Biomechanical behavior of bone tissue in spine instrumentation.

BACKGROUND: The mechanical fixation of the spine in patients with osteoporotic vertebral degeneration is a challenge for surgeons, the vertebrae selected to insert the screws may fail, endangering health and even patient's life. OBJECTIVE: The objective of the study was to study the effect of the variation of the bone density in the bone-screw interface from a three-dimensional model of the lumbar section. MATERIALS AND METHODS: The finite element method was used to model the behavior of the lumbar vertebral section when applying compression loads. RESULTS: The stresses between 2 and 3 MPa were located on the contact surface with the screw, both in the vertebral body and in the apophysis, being slightly higher in the vertebral body. CONCLUSIONS: Regardless of bone density, the contact zones between the screws are susceptible to bone tissue failure. The posterior half of the vertebral body was the most sensitive to high values of stress, while in the areas furthest from the axis of the screw stress tended to their minimum.

INTRODUCCIÓN: La fijación mecánica de la columna en pacientes con degeneración vertebral osteoporótica es un reto para los cirujanos, pues las vértebras seleccionadas para insertar los tornillos pueden fallar, poniendo en peligro la salud y la vida del paciente. OBJETIVO: Estudiar el efecto de la variación de la densidad ósea en la interfase hueso-tornillo, a partir de un modelo tridimensional de la sección lumbar. MATERIALES Y MÉTODOS: Se emplea el método de los elementos finitos para modelar el comportamiento de la sección vertebral lumbar al aplicar cargas de compresión. RESULTADOS: Los esfuerzos entre 2 y 3 MPa se ubicaron en la superficie de contacto con el tornillo, tanto en el cuerpo vertebral como en la apófisis, siendo ligeramente superiores en el cuerpo vertebral. CONCLUSIONES: Independientemente de la densidad ósea, las zonas de contacto entre el tornillo son susceptibles al fallo del tejido óseo, debido a que están próximos al esfuerzo de fallo óseo de 2.37 ± 1.14 MPa reportado en la literatura. La mitad posterior del cuerpo vertebral fue la más sensible a sufrir valores altos de esfuerzos, mientras que en las zonas más alejadas del eje del tornillo los esfuerzos tendieron a su magnitud mínima.

Analysis and characterization of the normal gait phases of walking Warmblood horses as a tool for the diagnosis of lameness / Análise e caracterização das fases do andamento normal dos cavalos através da combinação de fotogrametria e acelerometria como ferramenta para o diagnóstico da claudicação

Horses with lameness modify gait behavior, but when it is subtle, it may not be possible to identify it clinically. The objective of this research is to characterize the normal gait phases of walking Warmblood horses by combining photogrammetry and accelerometry to monitor lameness to indicate a structural or functional disorder in the extremities. The study was conducted in 23 adult male Warmblood horses. Photogrammetry was used to identify the kinematic variables of the limbs and the markers path over time; triaxial accelerometers were used to capture the orthogonal acceleration components. It was determined that only 10 horses showed a normal gait pattern, there was a 43% correspondence between the expert´s judgment and the diagnostic techniques. According to the Stashak classification of the gait phases, cycle phases to forelimb were 34/4/8/13/41, while for hind limb were 54/11/8/8/19 (% of the stride). The range of motion (ROM) of the neck, knee and fetlock joints was 45.52±5.63°, 196.04±19.7° and 209±11.52° respectively. A combination of experimental methods was used to identify the phases of gait cycle of healthy horses. There was a correspondence in the location of the points of maximum displacement of the limbs with both techniques. More detailed information on the limbs movement was obtained using the accelerometer technology. These methods are applicable to other conditions either outdoors or in the lab.(AU)

