Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

bioengineering: Advances in healthcare technologies

Application of biofluid complex analysis in respiratory system

Las ciencias biológicas y las físico-matemáticas están desde finales del siglo XX y como nunca antes más cerca de buscar respuestas comunes a diversos problemas complejos. La biología ha estado realizando un interesante cambio de enfoque en el estudio de los organismos complejos que investiga y produce, a su vez, mejores resultados, en parte gracias al acercamiento a la teoría de los sistemas no lineales. Ese vigoroso y curioso puente no lineal entre biología, física e ingeniería es el que aborda este trabajo, especialmente en el caso de los sistemas biológicos y autoorganizados, en el área de la complejidad respiratoria. De estas contribuciones se concluye que el sistema respiratorio, visto como de complejidad dinámica media, presenta una baja dimensionalidad en condiciones normales y en sueño, mientras su actividad dinámica subyacente se ve aumentada en vigilia y en pacientes intubados con presión de soporte baja.

From the late 20th century onwards, physics, mathematics, and biological sciences are closer than ever to seek common answers to several complex problems. Biology has been doing an interesting change of approach in the study of complex organisms to obtain better results, in part due to the use of concepts derived from the theory of nonlinear systems. This paper considers the nonlinear link between biology, physics and engineering, as a connection method in the modern interdisciplinary scientific world, especially in biological systems and self-organizing systems. From these considerations is concluded that the respiratory system, seen as a medium complexity dynamic system, has low dimensionality in normal and in sleep conditions, while its underlying dynamic activity is increased during waking as well as for intubated patients with low pressure support.

How does viscoelasticity of polimers affect to the lubrication os knee prostheses? Predictionds extracted from a model of a self-lucricated prótesis

El desgaste del polietileno de las prótesis de rodilla, es reconocido como el principal problema limitante en la duración de estos implantes. La dificultad de realizar mediciones in vivo de las variables que influyen sobre el desgaste en la zona de contacto, motivó el estudio numérico de modelos teóricos. Trabajos anteriores se centraron en el estudio de las variables hidrodinámcas mostrando una optimización en la lubricación de la junta ante la presencia de un material elástico de baja rigidez. No obstante, los materiales poliméricos actualmente utilizados o en etapa de investigación son viscoelásticos, pudiendo esta característica modificar las predicciones previas. En este trabajo se presenta un modelo de lubricación de una prótesis de rodilla compuesta por un componente femoral metálico y un componente tibial conteniendo en su superficie un material viscoelástico lineal. Los resultados muestran que los espesores lubricantes sufren modificaciones de considerable magnitud al comparar los resultados de modelos elásticos previos con el propuesto en este trabajo. Luego, se extraen conclusiones dirigidas a la optimización de la lubricación del implante a través de una hipotética capacidad de exudación del material adherido al componente tibial.

Polyethylene wear of the tibial component is recognized as the main problem limiting the duration of these implants. The difficulty of in vivo measurements of the variables that influence wear, has motivated the numerical study of theoretical models. Previous works focused on studying the lubricant film thickness, the pressure field and friction coefficient in the contact zone of the prosthesis, showing an optimization of the joint lubrication with the presence of a low rigidity elastic material. However, polymeric materials currently used or under investigation are viscoelastic. This feature can modify previous predictions and consequently the design proposals. This paper presents a model of lubrication of a knee prosthesis comprising a metal femoral component and a tibial component containing a linear viscoelastic material on the articular surface. The results obtained by a numerical technique based on finite elements, show that film thicknesses are considerably affected by viscoelasticity when comparing the results of this work with previous elastic models predictions. Then, conclusions are drawn directed to the optimization of lubrication through the material properties of the polymer and a exudation capacity of a hypothetical material adhered to the tibial component.

