Analisis de falla de una protesis Omega21

La columna vertebral proporciona soporte estructural al tronco, también rodea y protege la médula espinal. Además proporciona puntos de unión para los músculos de la espalda y para las costillas. Unos cartílagos denominados discos vertebrales, situados entre una vértebra y la siguiente, tienen la función de absorber los impactos durante actividades tales como caminar, correr y saltar, permitiendo la flexión y extensión. El estudio estático se realiza con el objetivo de determinar los esfuerzos a los que está sometido la prótesis omega 21; la cual estará sujeta a las vértebras S1, L5 y L4 de la columna vertebral y de esta manera analizar posibles situaciones en las cuales este elemento pueda presentar fallos. Para esto se cuenta con el software Solid Works Simulation (Cosmos Works Professional) el cual utiliza el método de elementos finitos para realizar las simulaciones.

Palabras clave: Omega 21, columna vertebral, vértebras lumbares, vertebras, análisis estructural, esfuerzos, Von Misses, puntos críticos.

INTRODUCCIÓN

Uno de los implantes más característicos y versátiles en la cirugía de columna es el sistema de fijación posterior (sistema Omega 21) cuyo objetivo es inmovilizar las unidades vertebrales funcionales afectadas por distintas patologías con una vía quirúrgica de acceso posterior.

Bajo esta premisa se pueden intervenir multitud de patologías y deformidades para las cuales es necesario diseñar una amplia gama de implantes que se ajusten a las características de cada intervención. De esta forma, en las lesiones asociadas a la columna lumbar es habitual utilizar sistemas de fijación basados en tornillos transpediculares, mientras que en la corrección de deformidades y fracturas traumáticas asociadas a la columna torácica es más común utilizar sistemas de fijación basados en ganchos laminares o pediculares.

En base a esto se realizará un estudio estático, el cual ayude a proporcionar información que permita prevenir situaciones en las cuales este elemento se pueda ver propenso a la falla.

Para esto se cuenta con el software Solid Works Simulation (Cosmos Works Professional) el cual permitirá realizar una aproximación y recrear diversas situaciones, las cuales revelen datos que identifiquen las zonas críticas.

DEFINICIÓN DEL MODELO Y PROPIEDADES MECÁNICAS

Para la elaboración del modelo se realizó con una visita departamento de plastinización de Facultad de Medicina de la Universidad de Antioquia, en donde se obtuvo acceso a un sistema de vértebras tanto lumbares como sacras de un adulto (Figura 1) y de esta forma se extrajo información que permitió realizar la elaboración de las piezas en el programa Solid Works.

Fuente: Facultad de Medicina. Universidad de Antioquia

Figura 1. Vértebras lumbares y sacras

Fuente: Solid Works

Figura 2. Modelo creado

Las vértebras se componen de la siguiente forma:

Vista de una vértebra del modelo con sus distintas zonas.

Las propiedades mecánicas de los huesos de la columna vertebral aparecen en el siguiente cuadro:

Para este estudio la vértebra es una sola pieza, por lo tanto las propiedades que tendrá este elemento se demostrara en la siguiente tabla:

Los discos intervertebrales contienen las siguientes propiedades:

Se toma un valor promedio de 300 M Pa de Módulo Elástico y 0.3 de coeficiente de Poisson.