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MÉTODOS
DE
CARACTERIZACIÓN MECÁNICA
DEL
MATERIAL ÓSEO
José María Cruz Oria
Master de Ciencia yTecnología de Nuevos Materiales. Curso 2016/2017
1
OBJETO
Hacer un repaso de las técnicas que permiten hacer una
caracterización mecánica del material óseo.
ÍNDICE
1. MATERIAL CONSTITUTIVO
2. NIVELES JERÁRQUICOS DEL MATERIAL ÓSEO
3. EVOLUCIÓN DEL MATERIAL ÓSEO
4. TIPOS DE ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO
5. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA
1. Compresión -Tracción
2. Torsión
3. Flexión
6. BIOMECÁNICA DE LA ESTRUCTURA COMPLETA
7. BIOMECÁNICA DE LA MACROESTRUCTURA
8. BIOMECÁNICA DE LA MICROESTRUCTURA
9. BIOMECÁNICA DE LA SUBNANOESTRUCTURA
10. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO
MECÁNICO
1. Análisis Cuantitativo por Ultrasonidos (QUS)
2. Análisis mediante elementos Finitos (FEA)
3. Image-guided failure analysis (IGFA)
MATERIAL CONSTITUTIVO DEL MATERIAL ÓSEO
4
Matriz Orgánica
Proteínas (Fibras de Colágeno)
☟
Resistencia a laTracción
Elasticidad
Matriz Inorgánica
Hidroxiapatita (
☟
Resistencia a la Compresión
Rigidez
10 %
30 %
60 %
Inorgánico Orgánico Agua
MACROESTRUCTURA DEL MATERIAL ÓSEO
5
Hueso Cortical
Estructura Compacta
Ofrece Rigidez
1,9 g/cm3
Hueso Trabecular
Estructura Esponjosa
Aligera peso
0,43 g/cm3
55
NIVELES ESTRUCTURALES DEL MATERIAL ÓSEO
6
Nivel Jerárquico Componentes Principales
Macroestructura Hueso Cortical yTrabecular
Microestructura Osteonas yTrabéculas individuales
Submicroestructura Láminas
Nanoestructura Colágeno Fibrilar y Componentes Minerales
Subnanoestructura Estructura Molecular de los distintos elementos
[1]
Esta clasificación por niveles depende los autores que se consulten
EVOLUCIÓN DEL MATERIAL ÓSEO
7
Regeneración
Recuperación de Fracturas
Remodelado Adaptativo
Interna (Hueso Trabecular)
Adaptación del entramado trabecular a la
distribución de las cargas
Externa (Hueso Cortical)
Reconfiguración de la sección por zonas
Degeneración
Patologías
Edad
Interna (Hueso Trabecular)
Pérdida de densidad Mineral (Osteoporosis)
Externa (Hueso Cortical)
Edad
TIPOS DE ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO
EL MATERIAL ÓSEO
8
1. Tracción
2. Compresión
3. Flexión
4. Cizalla
5. Torsión
6. Torsión-Compresión
ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA
COMPRESIÓN -TRACCIÓN
9
Ensayo de Compresión
• Usualmente cubos de 8x8 mm
• En hueso trabecular, el módulo deYoung
se determina a la baja.
• En hueso trabecular se recomiendan
probetas con Relación L/D 2:1.
Ensayo de Tracción
• Probetas cilíndricas o prismáticas con
extremos ensanchados.
• Obtención de probetas muy compleja
• En caso de hueso trabecular se suelen
embutir los extremos en resina.
Esfuerzo
σ = P/A
Deformación
ℇ = δ/L0
Módulo de Young
E=∆σ/∆ℇ
ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN -TRACCIÓN
10
Resistencia a la Compresión
• Ausencia de fase plástica.
Resistencia a la tracción
• Es elástico y sigue la Ley de Hooke. Se
estira proporcionalmente a la tensión de
tracción a la que está sometido.
