Título :	Diseño digital y análisis de elementos finitos de prótesis transfemoral para paciente geriátrico
Autor(es):	Diego Isaac Suárez Tinoco
Palabras clave:	Prótesis Transfemoral Diseño Asistido por Computadora Análisis de Elementos Finitos Solidworks Paciente Geriátrico
Área:	INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Fecha de publicación :	17-ago-2022
Facultad:	Facultad de Ingeniería
Programa académico:	Ingeniería Biomédica
Resumen:	El presente trabajo desarrolla un diseño digital de una prótesis transfemoral dirigida a pacientes geriátricos y se evalúa su desempeño mecánico a través de un análisis de esfuerzos por elementos finitos. El diseño y modelado virtual de los mecanismos que comprenden a esta prótesis, así como su evaluación mecánica, contribuyen a la integración de herramientas de diseño computacional en el campo de las ciencias biomédicas, específicamente en el desarrollo e innovación de dispositivos ortopédicos. Este estudio presenta una amplia investigación sobre la protésica, incluyendo hechos históricos destacados en la materia, los diferentes tipos de amputaciones y sus principales causas, destacando las amputaciones de extremidades inferiores, y la descripción de los módulos que comprenden una prótesis, especialmente a nivel transfemoral. Parte fundamental de esta investigación es el estudio de la biomecánica de las articulaciones perdidas en una amputación transfemoral, así como el de la biomecánica de la marcha normal, ya que los grados de movilidad articular y los parámetros del desplazamiento bípedo se toman a modo de referencia para el diseño de los mecanismos de la prótesis. Igualmente se profundiza en el funcionamiento de algunos de los tipos de sistemas y mecanismos que se usan en el tratamiento protésico transfemoral, como: los tipos de sockets y sus métodos de suspensión; se comparan los mecanismos de rodilla monocéntrica con los policéntricos y se abordan detalladamente las configuraciones de los eslabonamientos de cuatro barras; y se analiza la variedad de pies protésicos existentes en el mercado; con el fin de sustentar la elección de los tipos de mecanismos a diseñar. El presente estudio describe el uso del análisis de esfuerzos en la ingeniería, explica el método de elementos finitos e introduce a los materiales con cualidades particulares que comúnmente son utilizados en el área protésica. Todo esto para obtener una configuración adecuada de los materiales que comprenderán a la prótesis transfemoral y para asegurar un correcto desempeño mecánico. La metodología de la presente investigación comienza describiendo las características de actividad del paciente, basadas en las que generalmente presentan usuarios geriátricos, de manera que el diseño de socket, rodilla y pie sea adecuado. También se establecieron las medidas antropométricas del paciente, de acuerdo con los promedios en personas de entre 60 y 90 años, esto simplemente para tener una referencia a la hora de dimensionar y alinear las componentes de la prótesis. Una vez establecido lo anterior, la metodología empleada para el diseño digital de los mecanismos se dividió en dos etapas principales: Diseño Teórico y Modelado Virtual. En el diseño teórico se presenta la selección de la configuración conceptual de los mecanismos adecuados a las características y criterios de funcionamiento para el tipo de paciente, tomando en cuenta factores biomecánicos como la distribución de cargas, la estabilidad, el control voluntario, la sujeción del socket, el centro de rotación de la rodilla, la respuesta dinámica del pie, entre otros. En la etapa de modelado virtual se desarrolla el diseño digital en 3D, con base a las configuraciones obtenidas en el diseño teórico, y se elige el material de cada parte de la prótesis. Posteriormente estos modelos son analizados a través de simulaciones de esfuerzos basados en el método de elementos finitos, para complementar el diseño virtual y la selección de materiales, de manera que permita observar fallas en los diseños y realizar correcciones si así lo amerita, con el objetivo de obtener resultados favorables. Además, se analiza si el funcionamiento biomecánico de las componentes es adecuado para las características establecidas del paciente geriátrico, a través de la simulación de su movimiento dentro de la misma interfaz de diseño. Para todo lo anterior se usó el software Solidworks 2020, especialmente sus módulos de croquizado, ensamblaje y simulación. En el trabajo se explica el proceso de diseño y modificación que se llevó a cabo en las piezas de los mecanismos para obtener buenos resultados en todas las simulaciones. Se exhibe la interpretación y discusión de los resultados, y finalmente, se presentan las conclusiones y recomendaciones del trabajo.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/3259
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