El presente trabajo tiene por objetivo el diseño de un dispositivo que permita realizar los ensayos funcionales recomendados según estándares internacionales a los implantes columnares interespinosos. No obstante, dada la complejidad del comportamiento columnar, se restringe a la representación del movimiento de flexoextensión dentro del plano sagital, centrando el diseño en la posibilidad de comparar implantes de manera estandarizada. En este sentido, se presenta un modelo vertebral compuesto por los cuerpos y apófisis superior e inferior con 4 resortes que simulan la rigidez del disco intervertebral. Este modelo es soportado por la estructura del dispositivo que convierte la fuerza axial de la máquina de ensayo en un torque que genera la flexión y extensión requerida. Como primera parte, se realizó la revisión de la fisiología, alteraciones, biomecánica, implantes columnares, dispositivos y protocolos de ensayo para poder elaborar la lista de requerimientos. A pesar de no encontrarse dispositivos, ni estándares especializados en implantes interespinosos, se realizó el diseño en base a las recomendaciones dadas por los estándares ISO y ASTM para ensayos de similar naturaleza. En base a la lista de requerimientos se formularon diversos conceptos solución, de los cuales se escogió la solución más óptima mediante un análisis técnico-económico. El procedimiento de diseño mecánico partió de la geometría recomendada por los estándares. Se necesitó realizar el cálculo geométrico de la posición del cuerpo móvil del dispositivo, para obtener el giro en función al desplazamiento axial de la máquina de ensayo. En base al movimiento generado, se calcularon las reacciones por compresión en los resortes y el implante, y mediante las ecuaciones de equilibrio se pudo obtener la fuerza del actuador axial necesaria y las fuerzas generadas en cada elemento. Posteriormente se calcularon los esfuerzos críticos, verificando cada elemento a fluencia y fatiga, así como las deformaciones permisibles del dispositivo. Finalmente, como resultado del trabajo se obtuvo el diseño del sistema mecánico: formas geométricas y materiales definidos, selección de componentes estandarizados, así como los planos de despiece y ensamble del diseño. El costo total para desarrollar este proyecto se ha estimado en alrededor de USD 4,850, tomando en cuenta los costos de diseño, compra de materiales y componentes, costos de fabricación e imprevistos.

El presente trabajo conlleva el diseño conceptual de un módulo de ensayos para prótesis transtibial que permite emular condiciones de marcha en superficies planas, inclinadas y con irregularidades. Este trabajo surge de la necesidad de verificar mediante ensayos la funcionalidad de prótesis transtibiales que lleguen a ser fabricadas en el país, lo cual no está contemplado en una normativa internacional, dado el incremento en la fabricación de estas por parte del INR y de la producción científica orientada a este ámbito. Asimismo, aborda problemas que surgen de los ensayos en pacientes amputados como el incremento de costos y tiempo, trámites complicados, y falta de repetitividad. El proceso de diseñó está basado en la Norma Alemana VDI 2206 culminando en la selección y detalle del concepto de solución óptimo. Así, se sientan las bases para continuar con el diseño definitivo mediante la ingeniería de detalle en trabajos futuros. Además, el diseño de la máquina está orientado a emular ciclos de marcha en las condiciones requeridas obteniendo información mediante sensores de fuerza y unidades de medición inercial, con lo cual se podrá verificar la funcionalidad de las prótesis prescindiendo de ensayos en humanos en primera instancia.

The somatosensory system of mammals includes sensory hairs (vibrissae) for tactile perception during near field exploration. Interacting with the environment, the tactile hair transfers mechanical stimuli to the hair follicle (follicle-sinus complex). The follicle-sinus complex transduces the singnals and transmits them to the central nervous system. Rats, e.g., are able to characterize objects with regard to their surface and geometric shape. Inspired by the biological paragon, the implementation of a vibrissa-like tactile sensor is an object of engineering research. According to the sensory organ, the function of a technical vibrissa is based on the recording of stimuli by the artificial hair shaft and their measurement at the support. This enables the detection of technically relevant information. In this context, the present work focuses on the task of object contour reconstruction. For that purpose, the support reactions are determined during scanning of an object. Previous investigations have been restricted on scanning objects with convex contours. This is due to the limitation of mechanical models to single-point contact scenarios. Goal of the present work is the consideration of multiple contact points between sensor shaft and object contour. The sensor shaft is modelled as a Euler-Bernoulli beam. The mathematical/theoretical description of the deformation of the beam during quasi-static scanning results in a multipoint boundary value problem with switching point. In order to simulate scanning sweeps along two different object types, the corresponding multipoint boundary value problems are solved by applying a shooting method incooperating a Runge Kutta Method of 4th order. The support reactions are calculated during scanning. It shows that multi-point contacts can be identified in the support reactions. The simulation is validated by experiments using selected examples.