El módulo de elasticidad varía con el grado de
mineralización del hueso.
Ciclos Carga-Descarga
(A) Para tensiones muy bajas, por debajo del límite elástico, el hueso tiene
un comportamiento elástico lineal clásico
(B) Cuando se supera el límite elástico, las curvas de carga y descarga
sólo coinciden en los niveles de tensión máxima y mínima.
(C) Para tensiones aún más elevadas, las curvas de carga y descarga no
coinciden en forma de una ausencia de tensión durante la descarga.
ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA
TORSIÓN
11
Esfuerzo de Corte
τ= Tr/Ip
T Momento de Fuerza
r radio de la muestra
Ip Momento de inercia polar de la
sección transversal
Deformación de Corte
γ=φr/L
𝝓 ángulo de rotación
r radio de la muestra
L Longitud de la muestra
Ensayo de Torsión
• Usualmente sobre piezas con sección circular o elíptica
• Se las somete a un par de fuerzas de giro paralelas entre sí
y en sentidos opuestos, perpendiculares ambas al eje
longitudinal de la pieza.
Módulo elástico de Corte
G=∆τ/∆γ
ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA
RESISTENCIA A LATORSIÓN
12
Resistencia a la Torsión
• Oscila entre 40 y 93 MPa.
• La fractura se produce según una hélice
• Cuanto más largo es el hueso menos resiste la torsión.
• El lugar de la fractura no coincide con la zona de aplicación
de la torsión.
ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA
FLEXIÓN
13
Ensayo de Flexión
• a 3 o 4 puntos
• Obtención de muestras sencilla
• La fractura se inicia por la cara que está sometida a
Tracción
• Se asume que el hueso tiene un comportamiento
elástico lineal (Ley de Hooke)
Esfuerzo
σ = (PLc)/(4*I) (a 3 puntos)
σ = (P/2a)c/I (a 4 puntos)
P Carga Aplicada
L distancia entre los soportes
c mitad del diámetro externo menor
I Momento de inercia,
siendo I:
I= (π/64)*[(x1*y1
3)(x2*y2
3)]
Deformación
ℇ = δ (12c/L2)
δ Desplazamiento de la muestra
L distancia entre los soportes
c mitad del diámetro externo menor
Módulo de elasticidad
E = (PL3)/(48*Iδ) (a 3 puntos)
E =(P/2a2(3L-4a))/(6*Iδ)(a 4 puntos)
ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA
RESISTENCIA A LA FLEXIÓN
14
Resistencia a Flexión
• Oscila entre 100 y 200 MPa
• Aumenta con el momento de Inercia del hueso
• La parte más dura es la más alejada del eje neutro
15
Pero, es función de:
• Geometría del hueso (muestra)
• Densidad
• Disposición macroestructural
• Tipo hueso
• Evolución del hueso
• Propiedades de las partes consituyentes
• Patologías
• Edad
Ensayo de la estructura completa
Mejor aproximación al comportamiento del hueso in vivo
BIOMECÁNICA DE LA ESTRUCTURA COMPLETA
BIOMECÁNICA DE LA ESTRUCTURA COMPLETA
16
Sí, pero en el caso del material óseo el
comportamiento mecánico es difícil de predecir
¿por qué?
Anisotropía de los propiedades de las partes constituyentes
Distribución cambiante en el espacio de las mismas
La muestra a ensayar debe ser significativamente mayor
que las dimensiones de sus unidades estructurales básicas
¿se podría predecir el comportamiento mecánico de un
material compuesto a partir de las propiedades de sus
constituyentes?