Os cavalos com claudicação modificam o comportamento do andamento. Porém, uma leve modificação pode não ser identificada clinicamente. O objetivo desta pesquisa foi caracterizar as fases do andamento normal dos cavalos através da combinação de fotogrametria e acelerometria, para identificar alterações estruturais ou funcionais nos membros. O estudo foi conduzido em 23 cavalos Warmblood machos adultos. A partir da fotogrametria foi possível obter as variáveis cinemáticas das extremidades e a trajetória dos marcadores ao longo do tempo. Por outro lado, os acelerômetros triaxiais foram usados para capturar as componentes ortogonais da aceleração. Determinou-se que apenas 10 cavalos mostraram um padrão de marcha normal, e houve uma correspondência de 43% entre pareceres dos peritos e as técnicas de diagnóstico. De acordo com a classificação das fases da marcha de Stashak, as fases do ciclo da extremidade anterior foram 34/4/8/13/41 enquanto para a extremidade posterior foram 54/11/8/8/19. A amplitude de movimento (ROM) de pescoço, joelho e sesamóide foram 45,52±5,63°, 196,04±19,7° e 209±11,52°, respectivamente. Uma combinação dos métodos experimentais foi utilizada para identificar as fases do ciclo de marcha de cavalos saudáveis. Constatou-se correspondência na localização dos pontos de deslocamento máximo do membro com ambas as técnicas. A informação mais detalhada do movimento dos membros foi obtida usando a acelerometria. Estes métodos são aplicáveis em outras condições, quer a campo ou no laboratório.(AU)

Posibilidad de aplicación de la simulación computacional de tejido óseo en niños con torsión tibial / Possible application de la modélisation assistée par ordinateur des tissus osseux chez des enfants atteints de torsion tibiale / Possibility of application of computational simulation of bone tissue in children with tibial torsion

Introducción: con el desarrollo de la informática surgen nuevos caminos a soluciones de problemas en la práctica clínica. La modelación de tejidos desempeña un papel importante en el desarrollo de la medicina; la experimentación en pacientes vivos dificulta la obtención de resultados, de ahí la necesidad de buscar alternativas para mejorar la calidad del servicio de salud. Objetivo: valorar la importancia de la modelación computacional de tejidos biológicos en niños con torsión tibial. Métodos: se entrevistaron 44 especialistas entre doctores, técnicos en imágenes médicas, ingenieros mecánicos e ingenieros cibernéticos. Fue empleada una encuesta no estructurada sin guion previo. Resultados: se aplicaron valores empíricos de cargas para corregir deformidades como la torsión tibial, el 81 por ciento de los encuestados conocen acerca las ventajas de las simulaciones computacionales aplicadas a la salud, el 17 por ciento opina que faltan recursos informáticos en los hospitales para emplear estas técnicas, el 2 por ciento cree que se debe capacitar a los doctores en el empleo de estas herramientas para apoyar la toma de decisiones y el diagnóstico clínico. Conclusiones: la encuesta proporcionó datos conclusivos sobre la posibilidad e interés de la aplicación de los modelos computacionales en el diagnóstico, pronóstico y seguimiento de enfermedades ortopédicas(AU)

Introduction: the development of information brings new paths to solve problems in the clinical practice. Tissue modeling plays an important role in the development of medicine, experimentation on living patients makes it difficult to some extent the results, hence the need to seek alternatives to improve the quality of health service. Objective: assess the importance of computational modeling of biological tissues in pediatric orthopedics, specifically in children with tibial torsion. Methods: forty-four specialists were interviewed including physicians, technicians in medical imaging, mechanical engineers, and cyber engineers. It an unscripted survey unstructured was used. Results: empirical values of loads are applied to correct deformities such as tibial torsion; 81 percent of respondents know about the advantages of computer simulations for health, 17 percent think that missing computer resources in hospitals to employ these techniques, 2 percent believes that doctors should be trained in the use of these tools to support decision-making and clinical diagnosis. Conclusions: the survey provided conclusive data on the ability and interest of the application of computational models in the diagnosis, prognosis, and monitoring of orthopedic diseases(AU)

Introduction: à fur et à mesure que l'informatique se développe, de nouvelles solutions aux problèmes de la pratique clinique apparaissent. La modélisation de tissus joue un rôle essentiel dans le développement de la médecine; l'expérimentation sur des patients vivants empêche l'obtention de résultats, il est pourtant nécessaire de chercher d'autres alternatives afin d'améliorer la qualité du service sanitaire. Objectif: le but de cette étude est d'évaluer l'importance de la modélisation assistée par ordinateur des tissus biologiques chez des enfants atteints de torsion tibiale. Méthodes: Quarante et quatre spécialistes, tels que médecins, techniciens en imagerie médicale, ingénieurs mécaniques et ingénieurs cybernétiques, ont été enquêtés. L'enquête utilisée n'avait aucune structure, aucun plan à suivre. Résultats: Des valeurs empiriques de charge ont été utilisées pour corriger des déformations, telles que la torsion tibiale; la majorité des enquêtés (81 pourcent) connaissent bien les bénéfices de la modélisation assistée par ordinateur appliqués à la santé ; la moitié (17 pourcent) considère qu'il y a un déficit de ressources informatiques dans les hôpitaux pour employer cette technique, tandis que la minorité (2 pourcent) croie qu'il faut que les médecins acquissent les habiletés nécessaires pour utiliser cet outil dans la prise de décisions et le diagnostic clinique. Conclusions: L'enquête a fourni des données incontestables sur la possibilité et l'intérêt à mettre en application la modélisation assistée par ordinateur dans le diagnostic, le pronostic et le suivi d'affections orthopédiques (AU)

