Elementos finitos y MonteCarlo para el modelado del efecto de aparatos ortopédicos sobre el crecimiento óseo.

ALONSO, GASTÓN; ALEJANDRO YAWNY; BERTOLINO, G.

Bariloche

Conferencia; RAFA; 2022

AFA

El tratamiento de diversas deformidades patologicas de los huesos largos y vertebras se basa frecuentemente enla modulacion del crecimiento mediante la aplicacion controlada de cargas mecanicas. De esta manera se alteranlos procesos de osicacion y crecimiento que tienen lugar en una region denominada cartlago de crecimiento,placa episiaria o sis, logrando de esta manera una correccion. Las aleaciones con memoria de forma tienenpropiedades mecanicas pseudoelasticas que las hacen adecuadas para la fabricacion de elementos capaces deejercer los esfuerzos necesarios, manteniendolos a medida que la correccion progresa. Sin embargo, a la fechael tratamiento ortopedico de las desviaciones laterales de rodilla continua siendo un metodo controvertido parala modulacion del crecimiento. Debido a que solo es aplicable durante una ventana de tiempo que abarca lani~nez y la adolescencia temprana, se hace necesario aprovechar al maximo el tiempo disponible. En tal sentido,la utilizacion de aleaciones con memoria de forma permitira mejorar sensiblemente la efectividad de las ortesisutilizadas convencionalmente.En la actualidad no existen estandares aceptados para la cuanticacion de las cargas mecanicas que debengenerar los dispositivos ortopedicos, lo cual constituye un punto clave para su aplicacion practica. En este trabajogeneramos un modelo de elementos nitos personalizado para una paciente de 10 a~nos de edad, que utilizamospara cuanticar los niveles de carga seguros a aplicar sobre la rodilla. Con este estimamos que una carga mecanicaequivalente a un momento ector de 1,1 Nm producira esfuerzos sobre la rodilla un orden de magnitud menoresa los que ocurren durante actividades tpicas del da a da. Sin embargo, determinamos tambien que la aplicacionsostenida de este esfuerzo entra~na el riesgo de producir un da~no sobre la placa episiaria.Utilizamos un modelo tensorial del crecimiento oseo [1,2] para estimar el efecto de la aplicacion de la cargamecanica obtenida con el criterio anterior, contemplando la estocasticidad propia del fenomeno modelado mediantela aplicacion de la tecnica de MonteCarlo. Comparamos los efectos de la aplicacion de una carga mecanicainvariante con los generados por una ortesis convencional, cuya carga disminuye en proporcion a la correccionalcanzada. De esta manera, estimamos que mediante una ortesis que aproveche el efecto pseudoelastico de lasaleaciones con memoria de forma para ejercer un esfuerzo invariante sera posible corregir desviaciones en el angulotibio-femoral a tasas en el orden de (7 4)=a~no. Esta velocidad de correccion es similar a la obtenida medianteotros metodos de modulacion del crecimiento mas invasivos, y representara una reduccion del orden del 25% enel tiempo necesario para reducir a la mitad deformidades de (10 5) comparado con el tiempo que requiere eluso de ortesis convencionales.