17
BIOMECÁNICA DE LA MACROESTRUCTURA
COMPONENTESTISULARES
Hueso Cortical
Comportamiento Mecánico función de:
• Densidad
• Porosidad
• Mineralización
• Orientación longitudinal de las
Osteonas y fibras de colágeno
Hueso Trabecular
Comportamiento Mecánico función de:
Densidad
• Porosidad
• Conectividad entre trabéculas
verticales y horizontales
Hueso Cortical Hueso Trabecular
Compresión
Resistencia 167 - 213 MPa 1,5 - 9,3 MPa
MóduloYoung 14,7 - 34,3 GPa 10 - 1.058 GPa
Tracción
Resistencia 107 -170 MPa
MóduloYoung 11,4 - 29,2 GPa
Flexión
Resistencia 103 - 238 GPa
MóduloYoung 9,8 - 15,7 GPa
Torsión
Resistencia 65 - 71 MPa
MóduloYoung 3,1 - 3,7 GPa
18
BIOMECÁNICA DE LA MICROESTRUCTURA
(OSTEONASYTRABÉCULAS INDIVIDUALES)
El análisis a este nivel es independiente de la geometría del hueso
En Hueso Cortical
Ensayo realizado en un bloque de
unas pocas osteonas
(Osteonas Longitudinales yTransversales)
Ensayo Nanoindentación
➧
Osteonas longitudinales
resisten mejor a las tracción a la torsión
Osteonas transversales
resisten mejor compresión, flexión y
corte
➧
Disposición no aleatoria de elementos microestructurales
dentro del hueso
En Hueso Trabecular
Ensayo realizado en un paquete de
trabéculas sin porosidad
(Placas yTubos)
Microtomografía
+
Elementos finitos
➧
Placas
Domina la resistencia elástica
➧
19
BIOMECÁNICA DE LA SUBNANOESTRUCTURA
(COMPONENTES MOLECULARES)
Fibras de colágeno Cristales de Hidroxiapatita
Ensayo Nanoindentación
➧➧
Caras basales de los cristales
presentan mayor dureza y módulo
de elasticidad que las caras
laterales
➧
Motivo de la anisotropía
observada a mayor escala
Escasez de ensayos fiables a este nivel
SEM/AFM➧
Región inicial de deformación
homogénea para todas las fibrillas
Deformación no homogénea por
encima de una deformación crítica
Sugiere cambios en la
composición mineral de cada fibra.
➧➧
ObservadoTécnicaConclusión
MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL
COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ANÁLISIS CUANTITATIVO POR ULTRASONIDOS
20
Ventajas
• determinación de propiedades óseas
• permite analizar muestras muy
pequeñas y de diversas formas
• no implica radiación
• equipos relativamente baratos
Desventajas
Falta de sensibilidad
No produce una imagen de la
estructura del hueso, por esta técnica
permiten saber:
• Módulo deYoung
• Coeficiente de Poisson
• BV/TV (≈porosidad)
• número trabeculas
• grosor trabecular
• separación trabecular
MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL
COMPORTAMIENTO MECÁNICO
ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS
21
1.- Adquisición de las
imágenes por tomografía
computerizada o resonancia
magnética nuclear
2.- Procesado de los datos
3.- Obtención de una malla
4.- Análisis morfológico de la
estructura y análisis mecánico
simulado
MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL
COMPORTAMIENTO MECÁNICO
IMAGE-GUIDED FAILURE ANALYSIS
22
1998 - Se presentó el primer equipo para realizar ensayos
de compresión/tracción en el interior de un equipo de
microfotografía computerizada.
Permite observar la progresión de la fractura, monitor izando
su inicio y su avance, a la vez que se determina la micro
estructura de la muestra.
