Resumen

Antecedentes y objetivo. Las lesiones por colisión de la articulación de la rodilla se producen con frecuencia en escenarios militares y civiles, pero hay pocos estudios que evalúen los impactos longitudinales en las articulaciones de la rodilla. En este estudio, se investigaron las respuestas mecánicas y las características de los daños en las colisiones longitudinales de la rodilla mediante el análisis de elementos finitos y las pruebas de impacto en la rodilla humana. Materiales y métodos. Sobre la base de una meseta de prueba de biocolisión, se realizaron experimentos de impacto longitudinal en 4 articulaciones de rodilla humana (2 en la rodilla izquierda y 2 en la rodilla derecha) para medir la fuerza de impacto y la respuesta de tensión del hueso. A continuación, se estableció un modelo de elementos finitos de la articulación de la rodilla a partir del humano visible chino (CVH), con el que se simularon los impactos longitudinales en la articulación de la rodilla, en los que se determinó la respuesta al estrés. La respuesta a la lesión de la articulación de la rodilla -impactos longitudinales sostenidos- se analizó tanto a partir del modelo experimental como del análisis de elementos finitos. Resultados. Los experimentos de impacto y la simulación de elementos finitos determinaron que el impacto a baja velocidad provocaba principalmente lesiones mediales y el impacto a alta velocidad provocaba lesiones tanto mediales como laterales. En el experimento de impacto de la articulación de la rodilla, los ángulos máximos de flexión fueron de 13,8° ± 1,2, 30,2° ± 5,1 y 92,9° ± 5,45 y las velocidades angulares fueron de 344,2 ± 30,8 rad/s, 1510,8 ± 252,5 rad/s y 9290 ± 545 rad/s a velocidades de impacto de 2,5 km/h, 5 km/h y 8 km/h, respectivamente. Cuando la velocidad de impacto fue de 8 km/h, 1 rodilla tuvo una fractura condilar femoral y 3 rodillas tuvieron fracturas de la meseta tibial medial o fracturas por colapso. La simulación por elementos finitos de las articulaciones de la rodilla determinó que la tensión ósea cortical medial aparecía antes que el pico lateral y que la concentración de tensión ósea medial era más evidente cuando la rodilla sufría un impacto longitudinal. Conclusión. Tanto el experimento como el modelo de elementos finitos confirmaron que las características biomecánicas del fémur y de la tibia medial lesionados son susceptibles de sufrir daños en un impacto longitudinal, lo cual es de gran importancia para la prevención y el tratamiento de las lesiones por impacto longitudinal de la articulación de la rodilla.

• Materias:Método de elementos finitos Ingeniería biomédica Biomecánica Huesos Prótesis
• Subjects:Finite element method Biomedical engineering Biomechanics Bones Prostheses
• Palabras claves:articulación de la rodilla, análisis de elementos finitos, impacto longitudinal, simulación de elementos finitos, respuesta al estrés, km, velocidad de impacto, articulación de la rodilla humana, modelo de elementos finitos, experimento de impacto longitudinal
• Keywords:knee joint, finite elements analysis, longitudinal impact, finite elements simulation, stress response, km, speed impact, human knee joint, finite elements model, longitudinal impact experiment