Simulation and computational analysis of a femur medullar canal, in the presence of a non-cemented hid prosthesis

El hueso es un tejido conectivo altamente vascularizado, y se adapta a la función como almacén mineral y fuente de hematopoyesis. Además, ayuda en el soporte y protección de órganos internos e interviene en la movilización de los seres humanos a través de su resistencia y formación mecánica de puntales y de palancas. Dicho conjunto formado por huesos y cartílagos, se denomina sistema esquelético que se ve afectado por ciertas enfermedades agudas y crónicas. La articulación de la cadera es la más importante para la movilización de los seres humanos. Para restaurar la movilidad a la persona que presenta cualquier alteración o patología, es necesario sustituir esta articulación con prótesis. El rendimiento de estos nuevos dispositivos y el comportamiento del tejido óseo, dependen de las magnitudes de las cargas aplicadas a la prótesis y el hueso así como los factores metabólicos e inmunológicos. En este trabajo se realizó una simulación y análisis computacional con la aplicación de condiciones de contorno usando el software ABAQUS/CAE del canal medular del fémur derecho, en presencia de una prótesis de cadera no cementada previamente diseñada en el INABIO (Instituto Nacional de Bioingeniería, Universidad Central de Venezzuela). Los resultados obtenidos muestran alteraciones a nivel del cuello femoral en la zonas de Gruen 1 y 7 observándose un hallazgo novedoso en la diáfisis femoral en las zonas de Gruen 3 y 5, que se distorsionan al ser aplicadas las cargas y las condiciones de contorno descritas en la literatura especializada.

Bone is a highly vascularized connective tissue, and adapts to the role as a mineral storage and source of haematopoiesis. In addition, it aids in the support and protection of internal organs and is involved in the mobilization of human beings through their resistance and mechanical training props and levers. This set of bones and cartilages is called skeletal system and is affected by certain acute and chronic diseases. The hip joint is the most important for the mobilization of human beings. To restore mobility to the person who presents any alteration or disease, it is necessary to replace this joint with prosthesis. The performance of these new devices and the behavior of the bone tissue depend on the magnitudes of the loads applied to the prosthesis and the bone as well as metabolic and immunological factors. This work carried out a simulation and computational analysis with application of boundary conditions (using the ABAQUS/CAE software) of the medullar canal of the right femur, in the presence of a not cemented hip prosthesis, previously designed at INABIO. The results obtained show alterations at the level of the femoral neck in the areas of Gruen 1 and 7. Also, a novel finding was observed in the femoral diaphysis in areas of Gruen 3 and 5, which are distorted by applying loads and boundary conditions described by Bergmann and Heller.

Bioelectronic interface development to establish communication with electric neuronal populations

El proyecto presenta un sistema modular para la adquisición de señales bioeléctricas proveniente de poblaciones neuronales, el acondicionamiento y registro de la información obtenida así como la evaluación de los resultados empleando métodos de procesamiento de señales. La etapa adquisición parte del diseño y elaboración de electrodos (fabricados con ITO: aleación de óxido de indio y óxido de estaño) empleando técnicas de pulverización catódica y evaporación térmica. Se observó que la técnica de pulverización catódica ofreció mejores resultados en cuanto a composición de las películas, transparencia y conductividad eléctrica. La etapa de acondicionamiento y pre - procesamiento de la señal está representada por un amplificador diferencial con filtro de banda pasante, con frecuencia inferior de corte (100 Hz) y corrección de línea base, un filtro Butterworth de cuarto orden de condensador conmutado para establecer la frecuencia superior de corte (2 kHz) y un amplificador de aislamiento eléctrico de alta precisión. Realizando un análisis temporal y espectral del comportamiento del circuito, se determinó que cumplía con los requerimientos estipulados (alto rechazo a modo común, eliminación de efecto triboeléctrico y ancho de banda entre 100 y 2 kHz). La etapa de procesamiento de la información se fundamenta en la descomposición de la misma empleando métodos matemáticos, basados en transformada de ondículas. A través de bancos de filtros pasa - bajo, se pudo determinar que la descomposición de mayor nivel de cada ondícula ofrece información sobre la magnitud de la actividad neuronal, mientras que al aplicar bancos de filtros pasa - alto se resaltaron determinados componentes ruidosos de la señal, permitiendo eliminar dichas perturbaciones.

