Análisis del riesgo de fractura de clavícula utilizando el método de los elementos finitos

Abstract

[ES] El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo principal analizar el riesgo de fractura de la clavícula mediante el método de los elementos finitos, con un enfoque particular en el impacto de la osteoporosis. Este análisis se justifica debido a la alta incidencia de fracturas de clavícula en situaciones como caídas, deportes de contacto y accidentes automovilísticos. Estas fracturas son comunes pero no generalmente graves, sin embargo, en individuos con osteoporosis, las fracturas pueden ser más frecuentes y severas debido a la disminución de la densidad ósea y la fragilidad aumentada. Para llevar a cabo este análisis, se utiliza una metodología basada en la simulación biomecánica. Primero, con la aplicación 3D Slicer se realiza la segmentación de imágenes de TAC para obtener modelos 3D de las clavículas. Posteriormente, se generan las mallas con MATLAB y se les asignan las propiedades elásticas del hueso, incluyendo la simulación de diferentes grados de osteoporosis con Bonemat. Finalmente, la simulación se lleva a cabo utilizando el software ANSYS Student, aplicando cargas y condiciones de contorno para replicar situaciones de estrés real en la clavícula con pruebas de compresión axial y flexión de tres puntos y para poder extraer las variables biomecánicas de interés con el propósito de predecir el riesgo de fractura de la clavícula.

[EN] The present Bachelor's Thesis aims to analyze the risk of clavicle fracture using the finite element method, with a particular focus on the impact of osteoporosis. This analysis is justified due to the high incidence of clavicle fractures in situations such as falls, contact sports, and car accidents. These fractures are common but not generally severe; however, in individuals with osteoporosis, fractures may be more frequent and severe due to decreased bone density and increased fragility. To carry out this analysis, a methodology based on biomechanical simulation is employed. First, image segmentation of CT scans is performed using 3D Slicer to obtain 3D models of the clavicles. Subsequently, meshes are generated using MATLAB and assigned the bone's elastic properties, including simulating different degrees of osteoporosis with Bonemat. Finally, simulation is carried out using ANSYS Student software, applying loads and boundary conditions to replicate real stress situations on the clavicle with axial compression tests and three-point bending to extract biomechanical variables of interest with the purpose of predicting the risk of clavicle fracture.