Posibilidad de aplicación de la simulación computacional de tejido óseo en niños con torsión tibial / Possibility of application of computational simulation of bone tissue in children with tibial torsion

Introducción: con el desarrollo de la informática surgen nuevos caminos a soluciones de problemas en la práctica clínica. La modelación de tejidos desempeña un papel importante en el desarrollo de la medicina; la experimentación en pacientes vivos dificulta la obtención de resultados, de ahí la necesidad de buscar alternativas para mejorar la calidad del servicio de salud.Objetivo: valorar la importancia de la modelación computacional de tejidos biológicos en niños con torsión tibial.Métodos: se entrevistaron 44 especialistas entre doctores, técnicos en imágenes médicas, ingenieros mecánicos e ingenieros cibernéticos. Fue empleada una encuesta no estructurada sin guion previo.Resultados: se aplicaron valores empíricos de cargas para corregir deformidades como la torsión tibial, el 81 por cientode los encuestados conocen acerca las ventajas de las simulaciones computacionales aplicadas a la salud, el 17 por ciento opina que faltan recursos informáticos en los hospitales para emplear estas técnicas, el 2 por ciento cree que se debe capacitar a los doctores en el empleo de estas herramientas para apoyar la toma de decisiones y el diagnóstico clínico.Conclusiones: la encuesta proporcionó datos conclusivos sobre la posibilidad e interés de la aplicación de los modelos computacionales en el diagnóstico, pronóstico y seguimiento de enfermedades ortopédicas(AU)

Introduction: the development of information brings new paths to solve problems in the clinical practice. Tissue modeling plays an important role in the development of medicine, experimentation on living patients makes it difficult to some extent the results, hence the need to seek alternatives to improve the quality of health service.Objective: assess the importance of computational modeling of biological tissues in pediatric orthopedics, specifically in children with tibial torsion.Methods: forty-four specialists were interviewed including physicians, technicians in medical imaging, mechanical engineers, and cyber engineers. It an unscripted survey unstructured was used.Results: empirical values of loads are applied to correct deformities such as tibial torsion; 81 percent of respondents know about the advantages of computer simulations for health, 17 percent think that missing computer resources in hospitals to employ these techniques, 2 percent believes that doctors should be trained in the use of these tools to support decision-making and clinical diagnosis.Conclusions: the survey provided conclusive data on the ability and interest of the application of computational models in the diagnosis, prognosis, and monitoring of orthopedic diseases(AU)

Simulación computacional de tejido óseo como apoyo al sistema de salud cubano / Computer simulation of bone tissue to support the Cuban health system

Introducción: con el desarrollo de las nuevas tecnologías y la simulación computacional se abren las puertas a soluciones de problemas complejos en el campo de la medicina.Objetivo: realizar una valoración sobre la importancia de la simulación computacional como apoyo al sistema de salud en Cuba.Métodos: para el estudio fue necesario realizar una búsqueda de la situación actual que presenta Cuba en temas de bioingeniería, la investigación se centró en los centros hospitalarios de la provincia de Camagüey en los cuales se entrevistaron a doctores y personal técnico relacionados con la ortopedia.Resultados: con las condiciones actuales y el equipamiento instalado en los centros hospitalarios cubanos es factible aplicar las técnicas de modelación computacional de tejidos y órganos para una medicina cada vez menos invasiva.Conclusiones: es posible emplear la simulación computacional de tejidos y órganos como apoyo en el seguimiento, pronóstico y diagnóstico de enfermedades. Existen aislados intentos de vinculación entre instituciones hospitalarias y centros de investigación universitarios(AU)

