Análisis biomecánico de huesos para la estabilización de fracturas.

Abstract

Este trabajo se centra en la tercera fase de consolidación de una fractura ósea, en la que se busca la estabilización para conseguir la osificación del callo. En concreto, se va a estudiar una fractura en la zona metafisaria de la tibia. Actualmente, esta estabilización se proporciona taladrando la médula ósea e introduciendo un clavo intramedular que mantenga la alineación entre ambos fragmentos óseos. Sin embargo, existen complicaciones en la zona de la metáfisis que pueden ser mejoradas gracias a los tornillos poller. Estos tornillos ayudan a aumentar la presión intra-fagmentaria y a reducir el espacio del canal intramedular para evitar desplazamientos axiales del clavo. El objetivo de este proyecto es analizar experimentalmente las deformaciones y tensiones principales que aparecen en varias zonas de la tibia al operarla con clavo intramedular y tornillos poller.

Para alcanzar este objetivo, se va a realizar un ensayo de compresión sobre la tibia fracturada y operada con clavo y tornillos. En la tibia se han pegado y soldado unas rosetas extensométricas que permiten la adquisición de datos. Estos valores han sido tratados con matlab para obtener gráficas de las evoluciones temporales de las deformaciones y tensiones principales y de la tensión equivalente de Von Mises y el esfuerzo cortante máximo.

Al terminar el ensayo, se observó que la tibia no sufrió ninguna deformación plástica, pero sí el clavo, que se había doblado y había quedado marcado por los pasadores. Estos pasadores evitaron que la fractura se abriese más durante el ensayo, aumentando la carga que podía soportar el modelo. En conclusión, aunque el estado tensional más elevado se dio en una roseta pegada a uno de los pasadores, quedó demostrada la efectividad de estos en la estabilización de la fractura.

This project focuses on the third phase of bone fracture healing, in which stabilization is sought to achieve callus ossification. Specifically, a fracture in the metaphyseal area of the tibia will be studied. Currently, this stabilization is provided by drilling the bone marrow and inserting an intramedullary nail to maintain alignment between the two bone fragments. However, there are complications in the area of the metaphysis that can be improved thanks to poller screws. These screws help increasing the intra-fagment pressure and reducing the intramedullary canal space to avoid axial displacements of the nail. The aim of this project is to experimentally analyze the deformations and principal stresses that appear in various areas of the tibia when operating with intramedullary nail and poller screws.

To achieve this objective, a compression test will be performed on the fractured tibia operated with nail and screws. Strain gage rosettes have been glued and welded to the tibia to allow data acquisition. These values were processed with matlab to obtain plots of the temporal evolution of the deformations and principal stresses and of the equivalent Von Mises stress and the maximum shear stress.

At the end of the test, it was observed that the tibia did not undergo any plastic deformation, but the nail had bent and was marked by the pins. These pins prevented the fracture from opening further during the test, increasing the load that the model could withstand. In conclusion, although the highest stress state occurred in a rosette attached to one of the pins, the effectiveness of the pins in fracture stabilization was demonstrated.