The project presents a modular system for bioelectric signal acquisition from neuronal populations, signals conditioning and recording, and the assessment of the results using signal processing methods. The acquisition stage of the design consisted on the development of electrodes (made from ITO) using sputtering and thermal evaporation techniques. It was observed that the sputtering technique produced better results in terms of composition of the films, transparency and electrical conductivity. The conditioning step and pre-processing of the signal is represented by a differential amplifier with a bandpass filter with low cutoff frequency (100 Hz) and baseline correction, a fourth-order Butterworth filter switched capacitor to set the upper cutoff frequency (2 kHz) and an electrical isolation amplifier with high accuracy. Through a temporal and spectral analysis of the behavior of the circuit, it fulfilled the defined requirements (high common mode rejection, triboelectric effect removal, and bandwidth between 100 and 2 kHz). The processing stage of the information is based on the decomposition of the signal using mathematical methods based on wavelet transform. Using low pass filters banks, it was determined that the highest-level decomposition of each wavelet provides information on the magnitude of neuronal activity while applying high-pass filter banks certain noisy signal components were highlighted allowing the elimination of such disturbances.

Detection of complex objects by using neural networks and ocular microtremor

Presentamos un sistema reconocedor-seguidor en el cual dos redes neurales conectadas en cascada, entrenadas independientemente y con diferentes criterios, colaboran para procesar imágenes y producir el reconocimiento confiable de un objeto que se mueve libremente en el mundo real y que se visualiza a través de una webcam. El uso de redes neurales es importante porque funcionan mediante ejemplos y el usuario no necesita conocer los fenómenos subyacentes, también permiten ejecutar procesamiento paralelo. La primera red se especializa en seguir un objeto seleccionado y una vez entrenada participa en un sistema de control a lazo cerrado en el cual las imágenes recibidas controlan directamente el movimiento del ojo. Este arreglo reproduce artificialmente un fenómeno similar al micro temblor ocular (OMT, por sus siglas en inglés) característico en los ojos de los mamíferos. Las señales OMT son guardadas en elementos de memoria de corta duración y se convierten en la entrada de una segunda red neural que converge en una única célula concepto, cuya actividad determina la presencia del objeto seleccionado. El método ha sido probado exitosamente usando imágenes reales en tiempo real y bajo condiciones visuales difíciles que incluyen fondo complejo, objetos complejos y variaciones en escala, inclinación y perspectiva. El sistema de visión artificial propuesto podría usarse en actividades sociales importantes tales como: medicina, agricultura, medio ambiente, construcción, seguridad, militar, entre otros.

We present a tracking-recognition system in which two cascaded, independently trained neural networks, cooperate in order to process images and produce the real time reliable recognition of an object that moves in the real world and is visualized through a web cam. The first net specializes in tracking one specific object and once trained it participates in a closed loop control system in which received images directly control eye movements. This arrangement artificially reproduces a phenomenon similar to the ocular micro tremor (OMT) characteristic in mammals eyes. The micro tremor signals are stored in short term memory elements and become the input to a second net which converges into a single concept cell, whose activity determines the presence of the selected object. The method has been tested using real time real world images under rough visual conditions which include complex background, complex objects and variations in scaling, tilt and perspective. Thanks to its acute artificial vision, our proposed system could be used in relevant social activities such as: Medicine (automatic recognition of tumors and fractures, help to vision impaired people), Agriculture (crop health), Ecology (fire detection and unusual environment behavior), construction (building progress measurement), security (intruder detection), military (moving target tracking and detection), among others.

Design of an external fixator for wrist

La siguiente investigación tiene como propósito desarrollar el diseño de un fijador externo para muñeca utilizado en el tratamiento de fracturas del radio distal en adultos. Para llevar a cabo el diseño fue evaluado un sistema de interacción, definido por el dispositivo de fijación externa, clavos de Schanz y hueso, para el cual se aplicaron las condiciones de carga directamente al segundo metacarpiano, restringiendo el desplazamiento de la región distal. La distribución de esfuerzos en diversas condiciones de cargas (tales como tracción, compresión, flexión y torsión), fueron simulados utilizando el Método de Elementos Finitos (MEF) a través de Abaqus/CAE v6.8-4. Los resultados obtenidos a partir del modelo analizado, muestran que para la configuración dada del fijador externo, la mayor concentración de esfuerzos para cargas a tracción, compresión y flexión se produce en las barras.

The following study is intended to develop the design of an external fixator for the wrist used in treatment of distal radius fractures in adults. To implement the design was evaluated the external fixation device, Schanz screws and bone, together. The loading was applied to second metacarpal and distal region displacements were restricted. The stress distribution in various load conditions, such as tension, compression, bending and torsion were simulated using the Finite Element Method (FEM) using Abaqus / CAE v6.8-4. The results obtained from the model analyzed show that for the given configuration of the external fixator, the highest concentration of efforts for loads in tension, compression and bending occurs in bars.