Introduction: Development of new technologies and computer simulation have contributed to the solution of complex problems in the field of medicine.Objective: Assess the importance of computer simulation to support the Cuban health system.Methods: The study required a search about the current status of bioengineering in Cuba. The research was carried out in hospital institutions of the province of Camagüey, where interviews were conducted with physicians and technical personnel related to orthopedics.Results: Under current conditions and with the equipment installed in Cuban hospital institutions, it is feasible to apply computer modeling techniques for tissues and organs to reduce the invasiveness of health care.Conclusions: It is possible to use computer simulation of tissues and organs to support the follow-up, prognosis and diagnosis of diseases. Sporadic attempts have been made to establish links between hospital institutions and university research centers(AU)

Algoritmo para predecir tensiones con técnicas de inteligencia artificial en una tibia humana / Algorithm for prediction of strains in human tibia by means of artificial intelligence techniques

INTRODUCCIÓN: el desarrollo de la informática y sus herramientas influyen de forma significativa en los avances científicos tecnológicos, en la esfera de la salud. La simulación de problemas reales mediante redes neuronales, relaciona intrínseco, la medicina y la informática, por utilizar estas redes modelos basados en el funcionamiento de neuronas humanas. Si a esta potente herramienta unimos un método numérico de cálculo, que permita servir de fuente de datos a la red neuronal, se podrán modelar tejidos y partes del cuerpo humano. Una de las ramas de mayor implementación, podría ser la ortopedia, debido en lo fundamental, a la similitud que tiene el cuerpo humano y su estructura ósea, con las propiedades de los materiales de ingeniería, la cual es un área clave en la aplicación del Método de los Elementos Finitos. OBJETIVO: crear un algoritmo que permita dar solución al problema de remodelación ósea de una tibia humana bajo diferentes valores de cargas mecánicas. MÉTODOS: se empleó el Método de los Elementos Finitos. Se usó el software profesional ABAQUS/CAE para el cálculo de tensiones y deformaciones y una red neuronal para el procesamiento de los valores obtenidos. La red neuronal fue establecida; se aplicó el software MATLAB R2013a. RESULTADOS: se logró un modelo de red neuronal que posibilita predecir las cargas que una determinada zona de la tibia puede soportar. CONCLUSIONES: mediante el uso de las técnicas de inteligencia artificial y con el empleo del método de los elementos finitos, fue posible obtener un modelo que pronosticò las magnitudes de tensiones, que una región de la tibia humana podría soportar, en dependencia de los valores de densidades óseas presente en dicha región.

INTRODUCTION: the development of information sciences and their influence in a significant way the scientific and technological advances in the field of health care. The simulation of real-life problems through neuronal networks intrinsically relates medicine and informatics since these networks use models based on human neuron functioning. If we add to this potent tool a numerical calculation method that allows the neuronal network to serve as a data source, then tissues and parts of the body could be modeled. One of the branches with more implementation in this regard could be orthopedics due to the similarities of the human body and its osseous structures with the properties of the engineering materials and this is a key area in the application of finite element method. OBJECTIVE: to create an algorithm that may solve the problems of osseous remodeling of a human tibia under different mechanical load values. METHODS: the Finite Element Method was used together with the professional software ABAQUS/CAE for estimation of strains and deformations and a neuronal network to process the obtained values. The neuronal network was set and then the software MATLAB R2013a was applied. RESULTS: a neuronal network model that makes it possible to predict the loads that certain area of the tibia may stand. CONCLUSIONS: through the artificial intelligence techniques and the use of the finite element the strain magnitude that may be supported by a human tibia area depending on the osseous density values present in this area.method, it was possible to obtain a model that predicts the strain magnitude that may be supported by a human tibia area depending on the osseous density values present in this area.

Consideraciones en la definición del modelo específico al paciente de la tibia / Considerations about the definition of a patient specific model of the tibia