BIBLIOGRAFÍA
23
[1] MEYRUEIS, P., CAZENAVE,A. & ZIMMERMANN, R., 2004. BIOMECÁNICA DEL HUESO.APLICACIÓN ALTRATAMIENTO DE
LAS FRACTURAS. EMC - APARATO LOCOMOTOR, 37(2), PP.1–23.AVAILABLE AT: HTTP://WWW.SCIENCEDIRECT.COM/
SCIENCE/ARTICLE/PII/S1286935X04705262 [ACCESSED APRIL 8, 2017]
[2] CAEIRO, J., GONZÁLEZ, P. & GUEDE, D., 2013. BIOMECÁNICAY HUESO (Y II): ENSAYOS EN LOS DISTINTOS NIVELES
JERÁRQUICOS DEL HUESOYTÉCNICAS ALTERNATIVAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA ÓSEA. REVISTA DE
OSTEOPOROSISY METABOLISMO MINERAL, 5(2), PP.99–108.AVAILABLE AT: HTTPS://MEDES.COM/PUBLICATION/83400.
[3] GUEDE, D., GONZÁLEZ, P. & CAEIRO, J.R., 2013. BIOMECÁNICAY HUESO (I): CONCEPTOS BÁSICOSY ENSAYOS
MECÁNICOS CLÁSICOS. REVISTA DE OSTEOPOROSISY METABOLISMO MINERAL, 5(1), PP.43–50.AVAILABLE AT: HTTP://
SCIELO.ISCIII.ES/SCIELO.PHP?SCRIPT=SCI_ARTTEXT&PID=S1889-836X2013000100008&LNG=EN&NRM=ISO&TLNG=EN.
[4] CHAFFAÎ, S. ET AL., 2002. ULTRASONIC CHARACTERIZATION OF HUMAN CANCELLOUS BONE USINGTRANSMISSION
AND BACKSCATTER MEASUREMENTS: RELATIONSHIPSTO DENSITY AND MICROSTRUCTURE. BONE, 30(1), PP.229–37.
AVAILABLE AT: HTTP://WWW.NCBI.NLM.NIH.GOV/PUBMED/11792590 [ACCESSED APRIL 25, 2017].
[5] ULRICH, D. ET AL., 1998. FINITE ELEMENT ANALYSIS OF TRABECULAR BONE STRUCTURE:A COMPARISON OF IMAGE-BASED
MESHING TECHNIQUES,AVAILABLE AT: HTTP://WWW.SCIENCEDIRECT.COM/SCIENCE/ARTICLE/PII/S0021929098001183
[ACCESSED APRIL 25, 2017].
GRACIAS
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Métodos de Caracterización Mecánica del Material Óseo

  • 1. MÉTODOS DE CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DEL MATERIAL ÓSEO José María Cruz Oria Master de Ciencia yTecnología de Nuevos Materiales. Curso 2016/2017 1
  • 2. OBJETO Hacer un repaso de las técnicas que permiten hacer una caracterización mecánica del material óseo.
  • 3. ÍNDICE 1. MATERIAL CONSTITUTIVO 2. NIVELES JERÁRQUICOS DEL MATERIAL ÓSEO 3. EVOLUCIÓN DEL MATERIAL ÓSEO 4. TIPOS DE ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO 5. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA 1. Compresión -Tracción 2. Torsión 3. Flexión 6. BIOMECÁNICA DE LA ESTRUCTURA COMPLETA 7. BIOMECÁNICA DE LA MACROESTRUCTURA 8. BIOMECÁNICA DE LA MICROESTRUCTURA 9. BIOMECÁNICA DE LA SUBNANOESTRUCTURA 10. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO 1. Análisis Cuantitativo por Ultrasonidos (QUS) 2. Análisis mediante elementos Finitos (FEA) 3. Image-guided failure analysis (IGFA)
  • 4. MATERIAL CONSTITUTIVO DEL MATERIAL ÓSEO 4 Matriz Orgánica Proteínas (Fibras de Colágeno) ☟ Resistencia a laTracción Elasticidad Matriz Inorgánica Hidroxiapatita ( ☟ Resistencia a la Compresión Rigidez 10 % 30 % 60 % Inorgánico Orgánico Agua
  • 5. MACROESTRUCTURA DEL MATERIAL ÓSEO 5 Hueso Cortical Estructura Compacta Ofrece Rigidez 1,9 g/cm3 Hueso Trabecular Estructura Esponjosa Aligera peso 0,43 g/cm3 55