Ostheosynthesis device desing using elastostatics numerical analysis

Se presenta el diseño de una Placa de Compresión Dinámica (DCP) para reducción de fracturas en el antebrazo. Para ello es evaluada la distribución de esfuerzos en diversas condiciones de cargas; tales como compresión, flexión y torsión, empleando un programa computacional basado en el Método de Elementos Finitos (MEF), específicamente ABAQUS versión 6.8. Los resultados obtenidos, a partir del modelo analizado, reflejan como los estados más críticos los producidos por el efecto del momento flector y el momento torsor. Posteriormente, se lleva a cabo un ensayo experimental aplicando carga a compresión a un modelo placa-barra-tornillos mediante la máquina de ensayo GALDABINI 34/M, verificando la concentración de esfuerzos alrededor de los agujeros de la placa y algunas zonas de contacto entre el hueso y la placa. Finalmente, se compara el comportamiento de la placa con los resultados numéricos, validando las condiciones de carga para las cuales es diseñado el dispositivo de osteosíntesis.

The design of a Dynamic Compression Plate (DCP) used for the forearm bone fracture reduction is presented. For this propose, the stress distribution on the plate is evaluated for various load conditions, such as compression, bending, and torsion, using a tool based on the Finite Element Method (FEM), specifically ABAQUS version 6.8. The results obtained from the model reflect the most critical states produced by the effect of the bending moment and torque. Subsequently, a test experimental is carried out employing compression load applied to a pattern plate-bar-screws through the testing machine GALDABINI 34/M, verifiying the stresses concentration around the holes of the plate and the some contact areas between the bone and plate. Finally, is compared the behavior of the plate with the numerical results, validating the loading conditions for which the device is designed ostheosynthesis.

Design and construction of a device to measure oclusal force

Las fuerzas mandibulares han sido objeto de estudio en las últimas 5 décadas debido a que pueden ayudar a entender mejor algunos hábitos parafuncionales (por ejemplo, el bruxismo) y a desarrollar tratamientos vanguardistas. Determinaciones cuantitativas de las fuerzas de mordida pueden ayudar a evaluar la efectividad de tratamientos, como el prostético o implantológico. Se pueden realizar dos tipos de medidas: estáticas y dinámicas; las primeras miden la máxima fuerza oclusal a la que un individuo puede llegar, mientras que las dinámicas miden las variaciones de la fuerza durante uno o más ciclos masticatorios. El objetivo de este estudio es desarrollar un dispositivo que permita determinar las fuerzas oclusales dentales de manera dinámica, discriminando los dientes de la zona anterior, media y posterior de la boca para así poder observar cómo son las contribuciones reales que se perciben en el plano oclusal en una muestra de la población nacional. Estas medidas se toman mediante el uso de un sensor de fuerza flexible, el cual puede medir hasta 1000N y se encuentra entre un anclaje a la mandíbula, que brinda estabilidad al sistema, y una superficie que lo recubre para proteger el sensor de las cúspides dentarias. El acople se realizó utilizando material odontológico de impresión y discos de acero inoxidable para una mejor concentración de fuerza en el área sensitiva del sensor. Los acoples son personalizados y desechables, lo cual asegura un ajuste idóneo al paciente bajo estudio. El dispositivo puede realizar medidas cuantitativas que servirán de información de entrada en simulaciones computacionales de la respuesta mecánica de implantes dentales.

Mandibular forces have been studied in the past five decades in order to understand some parafunctional habits (i.e. bruxism) and to develop cutting-edge treatments. Quantitative determinations of bite forces can help to evaluate effectiveness of treatments, such as prosthetic or implant. Two types of measurements can be made: static and dynamic, the former measures the maximum achievable occlusal force of an individual, while the latter measures the force evolution during one or more mastication cycles. The objective of this study is to develop a device to identify dental occlusal forces dynamically, discriminating each tooth type (molar, premolar, canine and incisor) in order to see how the actual contributions are received by each tooth in the plane occlusal. These measurements are taken by using a resilient force sensor, which can measure up to 1000N and is located between an anchorage to the jaw, which provides stability to the system, and a surface covering the sensor to protect tooth cusps. The coupling was made using dental impression materials and stainless steel discs to concentrate forces on the sensitive area of the sensor. The couplings are custom and disposable, thus ensuring a perfect fit to the patient under study. The device allows obtaining quantitative measurements that serve as input information for computer simulations of the mechanical response of dental implants.

