modelos 3d hueso-implante combinando tac y cad en mallas

Congress on Numerical Methods in Engineering
Lisboa, June 29 to July 02, 2015
© APMTAC, Portugal, 2015
cmn2015
| Congresso de Métodos Numéricos em Engenharia
Edited: José Miranda Guedes, Nuno Silvestre, Miguel Tavares da Silva,
Jesús María Blanco, Irene Arias, Manuel Tur Valiente
RESUMO N° 118
MODELOS 3D HUESO-IMPLANTE COMBINANDO TAC Y CAD
EN MALLAS CARTESIANAS
DE ELEMENTOS FINITOS H-ADAPTADAS.
Luca Giovannelli, [email protected]
Universitat Politècnica de València, Spain
Onofre Marco, [email protected]
Universitat Politècnica de València, Spain
Francisco Javier Fuenmayor, [email protected]
Universitat Politècnica de València, Spain
Juan José Ródenas, [email protected]
Universidad Politécnica de Valencia, Spain
Manuel Tur, [email protected]
Universitat Politècnica de València, Spain
Keywords: Elementos Finitos, Modelo Personalizado, Implante, Hueso, Mallas Cartesianas
Se presenta una técnica numérica de simulación personalizada de pacientes mediante Elementos Finitos para
predecir el comportamiento mecánico de conjuntos hueso- implante. El modelo se obtiene combinando sin manipulaciones intermedias una imagen 3D de un TAC, que proporciona la información personalizada del hueso
del paciente, con el modelo CAD de la prótesis.
El mapa de bits del TAC y el modelo CAD de la prótesis se embeben simultáneamente en la misma malla
Cartesiana. En cada elemento finito, la información de material a nivel puntual, pertenezca a la imagen, a la
geometría o a ambas, se usa para la integración de las matrices de rigidez de elemento, resultando en una homogeneización del comportamiento elástico en cada uno de ellos. Para evitar una excesiva homogeneización,
se aprovecha un proceso de h-refinamiento de la malla basado en la heterogeneidad del material en cada
elemento.
Además de la conocida eficiencia computacional garantizada por el uso del mallado Cartesiano, otro punto
fuerte del método está en la ausencia de procesamiento de la imagen para la generación del modelo. Este paso
a menudo involucra mucho trabajo manual por parte de operadores especializados para conseguir crear un
modelos geométricos del hueso a partir del TAC mediante herramientas de gráfica computacional y combinarlos con el CAD de la prótesis.
[1] Giovannelli L, Marco O, Navarro JM, Giner E, Ródenas JJ. Direct Creation of Finite Element Models from
Medical Images using Cartesian Grids. VipIMAGE. 2013; 167-172.
[2] Ródenas JJ, Giovannelli L, Nadal E, Navarro JM, Tur M. Creation of Patient Specific Finite Element Models
of Bone-Prosthesis. Simulation of the Effect of Future Implants. VipIMAGE. 2013; 161-166.
[3] L Giovannelli, JJ Ródenas, JM Navarro-Jiménez and M Tur “Element Stiffness Matrix Integration in Imagebased Cartesian Grid Finite Element Method”, Computational Modeling of Objects Presented in Images, CompIMAGE, 2014; 304-315.