Análisis experimental y numérico de la fractura de fémur humano

• Autores: Miguel Marco Esteban
• Directores de la Tesis: María Henar Miguélez Garrido (dir. tes.), Eugenio Giner Maravilla (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Fernández Sáez (presid.), Alejandro Yánez Santana (secret.), David Gonzalez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial por la Universidad Carlos III de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biofísica
      • Biomecánica
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la construcción
      • Ingeniería de estructuras
    • Tecnología e ingeniería mecánicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • La fractura ósea es una patología muy habitual que afecta cada año a un mayor número de pacientes en el mundo entero. Esto se debe principalmente al envejecimiento de la población, aunque influyen otros muchos factores. Estas patologías están acompañadas de largos tiempos de recuperación, minusvalías o incluso mortalidad post-cirujía, además del coste social que suponen. Por todo ello la fractura ósea, y por tanto la fractura de materiales biológicos y heterogéneos resulta un campo de estudio muy interesante a la vez que útil.

    Esta tesis doctoral se centra en el ámbito de la mecánica de la fractura elástica lineal aplicada al tejido óseo. Para modelizar este proceso de fractura mediante el método de los elementos finitos se ha implementado el método de los Phantom Nodes. Este método ha sido validado mediante diferentes problemas de fractura, tanto cuasi-estáticos como de propagación en materiales homogéneos y heterogéneos. Mediante esta técnica y un criterio de orientación basado en la heterogeneidad de los materiales es posible la modelización de fracturas en hueso a una escala microscópica.

    Saltando a una escala macroscópica, el hueso humano también es un material altamente heterogéneo, y por ello también el fémur humano, hueso en el que se centra este trabajo. Mediante ensayos experimentales se ha medido el comportamiento de un fémur artificial y dos sujetos reales, tanto en su régimen elástico como en fractura. La calidad de estos sujetos ha sido analizada en profundidad, para así poder explicar el comportamiento de cada uno de ellos.

    Mediante modelos numéricos de ambos fémures ha sido posible la modelización de los sujetos, tanto en su régimen elástico como en su comportamiento a fractura. En el proceso de fractura se ha implementado un proceso iterativo que tiene en cuenta la heterogeneidad del material, mediante el cual es posible reproducir con un alto grado de similitud los resultados experimentales.

    La aplicación de unas propiedades realistas en los modelos numéricos, así como un criterio adecuado que tenga en cuenta los materiales del sujeto permite predecir la fractura del fémur humano. Esto, acompañado de un análisis cualitativo puede suponer el anticiparse a un tipo de fractura concreto y realizar un tratamiento preventivo.