Verschiedene Säugetiere, so auch Ratten, verfügen an ihren Pfoten über Tasthaare, die sog. karpalen Vibrissen. Untersuchungen der Fortbewegung von Ratten haben gezeigt, dass der Kontakt zwischen den karpalen Vibrissen und dem Untergrund Einfluss auf das Fortbewegungsverhalten der Tiere hat. Karpale Vibrissen bestehen aus einem Haarschaft und einem Follikel. Der Haarschaft ist lang, schlank, elastisch und im Follikel gelagert, in dem sich die Mechanorezeptoren befinden. Ausgehend von Vorarbeiten der Fachgebiete BiomechatronikundTechnischeMechanikderTechnischenUniversitätIlmenausowieder Section of Mechanical Engineering, Pontificial Catholic University of Peru, wurde ein mech- anisches Modell einer karpalen Vibrisse erstellt. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, die imFollikelwirkendenKräfteundMomente währendder FortbewegungeinerRatte zu bestimmen. Aus den ermittelten Signalen sollen Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Kontaktes zwischen Haarschaft und Oberfläche gezogen werden. Hierzu wurde die in einer Vorarbeit ermittelte Bewegungsbahn einerRattenpfotemitdem indieserArbeit erstellten mechanischen Modell kombiniert. Die daraus entstandene invers dynamische Analyse wurde im Mehrkörpersimulationsprogramm ALASKA durchgeführt. Da nicht alle Eigenschaften und Parameter des biologischen Vorbilds bekannt sind, wurden z.B. der Reibkoeffizient, die Lagerungseigenschaften oder die Materialeigenschaften des Haarschaftes variiert. Als Ergebnis der durchgeführten Parameterstudien konnten verschiedene Einflüsse bestätigt werden. Hierbei zeigen sich u. a. Effekte wie eine Änderung der Signalstärke sowie Än- derungen in der Kontaktzeit. / Variousmammals, e.g. rats, have tactile hairs on their paws, the so-called carpal vibrissae. Studies of the locomotion ofrats have shown that the contact between the carpal vibrissae and the ground have an influence on the locomotion behaviour of the animals. Carpal vibrissae consist of a hair shaft and a follicle. The hair shaft is long, slender, elastic and is located in the follicle. The follicle includes the mechanoreceptors. A mechanical model of acarpalvibrissawasdesignedonthebasisofpreliminaryworks fromtheBiomechatronics Group and Technical Mechanics Group of the Technische Universität Ilmenau and the Section of Mechanical Engineering, Pontificial Catholic University of Peru. The objective ofthepresent work is to determine the forces and moments acting in the follicle during the locomotion of a rat. From the determined signals, conclusions could be drawn about the nature ofthe contact between hair shaft and surface. Forthis purpose, the in a preliminary work determined trajectory of a rat’s paw was combined with the in this work created mechanical model. The resulting inverse dynamic analysis was performed in the multi-body simulation program ALASKA. Since not all properties and parameters of the biological model are known, e.g.,the coefficient offriction,the support characteristics orthematerial properties of the hair shaft were varied. As a result of the parameter studies, various influences could be confirmed. Amongst other things, effects had been shown, such as a change in signal strength and changes in contact time. / Tesis