  • 6. NIVELES ESTRUCTURALES DEL MATERIAL ÓSEO 6 Nivel Jerárquico Componentes Principales Macroestructura Hueso Cortical yTrabecular Microestructura Osteonas yTrabéculas individuales Submicroestructura Láminas Nanoestructura Colágeno Fibrilar y Componentes Minerales Subnanoestructura Estructura Molecular de los distintos elementos [1] Esta clasificación por niveles depende los autores que se consulten
  • 7. EVOLUCIÓN DEL MATERIAL ÓSEO 7 Regeneración Recuperación de Fracturas Remodelado Adaptativo Interna (Hueso Trabecular) Adaptación del entramado trabecular a la distribución de las cargas Externa (Hueso Cortical) Reconfiguración de la sección por zonas Degeneración Patologías Edad Interna (Hueso Trabecular) Pérdida de densidad Mineral (Osteoporosis) Externa (Hueso Cortical) Edad
  • 8. TIPOS DE ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO EL MATERIAL ÓSEO 8 1. Tracción 2. Compresión 3. Flexión 4. Cizalla 5. Torsión 6. Torsión-Compresión
  • 9. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA COMPRESIÓN -TRACCIÓN 9 Ensayo de Compresión • Usualmente cubos de 8x8 mm • En hueso trabecular, el módulo deYoung se determina a la baja. • En hueso trabecular se recomiendan probetas con Relación L/D 2:1. Ensayo de Tracción • Probetas cilíndricas o prismáticas con extremos ensanchados. • Obtención de probetas muy compleja • En caso de hueso trabecular se suelen embutir los extremos en resina. Esfuerzo σ = P/A Deformación ℇ = δ/L0 Módulo de Young E=∆σ/∆ℇ
  • 10. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN -TRACCIÓN 10 Resistencia a la Compresión • Ausencia de fase plástica. Resistencia a la tracción • Es elástico y sigue la Ley de Hooke. Se estira proporcionalmente a la tensión de tracción a la que está sometido. El módulo de elasticidad varía con el grado de mineralización del hueso. Ciclos Carga-Descarga (A) Para tensiones muy bajas, por debajo del límite elástico, el hueso tiene un comportamiento elástico lineal clásico (B) Cuando se supera el límite elástico, las curvas de carga y descarga sólo coinciden en los niveles de tensión máxima y mínima. (C) Para tensiones aún más elevadas, las curvas de carga y descarga no coinciden en forma de una ausencia de tensión durante la descarga.
  • 11. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA TORSIÓN 11 Esfuerzo de Corte τ= Tr/Ip T Momento de Fuerza r radio de la muestra Ip Momento de inercia polar de la sección transversal Deformación de Corte γ=φr/L 𝝓 ángulo de rotación r radio de la muestra L Longitud de la muestra Ensayo de Torsión • Usualmente sobre piezas con sección circular o elíptica • Se las somete a un par de fuerzas de giro paralelas entre sí y en sentidos opuestos, perpendiculares ambas al eje longitudinal de la pieza. Módulo elástico de Corte G=∆τ/∆γ
  • 12. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA RESISTENCIA A LATORSIÓN 12 Resistencia a la Torsión • Oscila entre 40 y 93 MPa. • La fractura se produce según una hélice • Cuanto más largo es el hueso menos resiste la torsión. • El lugar de la fractura no coincide con la zona de aplicación de la torsión.
