Desarrollo de un banco de ensayo de fémures artificiales

Abstract

El presente proyecto versa sobre el diseño y construcción de un banco de ensayos de fémures artificiales. Partiendo de una máquina ya existente se ha procedido a identificar sus conjuntos y componentes y a idear un nuevo sistema de soportes de fijación que permita el ensayo a compresión de fémures artificiales para la evaluación de distintos sistemas de fijación de fracturas femorales. Así pues, el procedimiento y metodología se soporta en una revisión bibliográfica de documentación relativa a composición y comportamiento mecánico del tejido óseo y características de movimiento en la articulación de la rodilla, así como artículos relacionados sobre pruebas y ensayos en huesos artificiales, focalizando la atención en aquellos relativos a la resistencia a compresión de los sistemas de fijación en fracturas femorales distales, puesto que éste ha sido un tema controvertido que recientemente ha evolucionado hacia técnicas de reducción indirecta y mínima invasión quirúrgica. En primer lugar ha sido necesario realizar un análisis preliminar de las características técnicas y estructurales de la máquina a modificar para diseñar el sistema de soportes realizando cambios nulos o mínimos en la estructura de la máquina primaria. De este modo, se ha diseñado empleando un software de CAD el sistema de soportes de fijación en consecuencia, tratando de simular los movimientos de aducción y abducción en la articulación de la rodilla al permitir cierto grado de rotación en el soporte inferior. En segundo lugar, se han seleccionado los sensores necesarios para registrar el grado de carga y la rotación existente en la base de soporte, siendo necesaria, seguidamente, la configuración del sistema de adquisición de datos y de la interface gráfica para la realización de los ensayos. Posteriormente, se ha diseñado un molde que permita el corte de los especímenes a ensayar de forma idéntica asegurando repetitividad y cierto grado de trazabilidad en los ensayos. Finalmente, se ha procedido a la fabricación de piezas y montaje del banco de ensayos.

[EN] This project concerns the design and construction of a test bench for artificial femurs. Starting from an existing machine, assemblies and components have been identified in order to develop a new system of tools capable of allowing compression testing on artificial femurs for the evaluation of different femoral fracture fixation systems. Thus, the process and methodology is based on a literature review of documentation related to composition and mechanical behavior of bone tissue and motion characteristics in the knee joint, besides articles reporting tests and trials in artificial bones, focusing attention on those referred to the compressive strength of the fixation systems in distal femoral fractures, since this has been a controversial topic that has recently evolved into techniques for indirect reduction and minimal surgical invasion. First it was necessary to perform a preliminary analysis of the technical and structural characteristics of the machine in order to design the new tool system making none or minimal changes in the structure of the primary machine. Consequently, it all has been designed using a CAD software, trying to simulate the adduction and abduction movements of the knee joint to allow a degree of rotation in the lower support. Secondly, sensors have been selected to record the degree of loading and the existing rotation in the support base, being required, then, the data acquisition system and graphical interface configuration, so that the tests can be performed. Subsequently, a fixation system, consisting on a silicone die, has been designed to perform the cutting of test specimens in an identical procedure, ensuring repeatability and degree of traceability in the trials. Finally, we proceeded to the manufacture of parts and assembly of the test bench.