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Metodología para el diseño de prótesis médicas, utilizando tecnologías asistidas por computadora

IGNACIO ADRIAN ROMERO (2006)

191 páginas. Doctorado en Diseño.

Entre los problemas serios de salud que existen en la sociedad mexicana, se pueden mencionar los que están asociados al sistema oseo humano, provocados por traumatismos o malformaciones congénitas. Se establece una metodología que permita la parametrización de los implantes médicos considerando la forma osea del paciente, la metodología incluye aspectos técnicos como ajustes exactos entre el implante y el hueso, manufacturabilidad, biomodelación en programas de diseño asistido por computadora (CAD).

Doctoral thesis

Prótesis diseñadas por computadora. Implants, Artificial. Ingeniería biomédica. Implantes artificiales -- Diseño y construcción. Prótesis. Implantes artificiales. RD132 INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS

Intraocular pressure study in ex-vivo eyes by laser cavitation technique

Estudio de la presión intraocular en ojos ex-vivo mediante la técnica de cavitación láser

CARLOS ANDRÉS ZÚÑIGA ROMERO (2016)

En este trabajo de tesis se presenta un estudio experimental sobre la implementación del modelo de presión intraocular (PIO) basado en el fenómeno de cavitación inducida por láser en ojos de cerdo ex-vivo, el cual forma parte y da continuidad a una serie de trabajos de investigación cuyo objetivo es el de poder determinar variaciones de presión establecidas dentro del rango clínico. Se realizó la adaptación de la técnica de modulación de la transmitancia espacial (STM, por sus siglas en inglés) dentro de la cámara anterior (CA) de los ojos de cerdo. Se utilizó un sistema de bombeo y de prueba; compuesto por un haz láser pulsado Nd:YAG (532 nm, 9 ns) y un haz láser de onda continua He-Ne (633 nm), respectivamente. Los resultados que aquí se basan en el análisis del primer tiempo de colapso, de las burbujas de cavitación en función de la energía por pulso del haz de bombeo y de la presión externa ejercida, definida como la PIO inducida por perfusión en los ojos de cerdo ex-vivo. Se presentan resultados de pruebas histológicas del fotodaño generado en la córnea tras variar el número de pulsos (1, 20, 200 y 2000) para la generación de cavitación en la CA. Los resultados experimentales demostraron una tendencia lineal creciente del tiempo de colapso de la burbuja de cavitación al aumentar la energía del pulso de bombeo (Ep : 3.3 a 5.5 mJ), o decreciente al aumentar la presión externa (Ep : 13 y 16 mJ, 10 - 60 mmHg) dentro del rango clínico establecido para la PIO. Del análisis histológico de la córnea se observó daño de aproximadamente 100 µm en la superficie del estroma pudiéndose disminuir o eliminar el daño generado si se reduce la energía del pulso de bombeo al nivel del umbral de detección del primer tiempo de colapso. Se encontró que ocurre la formación de enlaces del tipo cross-linker entre moléculas de glutatión en el HA tras ser irradiado por el haz de bombeo por más de 1 hora y 30 minutos.

In this thesis, we present an experimental study of the implementation of a model for intraocular pressure (IOP) measurements based on the laser-induced cavitation phenomenon in ex-vivo pig eyes. This thesis work follows a series of previous research aiming to determining the IOP within the clinical range. We used a pump-probe laser system composed by a pulsed laser beam (Nd:YAG, τp= 9ns, 532 nm) and a continuous wave laser beam (He-Ne, 633 nm) conveniently adapted to comprise with the technique known as spatial transmittance modulation (STM) within the anterior chamber (AC) of pig eyes. The results presented here are based on the analysis of the first collapse time of the generated cavitation bubble, and its relationship with the pump pulse energy and the induced IOP, defined as the induced IOP by perfusion in the ex-vivo pig eyes. Also, multipulse photodamage on the cornea by a histological analysis with haematoxylin and eosin. The experimental results showed an increasing linear trend of the collapse time with the pump pulse energy (Ep : 3.3 - 5.5 mJ) and a decreasing linear trend by increasing the external pressure (Ep : 13 amd 16 mJ, 10 - 60 mmHg) within the clinical range. Histological analysis showed damage (100 µm) on the surface of the stroma when applying one pump pulse (Ep = 13 mJ), which could be reduced or supressed if we used a pump energy per pulse (Ep ≈11 mJ), the detection threshold of the first collapse time within the AC. We found the formation of cross-linker links between glutathione molecules in the AH for long pump pulse exposures of at least 1 hour and 30 minutes.

