Modeling and computation of bone like porous material: an approximation to the study of osteoporosis

Abstract

En un mundo donde la comida mala es costumbre y la esperanza de vida crece, la fragilidad del cuerpo humano augmenta tambien. Asi que el numero de personas que sufren de osteoporosis es mas grande cada año. Eso hace que los actores del sector medical se imaginan que la necesidad de implantes para el enlace de vértebras podría explotar en los próximos años. En este contexto tratando de dise ar a Los materiales de substitucion aparece que los modelos que utilisan el diagramo de Voronoi forman estructuras semejantes y prometedoras para realizar implantes mediante la impresión 3D. Para aclarecerlo, este estudio propone la modelisacion de las propriedades mecanicas, del modulo d’Young y de la resistencia de una estructura porosa imitando la de los huesos trabeculares. Varias estructuras Guérin obtenidas por una distribucion aleatoria de puntos de nucleacion siguendo el diagramo de Voronoi. El modelo creado nos permite el estudio directo de sus propiedades mecánicas por softwares de análisis de elementos finitos, como SOLIDWORKS® and COMSOL®. Hemos generado un numero grande de modelos numericos con variación de differentes aspectos, como la porosidad, el tamaño de los modelos, la distribución del punto de nucleación, la calidad aparente del modelo. Pruebas de compresión numéricas se realizarôn con ambos softwares con diferentes condiciones por los límites. Tambien, se realizó una modelisacion de la pérdida de propiedades por osteoporosis en ambos casos, a travéz de pérdida de trabéculas y adelgazamiento trabecular. Los resultados obtenidos confirman que el comportamiento de este typo de estructuras sigue bien el de los huesos vertebrales Expondremos diferentes correlaciones muy fuertes entre el módulo de Young y la porosidad del modelo. También se realizó una prueba no lineal para determinar la localización de altas valores de tension localizadas en el material y para evaluar el valor de resistencia de toda la estructura. Este estudio contiene también una presentacion completa de la impresión 3D, con el fin de dar un paso más en la concepción de estos modelos y su implantación en el cuerpo humano.