INTRODUCCIÓN: los análisis por elementos finitos se usan para entender y predecir los procesos biológicos. En la biomecánica ortopédica, los modelos específicos al paciente se generan a partir de Tomografía Computarizada y empleados en la toma de decisiones médicas. Algunos procesos correctivos ortopédicos pueden simularse a través, de los análisis por elementos finitos. Para obtener modelos biomecánicos confiables, es muy recomendable reducir los errores en la definición del modelo en la etapa de pre-procesamiento del análisis por elementos finitos. OBJETIVO: analizar la influencia de la densidad del mallado y las propiedades mecánicas durante la definición del modelo específico al paciente en los resultados del análisis por elementos finitos. MÉTODOS: se empleó el Método de Elementos Finitos en la simulación de la tibia a compresión. La geometría de la tibia del paciente se generó a partir de Tomografía Computarizada. Se emplearon mallas con tamaño de elementos no uniforme y uniforme. Al modelo se le aplicaron propiedades mecánicas homogéneas y no homogéneas. RESULTADOS: los elementos de bajo orden convergen a la solución, las tensiones para las mallas con estos elementos son inferiores a las correspondientes las mallas con elementos de tamaño uniforme y de alto orden. Por otra parte, las propiedades mecánicas no homogéneas reducen la diferencia en el cálculo de las tensiones. CONCLUSIONES: para obtener modelos específicos al paciente confiables se recomienda, generar la geometría del hueso con superficies suavisadas, controlar la calidad de la malla superficial, usar propiedades mecánicas no homogéneas, y utilizar la malla generada directo en Abaqus con elementos de bajo orden y tamaño no uniforme.

INTRODUCTION: finite element analysis is used to understand and predict biological processes. In orthopedic biomechanics patient specific models are generated by computed tomography and used for medical decision making. Some corrective orthopedic processes may be simulated by means of finite element analysis. In order to obtain reliable biomechanical models it is highly advisable to reduce the number of errors in the definition of the model during pre-processing of the finite element analysis. OBJECTIVE: analyze the influence of mesh density and mechanical properties on the results obtained by finite element analysis during the stage of definition of the patient specific model. METHODS: the finite element method was used to simulate tibial compression. The geometry of the patient's tibia was generated by computed tomography. Meshes were used with non-uniform and uniform element sizes. Homogeneous and non-homogeneous mechanical properties were applied to the model. RESULTS: low-order elements converge to the solution. Tensions for meshes with these elements are lower than those for meshes with uniform size and high-order elements. On the other hand, non-homogeneous mechanical properties reduce the difference in the estimation of tensions. CONCLUSIONS: to obtain reliable patient specific models it is recommended to generate the bone geometry with softened surfaces, control the quality of the surface mesh, use non-homogeneous mechanical properties, and use the mesh generated directly on Abaqus with low-order elements and non-uniform size.

3D patient-specific model of the tibia from CT for orthopedic use.

OBJECTIVES: 3D patient-specific model of the tibia is used to determine the torque needed to initialize the tibial torsion correction. METHODS: The finite elements method is used in the biomechanical modeling of tibia. The geometric model of the tibia is obtained from CT images. The tibia is modeled as an anisotropic material with non-homogeneous mechanical properties. CONCLUSIONS: The maximum stress is located in the shaft of tibia diaphysis. With both meshes are obtained similar results of stresses and displacements. For this patient-specific model, the torque must be greater than 30 Nm to initialize the correction of tibial torsion deformity.

Modelo mecanobiológico de una tibia humana para determinar su respuesta ante estímulos mecánicos externos / Mechanobiological model of a human tibia to determine its response to external mechanical stimuli

Introducción: las nuevas herramientas informáticas cada vez más influyen en los avances científicos tecnológicos en la esfera de la salud. Una de las áreas de mayor implementación de estas nuevas herramientas de cómputo es sin dudas, la ortopedia, debido en lo fundamental, a la similitud que tiene el cuerpo humano y su estructura ósea con las propiedades de los materiales de ingeniería que permite modelar tejidos y órganos en correspondencia con teorías remodeladoras que predicen su posible comportamiento mecanobiológico. Objetivo: describir el comportamiento de una tibia humana ante estímulos externos de torsión. Métodos: se utilizó el Método de los Elementos Finitos implementado en el software profesional ABAQUS/CAE para el cálculo de tensiones y deformaciones presentes en la tibia humana. Resultados: se obtuvo el modelo específico del paciente con síndrome de torsión tibial, a partir de las imágenes médicas de un tomógrafo; las cuales fueron procesadas por ordenador, se utiliza el software de tratamiento de imágenes médicas MIMICS 10.01 para establecer una relación entre la escala de grises (unidades Hounsfield), la densidad ósea y el módulo de Young. Conclusiones: se determinó que el valor correcto de momento torsor estático que debe ser aplicado a este paciente para iniciar el proceso remodelador es de 30 Nm(AU)