Master thesis

Láser Óptica Optoelectrónica Presión intraocular Glaucoma INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS

Efecto de la microestructura sobre las propiedades mecánicas y anti-corrosivas de la aleación TI-6AI-4V para aplicaciones biomédicas

TERESA DE JESUS SANCHEZ ROSAS (2018)

117 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales.

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México).

La generación de nuevos biomateriales metálicos, diseñados específicamente para aplicaciones biomédicas que promuevan una respuesta deseable y adecuada del medio biológico requiere de varios grupos de investigación multidisciplinarios para abordar los estudios sobre la relación entre propiedades superficiales y la respuesta de biocompatibilidad, a la fecha, las investigaciones se han hecho básicamente desde dos puntos de vista separados; los materiales por una parte y por otra los procesos biológicos. En el primer grupo se ha dado énfasis al cómo afectan las propiedades de los materiales en algún proceso celular especifico, como puede ser la regeneración de tejidos. Mientras que, desde el punto de vista biológico se da mayor énfasis en identificar como se afectan los procesos biológicos; principalmente por la interacción con el material. Sin embargo, aún falta establecer las relaciones entre ambos enfoques para que los estudios se lleven a cabo de manera simultánea. Por lo tanto, la idea es contar con materiales capaces de sustituir al hueso. Es necesario realizar un estudio integral de la aleación Ti-6Al-4V de aplicación biomédica involucrando la biocompatibilidad y su correlación con las propiedades mecánicas de la aleación, sometida a un tratamiento térmico para contribuir a la mejora continua de las aplicaciones biomédicas de este material metálico.

Master thesis

Biomedical materials. Metals in medicine. Materiales biomédicos. R857.M3 INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS

Diseño y análisis de esfuerzos de prótesis transfemoral pasiva basada en mecanismo de cuatro barras

ERNESTO ALONSO OCAÑA VALENZUELA (2018)

En México, el número de amputados transfemorales en los últimos años ha aumentado debido a problemas como: accidentes de tránsito y enfermedades como la diabetes, que año con año va en aumento. En el mercado existen prótesis comerciales, desarrolladas por los países de primer mundo, cuyo precio oscila entre 150 y 200 mil pesos, lo que las hace inaccesible a cualquier persona. En el presente trabajo se desarrolló el diseño de una prótesis de rodilla pasiva utilizando un mecanismo de cuatro barras. El propósito de esta prótesis es que cumpla con los criterios de marcha de una persona de 120 kg de peso y 1.75 m de altura, así como la estabilidad en fase de bipedestación, que son características importantes del diseño de prótesis. También se buscó obtener la linealidad entre el eslabón impulsor del mecanismo y la pierna, puesto que esta característica es crucial para controlar e imitar trayectorias generadas en marcha normal sana. Se realizó el diseño de los eslabones mediante el software CAD para modelado mecánico Solidworks, acatando las características de diseño definidas anteriormente y se analizó la trayectoria de los eslabones evitando la colisión entre ellos. Además, se realizó un análisis de esfuerzos de la prótesis utilizando el criterio de von Mises para la predicción de la falla del material. Se analizaron dos materiales: aluminio y fibra de carbono para determinar el peso total del mecanismo y si con estos materiales es posible su fabricación. Se concluyó que el peso total del mecanismo fue: para fibra de carbono 2.2 kg y para aluminio de 3 kg. Finalmente, se realizó el cálculo de tiempo y el material del prototipado rápido de las piezas a través de la impresión 3D, con tal de poderse implementar y realizar pruebas de funcionamiento.

