Desarrollo de modelos MEF mandibulares para la evaluación del comportamiento de placas maxilofaciales

Abstract

[ES] Dentro de la ingeniería biomédica, la investigación dedicada al modelado y simu-lación del cuerpo humano tiene una marcada incidencia dentro del estudio de los procesos biomecánicos y fisiológicos, jugando un papel destacado en la preven-ción, diagnóstico y terapia de muchas enfermedades. Ya que, no solo permiten a los médicos e investigadores obtener información valiosa del interior del cuerpo humano, sino que en conjunto con técnicas de fabricación aditiva promueven una rápida transición a una medicina personalizada. Estas nuevas técnicas de fabrica-ción abren un campo sin precedentes en la producción de productos sanitarios personalizados. Este trabajo abordó la problemática de la personalización de implantes maxilofaciales y la generación de modelos de elementos finitos para la simulación y validación de éstos, con el fin de poder evaluar el comportamiento ante cargas fisiológi-cas de una mandíbula fracturada. El modelo geométrico de la mandíbula humana se obtuvo a partir de imágenes médicas de un paciente, como así también el diseño de la placas de osteosíntesis se realizó de forma personalizada, según las especificaciones médicas utilizando MIMICS 16 y 3MATIC 8. Las condiciones de contorno se tomaron de la literatura simulando una obstruc-ción oclusal mediante la restricción del movimiento en el plano perpendicular a uno de los molares. Las fuerzas intervinientes fueron representadas mediante la simulación de los músculos maxilofaciales actuantes durante la masticación. La propiedades mecánicas de los tejidos se definieron como isotrópicas después de haber evaluadas las dos posiciones más citadas en la literatura descartando la condición de ortotropía al no encontrar diferencia que justifiquen dicha ccomplejidad. El mallado del modelo fue realizado en Solid Work 10 obteniendo un modelo con 464.462 nodos y 315.785 elementos. Todos los resultados obtenidos se encuentran dentro de los rangos publicados en la literatura y muy por debajo de los valores de falla de las placas evaluadas.

[EN] Summary Within the biomedical engineering, research dedicated to the modeling and simulation of the human body are having a strong impact in the study of biomechanical and physiological processes, playing an important role in the prevention, diagnosis and treatment of many illnesses. Not only they allow doctors and researchers to get valuable information from inside the body, at the same time they work with additive manufacturing techniques which enable a rapid transition to personalized medicine. These new fabrication techniques open a new unknowable field for the manufacture of custom sanitarian devices. With the objective of evaluate the behavior of physiological loads in a fractured jaw, this work addressed the problem of customizing maxillofacial implants and generating finite element models for the simulation and their validation. The geometric model of the human jaw was obtained from medical images of a patient. At the same time the design of osteosynthesis plates will be custom-made, according to medical specifications using MIMICS 3MATIC 16 and 8.

The boundary conditions were taken from the literature simulating an occlusal obstruction by restricting movement in the plane perpendicular to one of the molars. The forcers were represented by simulating the acting maxillofacial muscles during chewing. The mechanical properties of the tissues were defined as isotropic after being evaluated by the two positions mentioned in the literature, dismissing the condition of orthotropia finding no difference justifying the complexity. The meshing of the model was made in Solid Work 10 getting a model with 464,462 nodes and 315,785 elements. All results obtained are within the ranges reported in the literature and well below the values of failure of the plaques tested.