Geometry of tumor growth in brain

El crecimiento tumoral puede ser caracterizado a través del análisis por escalamiento de la interfaz tumoral, el cual proporciona parámetros clave para definir la geometría de su crecimiento de acuerdo con diferentes clases de universalidad. En el presente trabajo se muestran resultados obtenidos mediante un análisis para lesiones tumorales en cerebro bien sean de carácter primario, de naturaleza maligna o benigna y metástasis. Para evaluar los diferentes modelos propuestos para el crecimiento tumoral, se realizaron diversas simulaciones del crecimiento de tumores primarios del cerebro o gliomas mediante la suposición de un modelo descrito por una ecuación diferencial de reacción-difusión o, en este contexto, proliferación-invasión. El término de proliferación fue del tipo logístico para considerar la limitación de nutrientes y oxígeno sobre las células tumorales. Las simulaciones corrieron sobre una base de datos del cerebro humano proporcionada por BrainWeb, y así tomar en cuenta las diferencias de difusión (invasión) entre materia gris y blanca. Las simulaciones fueron realizadas para diferentes relaciones entre los parámetros de difusión (invasión) y reacción (proliferación) cubriendo situaciones desde gliomas de bajo grado hasta gliomas de alto grado (glioblastoma multiforme). Los resultados del análisis por escalamiento de las simulaciones muestran una elevada concordancia con resultados previamente obtenidos en imágenes de resonancia magnética, lo cual sugiere que este simple modelo puede usarse para describir en forma apropiada el crecimiento tumoral de gliomas en el cerebro y potencialmente su extensión a metástasis cerebrales.

The tumor growth can be characterized by using scaling analysis methods performed on the tumor interface, a procedure which yields key parameters that define growth geometry according to different universality classes. In the present work, results obtained through a scaling analysis are shown for tumor lesions in brain, of primary origin, either malignant or benign and metastases. To evaluate different proposed models for tumor growth in brain, several growth simulations for primary brain tumors or gliomas were performed assuming a simple growth model, described through a reaction-diffusion differential equation or in this context, a proliferation-invasion equation. The term associated to the proliferation is from logistic type, to take into account the limitation of nutrients and oxygen resources imposed on tumor cells. In order to consider the differences between grey and white matter in the diffusion parameters, the simulations used the brain tissues database provided by BrainWeb. Simulations were performed for different relations between the diffusion parameters (invasion) and the reaction parameters (proliferation) covering growth conditions from low grade gliomas up to high grade gliomas (glioblastoma multiforme). The scaling analysis results show a close correspondence with previously results revealed in tumor magnetic resonance images, which suggest that the simple model used for the computer simulations describes in an appropriate manner tumor growth of glioma in the brain and that its use could be extended for describing the brain metastases.

Influence of fluid dynamics and structural factors in the heart valves behavior

En el presente trabajo se compara la influencia de diversos factores en el proceso de apertura y cierre de las válvulas cardíacas, entre los que destacan algunos de carácter hidrodinámico, como el diferencial de presión a través de la válvula, el movimiento propio de la sangre y los vórtices formados en la parte posterior de las valvas, además de otros estructurales, como la rigidez de las valvas y su rugosidad, la cual está ampliamente relacionada con la fricción que éstas tienen con la sangre. Para determinar la influencia de cada factor, se utiliza un modelo de parámetros concentrados (o modelo 0D) de las válvulas cardíacas, que describe cada factor como dependiente del ángulo de apertura y se compara con un modelo tipo diodo. El modelo de las válvulas se acopla con un modelo general del sistema cardiovascular cuyos componentes son descritos considerando el efecto de la fricción, la inercia de la sangre y la elasticidad de los vasos sanguíneos por medio de resistencias, inductancias y compliancias, mientras que las cámaras cardíacas se describen por medio de un modelo de elastancia variable. Se realizaron simulaciones que arrojaron curvas de flujo, presión y volumen sanguíneo y de la variación del ángulo de apertura de las valvas y se compararon con las arrojadas al aplicar un modelo simple con apertura y cierre instantáneo, concordando mejor con las reportadas en la literatura médica. Así mismo se encontró que los principales factores que influyen en el movimiento de las válvulas son el diferencial de presión, la rigidez de las valvas y, en menor grado, la fricción de éstas con la sangre.