In Mexico, the number of transfemoral amputees in recent years has increased due to problems like traffic accidents and diseases such as diabetes, which are increasing year after year. In the market, there are commercial prostheses, developed by first world countries, whose price ranges between 150 and 200 thousand pesos, which makes them inaccessible to anyone. In the present work, the design of a passive knee prosthesis was developed using a four-bar mechanism. The purpose of this prosthesis is to achieve the walking criteria of a person of 120 kg of weight and 1.75 m of height, as well as stability in the standing phase, which are important characteristics of the prosthesis design. In the same way, it sought to obtain the linearity between the drive link of the mechanism and the leg, because this feature is crucial to control and imitate trajectories generated in normal healthy running. The design of the links was made using the CAD software for mechanical modeling Solidworks, following the design characteristics defined above and analyzing the trajectory of the links avoiding the collision between them. In addition, a stress analysis of the prosthesis was performed using the von Mises criterion for the prediction of material failure. Two materials were analyzed: aluminum and carbon fiber to determine the total weight of the mechanism and if it is possible to manufacture them with these materials. It was concluded that the total weight of the mechanism was for carbon fiber 2.2 kg and for aluminum of 3 kg. Finally, the calculation of time and the material of the rapid prototyping of the pieces was made through 3D printing, in order to be able to implement and perform performance tests.

Master thesis

Diseño Mecanismo 4-barras Esfuerzos Design Mechanism 4-bars Stress Medical technology Prosthesis INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS

Estudio de la influencia de la morfología de polvos de BHAP de origen bovino sobre las primeras etapas de depósito de recubrimientos para dispositivos biomédicos

JUANITA HINCAPIE BEDOYA (2020)

La modificación superficial de prótesis ortopédicas metálicas ha suscitado el estudio de diferentes cerámicos que intervienen en el proceso de unión interfacial implante-hueso para mejorar la fijación de éstas. Dentro de estos cerámicos, se destaca la Hidroxipatita (HAp) por sus propiedades de biocompatibilidad y bioactividad, además de ser el componente mineral mayoritario presente en el hueso. Cuando ésta es obtenida a partir fuentes naturales, la presencia de ciertos minerales (K+, Mg+2, Na+) puede presentar ciertas ventajas, al compararla con la obtenida por métodos sintéticos; ya que estos minerales cumplen funciones específicas dentro del metabolismo óseo. Considerando lo anterior, este trabajo se desarrolló en dos etapas: la fabricación de la materia prima a partir de fuentes biogénicas (BHAp) y establecer una metodología basada en diseño de experimentos para generar la morfología esférica de estos polvos aglomerados usando la técnica de secado por aspersión. Este paso se consideró un reto, ya que se evaluaron los efectos de las variables propias de la técnica de procesamiento sobre la morfología y la distribución de tamaño de los aglomerados de BHAp producidas, las cuales conservaron los minerales de la fuente de obtención original. Para esto, se llevaron a cabo evaluaciones estructurales, microestructurales y de distribución de tamaño de partícula usando difracción de rayos X (DRX), microscopía óptica y electrónica de barrido (MEB), así como difracción laser. En la segunda etapa, se llevó a cabo el proceso de depósito de las partículas con morfología irregular (BG) y con morfología esférica obtenidas mediante secado por aspersión (BSD) usando la técnica de proyección térmica de alta velocidad por combustión de oxígeno (HVOF); esto con el fin de establecer si existe un efecto de la morfología (y la naturaleza) de la materia prima sobre las características estructurales de las partículas depositadas. Tales características pueden impactar la fabricación de recubrimientos de este tipo de material con arquitecturas específicas, y a la vez favorecer el proceso de osteointegración implante-hueso. La evaluación de esta etapa se llevó a cabo mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía dispersiva de rayos X (EDS).