Introduction: new information tools have a growing influence on technological and scientific advances in health care. Orthopedics is one of the areas where new computational tools have been largely implemented, mainly owing to the similarity of the human body and its bone structure to the properties of engineering materials, enabling the modeling of tissues and organs in accordance with remodeling theories predicting their potential mechanobiological behavior. Objective: describe the response of a human tibia to external torsion stimuli. Methods: estimation of tensions and deformities in the human tibia was based on the Finite Element Method incorporated into the professional software Abaqus / CAE. Results: starting from medical tomographic images, a specific model was obtained for a patient with tibial torsion syndrome. The images were computer processed with the medical imaging treatment software MIMICS 10.01 to establish a relationship between the grayscale (Hounsfield units), bone density and Youngs modulus. Conclusions: it was determined that 30 Nm is the correct static torsion moment value to be applied to this patient to start the remodeling process(AU)

Modelo mecanobiológico de una tibia humana para determinar su respuesta ante estímulos mecánicos externos / Mechanobiological model of a human tibia to determine its response to external mechanical stimuli

INTRODUCCIÓN: las nuevas herramientas informáticas cada vez más influyen en los avances científicos tecnológicos en la esfera de la salud. Una de las áreas de mayor implementación de estas nuevas herramientas de cómputo es sin dudas, la ortopedia, debido en lo fundamental, a la similitud que tiene el cuerpo humano y su estructura ósea con las propiedades de los materiales de ingeniería que permite modelar tejidos y órganos en correspondencia con teorías remodeladoras que predicen su posible comportamiento mecanobiológico. OBJETIVO: describir el comportamiento de una tibia humana ante estímulos externos de torsión. MÉTODOS: se utilizó el Método de los Elementos Finitos implementado en el software profesional ABAQUS/CAE para el cálculo de tensiones y deformaciones presentes en la tibia humana. RESULTADOS: se obtuvo el modelo específico del paciente con síndrome de torsión tibial, a partir de las imágenes médicas de un tomógrafo; las cuales fueron procesadas por ordenador, se utiliza el software de tratamiento de imágenes médicas MIMICS 10.01 para establecer una relación entre la escala de grises (unidades Hounsfield), la densidad ósea y el módulo de Young. CONCLUSIONES: se determinó que el valor correcto de momento torsor estático que debe ser aplicado a este paciente para iniciar el proceso remodelador es de 30 Nm.

INTRODUCTION: new information tools have a growing influence on technological and scientific advances in health care. Orthopedics is one of the areas where new computational tools have been largely implemented, mainly owing to the similarity of the human body and its bone structure to the properties of engineering materials, enabling the modeling of tissues and organs in accordance with remodeling theories predicting their potential mechanobiological behavior. OBJECTIVE: describe the response of a human tibia to external torsion stimuli. METHODS: estimation of tensions and deformities in the human tibia was based on the Finite Element Method incorporated into the professional software Abaqus / CAE. RESULTS: starting from medical tomographic images, a specific model was obtained for a patient with tibial torsion syndrome. The images were computer processed with the medical imaging treatment software MIMICS 10.01 to establish a relationship between the grayscale (Hounsfield units), bone density and Young's modulus. CONCLUSIONS: it was determined that 30 Nm is the correct static torsion moment value to be applied to this patient to start the remodeling process.

Consideraciones en la definición del modelo específico al paciente de la tibia / Considerations about the definition of a patient specific model of the tibia

Introducción: los análisis por elementos finitos se usan para entender y predecir los procesos biológicos. En la biomecánica ortopédica, los modelos específicos al paciente se generan a partir de Tomografía Computarizada y empleados en la toma de decisiones médicas. Algunos procesos correctivos ortopédicos pueden simularse a través, de los análisis por elementos finitos. Para obtener modelos biomecánicos confiables, es muy recomendable reducir los errores en la definición del modelo en la etapa de pre-procesamiento del análisis por elementos finitos.Objetivo: analizar la influencia de la densidad del mallado y las propiedades mecánicas durante la definición del modelo específico al paciente en los resultados del análisis por elementos finitos. Métodos: se empleó el Método de Elementos Finitos en la simulación de la tibia a compresión. La geometría de la tibia del paciente se generó a partir de Tomografía Computarizada. Se emplearon mallas con tamaño de elementos no uniforme y uniforme. Al modelo se le aplicaron propiedades mecánicas homogéneas y no homogéneas. Resultados: los elementos de bajo orden convergen a la solución, las tensiones para las mallas con estos elementos son inferiores a las correspondientes las mallas con elementos de tamaño uniforme y de alto orden. Por otra parte, las propiedades mecánicas no homogéneas reducen la diferencia en el cálculo de las tensiones. Conclusiones: para obtener modelos específicos al paciente confiables se recomienda, generar la geometría del hueso con superficies suavisadas, controlar la calidad de la malla superficial, usar propiedades mecánicas no homogéneas, y utilizar la malla generada directo en Abaqus con elementos de bajo orden y tamaño no uniforme(AU)