En el área de la medicina moderna, la manufactura aditiva es uno de los procesos de fabricación más empleados debido a la versatilidad que brindan para adaptar componentes médicos a la necesidad de cada paciente, así como el uso de diversos materiales. Sin embargo, la información referente al comportamiento mecánico de estos componentes frente a la aplicación de cargas en distintas direcciones no es suficiente para su uso efectivo en algunas aplicaciones de esta área, debido a que presentan un comportamiento anisotrópico y en consecuencia existen direcciones críticas donde la pieza fabricada podría fallar; como es el caso del diseño y la fabricación de prótesis. De esta forma, este trabajo permitirá cumplir con los objetivos del proyecto: “Optimización del uso de polímeros sintéticos en procesos de manufactura aditiva mediante modelos de simulación computacional y técnicas de caracterización de materiales. Caso de estudio: aplicaciones médicas prótesis de mano”. El presente trabajo tiene como objetivo caracterizar, mediante ensayos de tracción, el comportamiento anisotrópico de especímenes fabricados mediante manufactura aditiva, a partir de filamentos de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), poliamida 6 (PA6) y estos mismos reforzados con fibras de carbono (CF): ABS/CF y PA/CF. Para ello, se realizaron ensayos de tracción y análisis termogravimétrico a los materiales iniciales para la fabricación (filamentos) y se seleccionaron los parámetros óptimos de impresión para los 4 materiales obtenidos en una investigación anterior: velocidad de deposición, temperatura de impresión, altura de capa y patrón de impresión. Posteriormente, se definieron las 6 orientaciones de impresión que permitirán obtener las 9 constantes elásticas que rigen el comportamiento anisotrópico de los especímenes. Por último, se fabricaron probetas de los 4 materiales en las distintas orientaciones definidas y se procedió a realizar los ensayos de tracción correspondientes a cada espécimen fabricado. Como resultado del trabajo, se concluyó que la adición de fibras de carbono en la matriz polimérica incrementa el valor del módulo elástico en las direcciones donde la carga y la orientación de impresión son paralelas. Sin embargo, en direcciones donde la carga es perpendicular a orientación de impresión, el módulo disminuye. Además, la adición de estas fibras presentó un mayor incremento del módulo para la PA (3.9 veces) a comparación del ABS (1.5 veces).

El objetivo principal es la generación de criterios de mejora en seguridad y confort para la movilidad peatonal basados en la aplicación de la biomecánica y del estudio de la percepción. La tesis se centra fundamentalmente en resolver uno de los problemas de seguridad con peores consecuencias durante la deambulación peatonal: las caídas, contemplando entre otras cuestiones la relación entre el peatón y su entorno, todo ello desde un análisis profundo de cuáles son los perfiles con requisitos intrínsecos más exigentes y cuáles son las condiciones de mayor riesgo con los que desarrollar criterios seguros para todos. Además se ha explorado si existen otros criterios más allá del rango mínimo de fricción que provoquen un efecto negativo en la deambulación segura y confortable, concretando cuál podría ser dicho efecto en los peatones incluyendo una aproximación a los mecanismos de interpretación de la seguridad y de la fricción percibida. En la tesis se ha hecho especial hincapié sobre todo en aquellos perfiles más sensibles de sufrir una caída. Para resolver las hipótesis se han empleado metodologías que van desde la biomecánica clásica de la marcha humana, el análisis lineal y no lineal de la variabilidad, el desarrollo de sistemas de medida de la fricción dinámica de superficies, y el análisis de la percepción subjetiva del entorno a través de técnicas kansei. Los resultados arrojan las siguientes conclusiones: " Las propiedades de fricción son capaces de afectar al patrón de marcha de las personas influyendo en su confort y seguridad. " Existen diferentes patrones de deambulación asociados a personas con movilidad reducida con requerimeintos más exigentes que que no están incluidos en las normas nacionales e internacionales " La fricción requerida por personas con deambulación reducida es significativamente mayor que la de las personas sin problemas de movilidad. Siendo las personas con amputación de extremidades inferiores las que requieren la máxima fricción. / Zamora Alvarez, TA. (2012). Análisis biomecánico y perceptivo de la movilidad peatonal para fijar límites de seguridad y confort en la fricción de pavimentos urbanos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/15187