This paper compares the influence of several factors involved in the motion of hearts valves. Some of factors are related to fluid dynamics, like blood pressure through the valve, blood motion and the vortexes in the vicinity of the valve leaflets, while other are structurally related, like the stiffness of the valve leaflets and their roughness, which is largely associated to the friction with the blood. A hearts valve concentrated parameter model (or 0D model) is used to assess the influence of these factors. Each factor is described as a function of the valves opening angle, and the final model is compared with a diode model. The valve model is embedded in an overall cardiovascular system, which is described through resistances, compliances and inductances, taking into account local effects due to flow friction, elasticity of blood vessels and blood inertia. The hearts chambers are described through a variable elastance model. The simulation results show the curves of pressure, blood flow and volume as well as the opening angle variation of the valve leaflets. These curves are compared with the curves obtained by applying a simple model, with instantaneous opening and closing, resulting in a better matching with the medical literature. It was also found that the main factors influencing the movement of the valves are the pressure differential, the rigidity of the valve leaflets and, at a less important degree, the friction between valve leaflets and the blood.

Technology management as integral part of the health care system (Professionalization of Clinical Engineering in Venezuela)

A partir de la década de los años sesenta, las instituciones médico-asistenciales venezolanas han venido sufriendo un marcado y continuo deterioro en su funcionamiento, especialmente en lo referente a su infraestructura y equipamiento, tanto industrial como médico. Esto se debe, fundamentalmente, a la carencia de una política de gestión de tecnologías por parte de las autoridades del sector salud. El objetivo principal de este trabajo es proponer algunos lineamientos para el establecimiento de un Modelo de Gestión Tecnológica para el sector salud, a través de la implantación de la ingeniería clínica, que permita desarrollar el potencial de las organizaciones de salud a través de un mecanismo práctico y necesario. El artículo presenta una introducción general sobre los principios y conceptos de la gestión tecnológica y su interpretación en el marco de la gerencia hospitalaria. Se propone además un cambio en el paradigma de la actual administración hospitalaria y se incorporan nuevos conceptos que deben ser tomados en cuenta para el adecuado funcionamiento de dichas instituciones como es de la hotelería clínica. Se incluyen además los conceptos sobre los cuales se sustenta el postgrado en ingeniería clínica, necesario para formar los profesionales requeridos para la implementación de las propuestas aquí contenidas.

Since the sixties, Venezuelan medical-care institutions have been suffering a noticeable and continue deterioration in performance, especially in terms of infrastructure and equipment. This is mainly due to the lack of a Health Technologies Management (HTM) policy by the Health Authorities. The main objective of this paper is to propose some guidelines for the establishment of a Technology Management Model for the Health Sector, through the implementation of Clinical Engineering that allows developing the potential of healthcare organizations through a practical and necessary mechanism. This article presents a general introduction to the principles and concepts of Technology Management and its interpretation in the context of hospital management. This proposal suggests a paradigm shift from the current hospital management and incorporates new concepts such as the Clinical Hospitality that must be taken into consideration for the proper functioning of these institutions. Finally, the article includes the concepts that emphasize the importance of training professionals through the Post-graduate course in Clinical Engineering required for the implementation of the proposals contained in this document.

Numerical modeling of the annulus fibrosus: Review state of art

Las lesiones de la columna vertebral han aumentado progresivamente en los últimos años, lo cual ha favorecido el interés en la producción de modelos computacionales que permitan aportar soluciones médicas y orienten en el diagnóstico de ciertas patologías. Uno de los desafíos que pueden encontrarse en el desarrollo de modelos computacionales, es la simulación del comportamiento del disco intervertebral, debido a su compleja estructura. En la literatura existen varias metodologías que se ajustan al comportamiento del mismo. El objetivo principal de este trabajo es resumir las últimas tendencias en el modelaje del disco intervertebral, no con el fin de definir un modelo correcto, sino con el propósito de ofrecer un medio de comparación entre los distintos análisis. Se presenta un breve repaso a la constitución fisiológica del disco, se discutirán diferentes modelos haciendo énfasis en el enfoque teórico y fisiológico empleado en el análisis del comportamiento del disco intervertebral. Finalmente, se establecerán unas breves conclusiones.