Introduction: finite element analysis is used to understand and predict biological processes. In orthopedic biomechanics patient specific models are generated by computed tomography and used for medical decision making. Some corrective orthopedic processes may be simulated by means of finite element analysis. In order to obtain reliable biomechanical models it is highly advisable to reduce the number of errors in the definition of the model during pre-processing of the finite element analysis. Objective: analyze the influence of mesh density and mechanical properties on the results obtained by finite element analysis during the stage of definition of the patient specific model. Methods: the finite element method was used to simulate tibial compression. The geometry of the patients tibia was generated by computed tomography. Meshes were used with non-uniform and uniform element sizes. Homogeneous and non-homogeneous mechanical properties were applied to the model. Results: low-order elements converge to the solution. Tensions for meshes with these elements are lower than those for meshes with uniform size and high-order elements. On the other hand, non-homogeneous mechanical properties reduce the difference in the estimation of tensions. Conclusions: to obtain reliable patient specific models it is recommended to generate the bone geometry with softened surfaces, control the quality of the surface mesh, use non-homogeneous mechanical properties, and use the mesh generated directly on Abaqus with low-order elements and non-uniform size(AU)

Algoritmo para predecir tensiones con técnicas de inteligencia artificial en una tibia humana / Algorithm for prediction of strains in human tibia by means of artificial intelligence techniques

Introducción: el desarrollo de la informática y sus herramientas influyen de forma significativa en los avances científicos tecnológicos, en la esfera de la salud. La simulación de problemas reales mediante redes neuronales, relaciona intrínseco, la medicina y la informática, por utilizar estas redes modelos basados en el funcionamiento de neuronas humanas. Si a esta potente herramienta unimos un método numérico de cálculo, que permita servir de fuente de datos a la red neuronal, se podrán modelar tejidos y partes del cuerpo humano. Una de las ramas de mayor implementación, podría ser la ortopedia, debido en lo fundamental, a la similitud que tiene el cuerpo humano y su estructura ósea, con las propiedades de los materiales de ingeniería, la cual es un área clave en la aplicación del Método de los Elementos Finitos. Objetivo: crear un algoritmo que permita dar solución al problema de remodelación ósea de una tibia humana bajo diferentes valores de cargas mecánicas. Métodos: se empleó el Método de los Elementos Finitos. Se usó el software profesional ABAQUS/CAE para el cálculo de tensiones y deformaciones y una red neuronal para el procesamiento de los valores obtenidos. La red neuronal fue establecida; se aplicó el software MATLAB R2013a. Resultados: se logró un modelo de red neuronal que posibilita predecir las cargas que una determinada zona de la tibia puede soportar. Conclusiones: mediante el uso de las técnicas de inteligencia artificial y con el empleo del método de los elementos finitos, fue posible obtener un modelo que pronosticò las magnitudes de tensiones, que una región de la tibia humana podría soportar, en dependencia de los valores de densidades óseas presente en dicha región(AU)

Introduction: the development of information sciences and their influence in a significant way the scientific and technological advances in the field of health care. The simulation of real-life problems through neuronal networks intrinsically relates medicine and informatics since these networks use models based on human neuron functioning. If we add to this potent tool a numerical calculation method that allows the neuronal network to serve as a data source, then tissues and parts of the body could be modeled. One of the branches with more implementation in this regard could be orthopedics due to the similarities of the human body and its osseous structures with the properties of the engineering materials and this is a key area in the application of finite element method. Objective: to create an algorithm that may solve the problems of osseous remodeling of a human tibia under different mechanical load values. Methods: the Finite Element Method was used together with the professional software ABAQUS/CAE for estimation of strains and deformations and a neuronal network to process the obtained values. The neuronal network was set and then the software MATLAB R2013a was applied. Results: a neuronal network model that makes it possible to predict the loads that certain area of the tibia may stand. Conclusions: through the artificial intelligence techniques and the use of the finite element method, it was possible to obtain a model that predicts the strain magnitude that may be supported by a human tibia area depending on the osseous density values present in this area(AU)