  • 13. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA FLEXIÓN 13 Ensayo de Flexión • a 3 o 4 puntos • Obtención de muestras sencilla • La fractura se inicia por la cara que está sometida a Tracción • Se asume que el hueso tiene un comportamiento elástico lineal (Ley de Hooke) Esfuerzo σ = (PLc)/(4*I) (a 3 puntos) σ = (P/2a)c/I (a 4 puntos) P Carga Aplicada L distancia entre los soportes c mitad del diámetro externo menor I Momento de inercia, siendo I: I= (π/64)*[(x1*y1 3)(x2*y2 3)] Deformación ℇ = δ (12c/L2) δ Desplazamiento de la muestra L distancia entre los soportes c mitad del diámetro externo menor Módulo de elasticidad E = (PL3)/(48*Iδ) (a 3 puntos) E =(P/2a2(3L-4a))/(6*Iδ)(a 4 puntos)
  • 14. ENSAYOS MECÁNICOS SOBRE LA ESTRUCTURA COMPLETA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN 14 Resistencia a Flexión • Oscila entre 100 y 200 MPa • Aumenta con el momento de Inercia del hueso • La parte más dura es la más alejada del eje neutro
  • 15. 15 Pero, es función de: • Geometría del hueso (muestra) • Densidad • Disposición macroestructural • Tipo hueso • Evolución del hueso • Propiedades de las partes consituyentes • Patologías • Edad Ensayo de la estructura completa Mejor aproximación al comportamiento del hueso in vivo BIOMECÁNICA DE LA ESTRUCTURA COMPLETA
  • 16. BIOMECÁNICA DE LA ESTRUCTURA COMPLETA 16 Sí, pero en el caso del material óseo el comportamiento mecánico es difícil de predecir ¿por qué? Anisotropía de los propiedades de las partes constituyentes Distribución cambiante en el espacio de las mismas La muestra a ensayar debe ser significativamente mayor que las dimensiones de sus unidades estructurales básicas ¿se podría predecir el comportamiento mecánico de un material compuesto a partir de las propiedades de sus constituyentes?
  • 17. 17 BIOMECÁNICA DE LA MACROESTRUCTURA COMPONENTESTISULARES Hueso Cortical Comportamiento Mecánico función de: • Densidad • Porosidad • Mineralización • Orientación longitudinal de las Osteonas y fibras de colágeno Hueso Trabecular Comportamiento Mecánico función de: Densidad • Porosidad • Conectividad entre trabéculas verticales y horizontales Hueso Cortical Hueso Trabecular Compresión Resistencia 167 - 213 MPa 1,5 - 9,3 MPa MóduloYoung 14,7 - 34,3 GPa 10 - 1.058 GPa Tracción Resistencia 107 -170 MPa MóduloYoung 11,4 - 29,2 GPa Flexión Resistencia 103 - 238 GPa MóduloYoung 9,8 - 15,7 GPa Torsión Resistencia 65 - 71 MPa MóduloYoung 3,1 - 3,7 GPa
  • 18. 18 BIOMECÁNICA DE LA MICROESTRUCTURA (OSTEONASYTRABÉCULAS INDIVIDUALES) El análisis a este nivel es independiente de la geometría del hueso En Hueso Cortical Ensayo realizado en un bloque de unas pocas osteonas (Osteonas Longitudinales yTransversales) Ensayo Nanoindentación ➧ Osteonas longitudinales resisten mejor a las tracción a la torsión Osteonas transversales resisten mejor compresión, flexión y corte ➧ Disposición no aleatoria de elementos microestructurales dentro del hueso En Hueso Trabecular Ensayo realizado en un paquete de trabéculas sin porosidad (Placas yTubos) Microtomografía + Elementos finitos ➧ Placas Domina la resistencia elástica ➧