The surface modification of metal orthopedic prostheses has generated a growing interest in the study of different ceramics that are involved in the implant-bone interfacial bonding process with the aim of improving it. Hydroxyapatite (HAp) is one of these ceramics due to its biocompatibility and bioactivity properties. Furthermore, HAp is the major mineral component present in human bone. When HAp is obtained from natural sources, the presence of natural minerals (K+, Mg+2, Na+) can present some advantages compared with those obtained from using synthetic HAp, since such minerals play specific functions in bone metabolism. Taking into account the aforementioned conditions, this work was developed in two stages, the first one was focused to manufacture the raw material from biogenic sources (BHAp) and to establish a methodology, based on design of experiments, to generate agglomerate powders with a spherical morphology by using the spray-drying technique. This step was considered a challenge since the effects of the processing variables on the morphology and size distribution of the BHAp particles produced were evaluated, preserving the minerals from the original source. Structural and microstructural properties and agglomerate size distribution were evaluated by using X-ray diffraction (XRD), optical and scanning electron microscopy (SEM), and laser diffraction, respectively. In the second stage, the deposition process of irregular (BG) and spherical HAp particles obtained by spray-drying (BSD) was carried out using the high-velocity oxy-fuel thermal spray technique (HVOF); these experiments were performed to establish to verify if there is an effect of the morphology (and nature) of the raw material on the structural characteristics of the deposited particles. Such characteristics can impact the obtained coating architectures, and, at the same time, favor the implant-bone osseointegration process. The microstructural and chemical assessment of the samples obtained at this stage was carried out by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray dispersive spectroscopy (EDS), respectively.

Master thesis

HVOF Bio-hidroxiapatita Secado por aspersión Prótesis Bio-hydroxyapatite Spray-drying Prostheses INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS PRÓTESIS

Estudio de las propiedades térmicas y mecánicas de nanocompuestos con potencial uso en la elaboración de prótesis

CINTHIA RIVERA ROSADO ROSSANA FARIDE VARGAS CORONADO JUAN VALERIO CAUICH RODRIGUEZ (2005)

Materiales compuestos elaborados con resina poliéster y cantidades variables de Cloisite 30B fueron preparados y estudiados térmica y mecánicamente como posibles candidatos para la elaboración de prótesis. Los principales resultados mostraron que la temperatura máxima disminuyó con la adición de cantidades crecientes de esta nanoarcilla y de igual modo. se observó que el tiempo de curado se incrementó cuando la concentración de la nanoarcilla se elevó del 2 al J 0% En términos mecánicos se observó que la adición del Cloisite 30B a la resina poliéster mejoró su resistencia a la tensión y a la flexión solo cuando se empleó en una concentración del 2% mientras que su resistencia al impacto no fue modificada. Las propiedades de tensión y flexión exhibidas por estos nanocompuestos fueron superiores a las exhibidas por materiales compuestos elaborados con resina poliéster y textiles comerciales que actualmente se emplean en la elaboración de prótesis. Por lo tanto, estos materiales tienen un gran potencial para la elaboración de prótesis para pacientes que han perdido alguna extremidad.

Article

NANOCOMPUESTOS RESINA POLIESTER CLOISITE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS PRÓTESIS

Design and fabrication of a customized partial hip prosthesis employing CT-Scan data and lattice porous structures

JORGE CORONA CASTUERA Daniela Rodríguez Delgado John Henao Juan Carlos Castro Sandoval Carlos Agustín Poblano Salas (2021)

As a larger elderly human population is expected worldwide in the next 30 years, the occurrence of aging-associated illnesses will also be increased. The use of prosthetic devices by this population is currently important and will be even more dramatic in the near future. Hence, the design of prosthetic devices able to reduce some of the problems associated with the use of current components, such as stress shielding, reduced mobility, infection, discomfort, etc., becomes relevant. The use of additive manufacturing (AM) and the design fabrication of self-supported cellular structures in the biomedical area have opened up important opportunities for controlling the physical and mechanical properties of hip implants, resulting in specific benefits for the patients. Different studies have reported the development of hip prosthetic designs employing AM, although there are still opportunities for improvement when it comes to customized design and tuning of the physical and mechanical properties of such implants. This work shows the design and manufacture by AM of a personalized stainless-steel partial hip implant using tomography data and self-supported triply periodic minimal surface (TPMS) cell structures; the design considers dimensional criteria established by international standards. By employing tomography data, the external dimensions of the implant were established and the bone density of a specific patient was calculated; the density and mechanical properties in compression of the implant were modulated by employing an internal gyroid-type cell structure. Using such a cell structure, the patient’s bone density was emulated; also, the mechanical properties of the implant were fine-tuned in order to make them comparable to those reported for the bone tissue replaced by the prosthesis. The implant design and manufacturing methodology developed in this work considered the clinical condition of a specific patient and can be reproduced and adjusted for different types of bone tissue qualities for specific clinical requirements.

