Modelo computacional tridimensional simulando el crecimiento inicial del callo durante la curación de fracturas en huesos largos: aplicación a diferentes tipos de fracturas
Autores: Naveiro, José M.; Gracia, Luis; Roces, Jorge; Albareda, Jorge; Puértolas, Sergio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Las fracturas óseas son unas de las lesiones más comunes y potencialmente graves para el esqueleto, siendo especialmente severas las fracturas del fémur. Gracias a los avances recientes en el área del análisis in silico, se han logrado varias aproximaciones al proceso de curación ósea. En este contexto, el objetivo de este trabajo fue simular la fase inicial de formación de callo en huesos largos, sin un dominio pre-mallado en el espacio 3D. Se implementó computacionalmente un enfoque de elementos finitos para obtener los valores de las concentraciones celulares a lo largo de todo el dominio y evaluar las áreas donde las cantidades biológicas alcanzaron los umbrales necesarios para desencadenar el crecimiento del callo. Se utilizó un modelo de voxel para obtener el dominio 3D de los fragmentos óseos y el callo. Un algoritmo de crecimiento de malla controlaba la adición de nuevos elementos al dominio en cada paso del procedimiento iterativo hasta completar la formación del callo. El enfoque implementado es capaz de reproducir la generación del callo primario, que corresponde a la fase inicial de la curación de la fractura, independientemente del tipo y complejidad de la fractura, incluso en el caso de varios fragmentos óseos. El enfoque propuesto puede aplicarse a las fracturas óseas más complejas, como las fracturas oblicuas, severamente conminutas o en espiral, cuya simulación sigue siendo difícilmente posible mediante los diferentes enfoques existentes disponibles hasta la fecha.
Descripción
Las fracturas óseas son unas de las lesiones más comunes y potencialmente graves para el esqueleto, siendo especialmente severas las fracturas del fémur. Gracias a los avances recientes en el área del análisis in silico, se han logrado varias aproximaciones al proceso de curación ósea. En este contexto, el objetivo de este trabajo fue simular la fase inicial de formación de callo en huesos largos, sin un dominio pre-mallado en el espacio 3D. Se implementó computacionalmente un enfoque de elementos finitos para obtener los valores de las concentraciones celulares a lo largo de todo el dominio y evaluar las áreas donde las cantidades biológicas alcanzaron los umbrales necesarios para desencadenar el crecimiento del callo. Se utilizó un modelo de voxel para obtener el dominio 3D de los fragmentos óseos y el callo. Un algoritmo de crecimiento de malla controlaba la adición de nuevos elementos al dominio en cada paso del procedimiento iterativo hasta completar la formación del callo. El enfoque implementado es capaz de reproducir la generación del callo primario, que corresponde a la fase inicial de la curación de la fractura, independientemente del tipo y complejidad de la fractura, incluso en el caso de varios fragmentos óseos. El enfoque propuesto puede aplicarse a las fracturas óseas más complejas, como las fracturas oblicuas, severamente conminutas o en espiral, cuya simulación sigue siendo difícilmente posible mediante los diferentes enfoques existentes disponibles hasta la fecha.