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Evaluación biomecánica de un instrumento quirúrgico espinal: un enfoque numérico-experimental

Autores: Ciriello, Luca; Villa, Tomaso

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Evaluación biomecánica de un instrumento quirúrgico espinal: un enfoque numérico-experimental


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Bioingeniería

Palabras clave

Instrumentación quirúrgica
Instrumentos desechables
Aspectos biomecánicos
Sistema de medición
Pruebas in vitro
Condiciones de contorno

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 18

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Antecedentes/Objetivos: La práctica convencional en entornos clínicos implica el uso de instrumentos quirúrgicos de múltiples usos (SI). Sin embargo, hay una tendencia creciente hacia la transformación de estos SI de múltiples usos en instrumentos quirúrgicos desechables, impulsada por consideraciones económicas y medioambientales sin tener en cuenta los aspectos biomecánicos. Este estudio se centra en el rediseño de un kit de SI para la implantación de jaulas facetarias cervicales. Comprender las condiciones de contorno (fuerzas, torques y momentos de flexión) que actúan sobre el SI durante la cirugía es crucial para optimizar su diseño y materiales. Por lo tanto, este estudio tiene como objetivo desarrollar un sistema de medición (MS) para registrar estas cargas durante la implantación y validarlo a través de pruebas in vitro. Métodos: Se utilizó un enfoque combinado numérico-experimental para diseñar y calibrar el MS. Se utilizó análisis de elementos finitos (FE) para optimizar la geometría del elemento sensible del MS. Esto fue seguido por la fase de fabricación utilizando impresión 3D y luego por pruebas de calibración para determinar la rigidez del sistema. Finalmente, se utilizó el MS para medir las condiciones de contorno aplicadas durante el uso del SI en pruebas in vitro en una columna cervical de Sawbone. Resultados: Después de diseñar el sistema de medición (MS) a través del análisis de elementos finitos, las pruebas de calibración determinaron valores de rigidez de K = 1.2385 N/(um/m) (compresión axial), K = -0.0015 Nm/(um/m) (torque) y K = 0.0242 Nm/(um/m) (fuerza no axial). Las pruebas in vitro identificaron cargas máximas de 40.84 N (compresión) y 0.11 Nm (torque). Conclusiones: Este estudio desarrolló un sistema de medición para evaluar las condiciones de contorno de los implantes quirúrgicos. Los datos apoyarán la modelización por elementos finitos, guiando la optimización del diseño y los materiales del implante.

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