Funding: This research was funded by the Mexican National Council of Science and Technology (CONACYT), specifically through projects CB 253365 and FOINS 297683.

Notes: The authors declare no competing financial interest.

The authors would like to thank the funding provided to this work by the Mexican National Council of Science and Technology (CONACYT), especially through FOINS 297683 and CB 253365 projects. The authors are also grateful to CONACYT’s Catedras program, project 848. CT-scan measurements were performed at PET/CT Unit, School of Medicine, UNAM, whereas mechanical testing of self-supported structures was carried out at CIDESI-CENTA; the support provided by both institutions is deeply appreciated. An IRB approval and a letter of consent were considered for the development of this research.

PMCID # PMC7970571.

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Anatomy Implants Porosity Lattices Chemical structure INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS PRÓTESIS

Sistema producto-servicio para la atención y fabricación de prótesis para personas con discapacidad en miembro superior por amputación

Jesus Eugenio Ricardez Sánchez (2017)

167 páginas. Maestría en Diseño.

La discapacidad en miembro superior es un problema complejo que involucra factores tanto físicos como emocionales y sociales. Sin embargo, las soluciones actuales se concentran solo en el problema físico sin lograr mejoras significativas para el usuario. En este proyecto se busca, con la aplicación metodologías de diseño y nuevas tecnologías, generar soluciones integrales para las personas con discapacidad.

Upper limb disability is a complex problem that involves physical, emotional and even social factors. However, current solutions focus only on the physical problem without achieving significant life improvements for user. This research objective is to generate comprehensive solutions for disabled people applying design methodologies and using new technologies.

Master thesis

Artificial limbs. Prótesis de brazo. Personas con discapacidad. QH505 INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA MÉDICA PRÓTESIS

REHABILITACION ORAL EN NIÑOS, CON ENFOQUE PREVENTIVO Y PSICOLOGICO: REPORTE DE UN CASO

MARTHA PATRICIA GUERRERO CASTELLON (2014)

It is important to maintain the integrity of the primary dentition until the moment of its exfoliation, since it plays an essential role in the development of the child, and it may be affected adversely by factors among which the most common is the tooth decay, that can lead to alterations in the physiological, psychological and social development of the child. In cases of lost tooth by tooth decay, the pediatric dentistry proposes the use of removable dental prosthesis that allows the restoration of the fundamental functions of teeth: Chewing, phonation, aesthetics, occlusion and preservation of the dental arches, all of them necessary for the correct physiological and emotional development of the patient. The objective of this work is to present the treatment of oral rehabilitation performed on a 5 year, 7 months old male patient which was diagnosis with early childhood caries. The treatment done consisted of dental extractions, composite resin restoration, silver amalgam, steel-chrome crown and removable dental prosthesis. Obtaining this way restore the essential functions of the teeth and the oral cavity. Psychological and socially the dentures influenced in a positive way because there was a clear change in the patient' personality.

Es importante mantener la integridad de la dentición primaria hasta el momento de su exfoliación, puesto que juega un papel esencial en el desarrollo del niño y puede verse afectada adversamente por factores entre los cuales el más frecuente es la caries dental, ya que puede conducir a alteraciones en el desarrollo fisiológico, psicológico y social del niño. En casos de pérdida dentaria por caries la Odontopediatría propone la utilización de prótesis removibles que permiten el restablecimiento de las funciones fundamentales de los dientes: masticación, fonación, estética, oclusión y preservación de los arcos dentarios, todas ellas necesarias para el correcto desarrollo fisiológico y emocional del paciente. El objetivo de este trabajo es presentar el tratamiento de rehabilitación oral realizado a un paciente masculino de 5 años 7 meses al cual se le diagnosticó caries temprana de la infancia. Se realizaron exodoncias, restauraciones con resina compuesta, amalgama de plata, corona de acero-cromo y prótesis removibles. Obteniendo de esta manera el restablecimiento de las funciones esenciales de los dientes y por consecuencia de la cavidad bucal. De manera psicológica y social las prótesis influyeron de manera positiva ya que hubo un cambio evidente en la personalidad del paciente.

Article

Rehabilitación bucal Caries temprana de la infancia Prótesis dental Oral rehabilitation Early childhood caries Dental prosthesis MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD