EVALUACIÓN DE LA REDUCCIÓN DEL EFECTO DEL IMPACTO DE LAS CAÍDAS LATERALES SOBRE LAS FRACTURAS DE OSTEOPOROSIS EN EL FÉMUR PROXIMAL USANDO EL PROTECTOR DE CADERA

Abstract

[ES] La osteoporosis es una enfermedad muy común en personas de edad avanzada causada por un aumento de la debilidad y el riesgo de fractura de cadera. Se caracteriza por el deterioro estructural del hueso y un tejido de baja masa ósea asociado con baja densidad mineral ósea (DMO). Cuando un hueso se rompe, puede ocurrir dolor crónico y una disminución en la capacidad para llevar a cabo actividades normales después de la fractura. Otro síntoma importante de la reducción de la densidad ósea supone un aumento de la fragilidad ósea y la susceptibilidad a la fractura, es decir, un importante factor de riesgo de fracturas por fragilidad caracterizadas por ser el resultado de fuerzas mecánicas que no darían lugar a fracturas en casos comunes. La Fundación Internacional de Osteoporosis (Iofbonehealth.org, 2015) registra 8,9 millones de fracturas anuales causadas por la osteoporosis en todo el mundo. Y especialmente las fracturas de cadera, aproximadamente 1,6 millones ocurren en todo el mundo cada año, y se estima que las cifras llegarán a entre 4,5 y 6,3 millones para 2050 y hasta el 20% de los pacientes morirán durante el primer año posterior a una fractura de cadera. Es esencial comprender los efectos de esta enfermedad y sus tratamientos, que requieren una descripción del comportamiento mecánico del tejido óseo. La caracterización y el estudio de elementos finitos de hueso se implementa con el software ScanIP desarrollado por Synopsys Inc. ScanIP es un software de procesamiento de imágenes 3D que exporta las imágenes de fémur desde CT y realiza la segmentación y el engrane de hueso para usarlo en ingeniería modalidades como CAD (Computer Aided Design) o Finite Element Analysis, entre otros. El modelo de elementos finitos (FE) desarrollado a partir de tomografías computarizadas es una herramienta importante para evaluar las tensiones y tensiones mecánicas en el hueso. El paquete de software utilizado para realizar el análisis FE es Altair Hyperworks, también se abordará el análisis de las distribuciones de tensión y deformación a lo largo del fémur. Después de simular todos los casos, se analizaron los sitios de fractura predichos en relación con el tipo de fractura correspondiente, se evaluaron también las cargas de fracturas medias para cada configuración. Se concluyó que aparecieron los dos tipos de fractura de cadera, fractura de cuello y trocantérica. Se creó un conjunto de 7 casos de carga, cada uno en diferentes direcciones para observar cuál es más crítico en caso de diferentes casos de caída para dos grupos de edad, sanos y osteoporóticos. La magnitud de todas las fuerzas es 3000 Newton comparando el umbral de falla de personas mayores para diferentes situaciones de caída como diferentes estudios. Los casos de carga simulan diferentes situaciones de caída, y se han creado diferentes orientaciones variando los ángulos de caída para ver cuáles son más restrictivas que las otras. El grupo osteoporótico es más débil; por lo tanto, los valores máximos de estrés y tensión son más altos que los del grupo saludable. Una de las investigaciones clave de este estudio ha sido la introducción de un tejido blando en el modelo de fémur para analizar la absorción de fuerzas a medida que el tejido blando se modela como un bloque grueso de músculo y grasa. Este hecho hace que el estudio sea más preciso debido a que las fuerzas no se aplican directamente al hueso. Los protectores de cadera son dispositivos de salud que reducen la fuerza transmitida desde el fémur al gran trocánter en un impacto de caída. Para muchas personas mayores con ciertos riesgos de caída y fractura, estas medidas de protección significan usar el dispositivo día y noche, por lo tanto, este hecho requiere un fuerte compromiso del usuario. En cuanto al costo del protector de cadera, podría ser un impedimento para algunas personas que no pueden pagar los costos del equipo. Cada fractura de cadera cue

[EN] Osteoporosis is a very common disease in elderly people caused by an increase of weakness and risk of hip fracture. It is characterised by the structural deterioration of bone and a low bone mass tissue associated with low bone mineral density (BMD). When a bone is broken, it may occur chronic pain and a decrease in ability to carry out normal activities following the fracture. Other important symphtom of the reduction of bone density supposes an increase of bone fragility and susceptibility to fracture, that is, a major risk factor for fragility fractures characterised by being the result from mechanical forces that would not result in fracture in common cases. The International Osteoporosis Foundation (Iofbonehealth.org, 2015) registers 8.9 million fractures annually caused by osteoporosis worldwide. And especially hip fractures, approximately 1.6 million occur worldwide each year, and it is estimated that numbers will reach between 4.5 and 6.3 million by 2050 and up to 20% of patients die in the first year following hip fractures. It is essential to understand the effects of this disease and its treatments, which require a description of the mechanical behaviour of bone tissue. The characterisation and finite element study of bone is implemented with ScanIP software developed by Synopsys Inc. ScanIP is a 3D Image processing software that exports the images of femur from CT-scan and performs the segmentation and meshing of bone in order to use it in engineering modalities such as CAD (Computer Aided Design) or Finite Element Analysis, among others. The Finite element (FE) model developed from CT scans is an important tool to evaluate mechanical stresses and strains in bone. The software package used to perform the FE analysis is Altair Hyperworks, it will also be addressed the analysis of stress and strain distributions along the femur. After simulating all cases, it was analysed predicted fracture sites relating with the type of fracture corresponding, mean fracture loads for each configuration were assessed as well. It was concluded that the two types of hip fracture appeared, neck and trochanteric fracture. It was created a set of 7 load cases, each one in different directions to observe which one is more critical in case of different falling cases for two age groups, healthy and osteoporotic. The magnitude of all forces is 3000 Newton comparing the failure threshold of elderly people for different falling situations as different studies. The load cases simulate different falling situations, and different orientations have been created varying the angles of fall to see which ones are more restrictive than the others. The osteoporotic group is weaker; therefore, the maximum values of stress and strain are higher than healthy group. One of the key investigations of this study has been the introduction of a soft tissue in the femur model in order to analyse absorption of forces as the soft tissue is modelled as a thick block of muscle and fat. This fact makes the study more accurate due to the forces are not applied directly to the bone itself. Hip protectors are health devices that reduce the force transmitted from the femur to the great trochanter in a fall impact. For many older people in certain risks of fall and fracture, these protective measures mean use the device day and night, therefore, this fact requires strong commitment from the user. Regarding the cost of the hip protector, it might be an impediment for some people who could not afford the costs of the equipment. Each hip fracture costs around £12 000, therefore, all methods that might reduce the risk of hip fracture and their costs to society would be appraisal.