de herramienta inicial para la toma de decisiones en una intervención. Para ello se realizará un estudio comparativo de elementos finitos de tensiones y desplazamientos óseos a nivel de las falanges y metatarsos, debido a la interacción de éstos con los tendones flexores de los dedos, con el fin de comparar las ventajas e inconvenientes de las técnicas actuales de intervención