Injuries of the vertebral column have gradually increased in recent years, this has favored interest in the production of computer models that provide medical solutions and guide in the diagnosis of certain pathologies. One of the challenges that can be found in the development of computational models is the simulation of the behavior of the intervertebral disc, due to its complex structure. In the literature there are several methodologies that conform to the disc behavior; the main objective of this paper is to summarize recent trends in the modeling of the intervertebral disc, not with the purpose of defining a proper model, but with the idea of offering a means of comparison between the various analyses. Herein a brief review of the physiological constitution of the disc is presented and different models will be discussed with emphasis on the theoretical and physiological approach used in the analysis of the behavior of the intervertebral disc. Finally, a few brief conclusions will be established.

Piezoelectric bone modeling by using the boundary element method

Este trabajo se orientó en cómo las propiedades eléctricas del hueso influyen en el modelado óseo y se explicó cómo el proceso de mecano-regulación y la estimulación eléctrica contribuyeron con el crecimiento, curación y reparación del tejido óseo. En este estudio se usó el Método de Elementos de Contorno (MEC) para materiales piezoeléctricos y se modificaron las ecuaciones para incluir la densidad del hueso, simulando dos ejemplos numéricos: una diáfisis con una fractura y un ostión en progresión. Se analizó cómo se originan cargas eléctricas debido a la influencia mecánica y cómo el proceso de absorción ósea se generó en zonas con cargas positivas, mientras que con cargas negativas fueron asociadas con la formación de hueso. Se pudo concluir que la ausencia de cargas mecánicas hizo que no existan potenciales eléctricos y, a su vez, si el proceso de modelado no se llevó a cabo, el hueso perdió su capacidad de recuperación y su densidad.

In the present work we show the electric properties of bone and how those affect process of bone modeling, explain how the process of mechano-regulation and electric stimulation improve growing, healing and repairing of bone tissues. In this study, we employ the Boundary Element Method (BEM) for piezoelectric materials considering the bone density into the BEM equations. We simulated two examples, a diaphysis with a bone fracture and an osteon in progression. We analyzed what is the origin of the electric potential due the effect of the mechanical load and why the reabsorption process occurs in zones with positive charge while the negative charge is associated to bone formation. We concluded that the absence of mechanical load have impact in the absence of electric potential and, at the same time, the bone modeling process does not occur, leading to a loss in the bone density and its capacity of recuperation.

Proposal of multisegment foot model for gait analysis

El motivo de este trabajo fue desarrollar y evaluar un protocolo para el estudio de la cinemática del pie, modelándolo como un objeto multisegmento. En el mismo, la geometría del pie es dividida en dos partes, el retropié (calcáneo y astrágalo) y el antepié (metatarsos). Esta segmentación supone el manejo de información adicional a la suministrada por el modelo unisegmento (en el que el pie es un solo objeto). El nuevo modelo permitirá al especialista en marcha, diagnosticar con mayor precisión ciertas patologías durante un análisis de miembros inferiores. El protocolo desarrollado no afecta el procedimiento estándar para el análisis de marcha, lo cual es otra ventaja desde un punto de vista operativo, el mismo fue calibrado e implementado durante estudios de marcha convencionales en estrecha colaboración con el Laboratorio de Marcha del Hospital Ortopédico Infantil de Caracas (Venezuela), considerando la interacción entre los segmentos en estudio (tibia, retropié y antepié). Los movimientos que se van a representar entre los segmentos son: supinación y pronación, rotación interna y externa, flexión dorsal y plantar, abducción y aducción, e inversión y eversión. Los análisis de resultados basados en las gráficas representativas del movimiento son prometedores y abren las posibilidades para futuras líneas de investigación en el área.

A new protocol for gait analysis based on multi-segment model of foot was developed. The geometry of the foot is divided in two segments, the rearfoot and forefoot, instead of the standard one-segment model used in gait analysis systems. This model will provide additional information for clinical diagnosis within lower extremities pathologies. This protocol was implemented in the Orthopedic Children Hospital (Caracas-Venezuela) and does not affect the standard procedure, despite additional kinematic parameters to be included. The results are very promising, based on graphic representation of the kinematic parameters during gait motion.