  • 19. 19 BIOMECÁNICA DE LA SUBNANOESTRUCTURA (COMPONENTES MOLECULARES) Fibras de colágeno Cristales de Hidroxiapatita Ensayo Nanoindentación ➧➧ Caras basales de los cristales presentan mayor dureza y módulo de elasticidad que las caras laterales ➧ Motivo de la anisotropía observada a mayor escala Escasez de ensayos fiables a este nivel SEM/AFM➧ Región inicial de deformación homogénea para todas las fibrillas Deformación no homogénea por encima de una deformación crítica Sugiere cambios en la composición mineral de cada fibra. ➧➧ ObservadoTécnicaConclusión
  • 20. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO ANÁLISIS CUANTITATIVO POR ULTRASONIDOS 20 Ventajas • determinación de propiedades óseas • permite analizar muestras muy pequeñas y de diversas formas • no implica radiación • equipos relativamente baratos Desventajas Falta de sensibilidad No produce una imagen de la estructura del hueso, por esta técnica permiten saber: • Módulo deYoung • Coeficiente de Poisson • BV/TV (≈porosidad) • número trabeculas • grosor trabecular • separación trabecular
  • 21. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS 21 1.- Adquisición de las imágenes por tomografía computerizada o resonancia magnética nuclear 2.- Procesado de los datos 3.- Obtención de una malla 4.- Análisis morfológico de la estructura y análisis mecánico simulado
  • 22. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO IMAGE-GUIDED FAILURE ANALYSIS 22 1998 - Se presentó el primer equipo para realizar ensayos de compresión/tracción en el interior de un equipo de microfotografía computerizada. Permite observar la progresión de la fractura, monitor izando su inicio y su avance, a la vez que se determina la micro estructura de la muestra.
  • 23. BIBLIOGRAFÍA 23 [1] MEYRUEIS, P., CAZENAVE,A. & ZIMMERMANN, R., 2004. BIOMECÁNICA DEL HUESO.APLICACIÓN ALTRATAMIENTO DE LAS FRACTURAS. EMC - APARATO LOCOMOTOR, 37(2), PP.1–23.AVAILABLE AT: HTTP://WWW.SCIENCEDIRECT.COM/ SCIENCE/ARTICLE/PII/S1286935X04705262 [ACCESSED APRIL 8, 2017] [2] CAEIRO, J., GONZÁLEZ, P. & GUEDE, D., 2013. BIOMECÁNICAY HUESO (Y II): ENSAYOS EN LOS DISTINTOS NIVELES JERÁRQUICOS DEL HUESOYTÉCNICAS ALTERNATIVAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA ÓSEA. REVISTA DE OSTEOPOROSISY METABOLISMO MINERAL, 5(2), PP.99–108.AVAILABLE AT: HTTPS://MEDES.COM/PUBLICATION/83400. [3] GUEDE, D., GONZÁLEZ, P. & CAEIRO, J.R., 2013. BIOMECÁNICAY HUESO (I): CONCEPTOS BÁSICOSY ENSAYOS MECÁNICOS CLÁSICOS. REVISTA DE OSTEOPOROSISY METABOLISMO MINERAL, 5(1), PP.43–50.AVAILABLE AT: HTTP:// SCIELO.ISCIII.ES/SCIELO.PHP?SCRIPT=SCI_ARTTEXT&PID=S1889-836X2013000100008&LNG=EN&NRM=ISO&TLNG=EN. [4] CHAFFAÎ, S. ET AL., 2002. ULTRASONIC CHARACTERIZATION OF HUMAN CANCELLOUS BONE USINGTRANSMISSION AND BACKSCATTER MEASUREMENTS: RELATIONSHIPSTO DENSITY AND MICROSTRUCTURE. BONE, 30(1), PP.229–37. AVAILABLE AT: HTTP://WWW.NCBI.NLM.NIH.GOV/PUBMED/11792590 [ACCESSED APRIL 25, 2017]. [5] ULRICH, D. ET AL., 1998. FINITE ELEMENT ANALYSIS OF TRABECULAR BONE STRUCTURE:A COMPARISON OF IMAGE-BASED MESHING TECHNIQUES,AVAILABLE AT: HTTP://WWW.SCIENCEDIRECT.COM/SCIENCE/ARTICLE/PII/S0021929098001183 [ACCESSED APRIL 25, 2017].