El síndrome del latigazo cervical (SLC), es una de las lesiones que se produce con mayor frecuencia. Esta situación supone un grave problema socio-económico, y que representa la intervención de diversos estamentos como el de la sanidad pública, entidades aseguradoras, juzgados, clínicas médicoforenses, etc. Además, también plantea problemas para su diagnóstico. Así, ocurre con frecuencia que el paciente se queja de dolor y el médico no es capaz de objetivar la lesión que lo produce, esto acarrea dudas a la hora de analizar las posibles secuelas y como estas afectan a la ocupación laboral y/o actividades personales del paciente, para poder calcular una posible compensación económica, reclamación o petición de incapacidad. El enfoque tradicional de la valoración y objetivación del SLC se ha realizado a partir del análisis de la movilidad por medio de protocolos estáticos y como única variable el rango de movimiento, mientras que otras características como la velocidad, la aceleración, la variabilidad y la naturalidad del movimiento han sido muy poco o nada exploradas. Además, tampoco se ha realizado un análisis profundo de la influencia de la edad y el género sobre dichas variables. Por tal motivo, el principal objetivo de la presente tesis ha sido el desarrollo de un nuevo método, basado en el estudio cinemática del movimiento cíclico, para la valoración biomecánica del estado funcional de la columna cervical de un modo objetivo, fiable y repetible. La muestra de estudio se compuso de tres grupos, un primer grupo de 50 personas sanas, sin antecedentes de dolor cervicaL Un segundo grupo de 43 pacientes con dolor cervical crónico por un antecedente traumático de latigazo cervical, clasificados en los grados II y III de la escala de Quebec. Por último, un grupo de simulación, que se conformó con personas que habían padecido un SLC y que se les pidió que intentaran reproducir el patrón de movilidad cervical que tenian en las fases más agudas de dolor..................... / Baydal Bertomeu, JM. (2012). Cinemática del raquis cervical. Definición de patrones de movimiento para la valoración funcional en el síndrome del latigazo cervical [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18341

The breast is the most distinctive organ of women¿s anatomy, and it is vital to support lactation. It is also an important organ in the social relations and affective life of women. For these reasons, the studies related to women¿s breasts have an undoubtable social importance, and this fact propitiates the collaboration of multidisciplinary research teams and synergy between medical and engineering knowledge and techniques. The research conducted in the present thesis addresses the study and computerized simulations of breast biomechanics through the use of the finite element method. Given that the breast is a complex organ, this study focuses on breast mechanical aspects analyzed from two real clinical situations of two patients. The first analysis consists of the study of a breast affected by a tumor. A mammography is simulated, and the results of the simulation are compared with those obtained during the clinical practice. In the second analysis, an augmentation mammoplasty is simulated, describing the computer model of a patient before the intervention. In this study, the role played by computer simulations in the prediction of clinical outcomes in both case studies is enforced. There are a vast number of studies concerning mammography simulations, but not in the field of augmentation mammoplasties. Moreover, there are still many computational aspects which need further analysis and research. Female breasts are heterogeneous organs consisting of soft tissues that provide a complex mechanical response. In the present thesis, and with the aim of correctly performing the corresponding computer simulations, a hyperelastic formulation of the breast tissues is used, and the equations are implemented in non-linear finite element models. The subsequent and necessary validation of the simulations is done by comparing the simulation results with the clinical outcomes of the patients / Lapuebla Ferri, A. (2013). Biomecánica de la mama: aplicación del método de los elementos finitos a la localización de tumores en mamografías y a la simulación de mamoplastias de aumento [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32957

[EN] Shoulder pain is one of the most common conditions, affecting approximately 16% to 25% of the general population over the age of 50. Individualized treatment plans and preventative strategies are required using objective, reliable and accurate tools to detect minimal changes in patients' functional ability. However, the most commonly used tools for the functional assessment of shoulder pain patients have been shown to have limitations. The use of functional questionnaires may lead to subjective scoring and the reliability of goniometers is low. Human movement analysis using photogrammetry provides great accuracy and reliability. Although there is some evidence for the usefulness of this technique in the assessment of shoulder pain, the complexity of the technology and the measurement protocols have been an obstacle to its implantation within the clinical context. The purpose of this study is to develop a methodology for functional assessment of the shoulder joint based on kinematic analysis. The measurement procedures should meet the main requirements of the clinical setting and provide a differential value in comparison with the most commonly used clinical tools. With this aim, a simplified measurement procedure has been defined in order to measure the humeral elevation in the scapular plane executed with two different weights: 250 g and 1 kg. To assess shoulder functionality three types of variables were calculated: (i) descriptive movement variables; (ii) execution rhythm variables and iii) variability variables. A comparison of reliability in the description of humerothoracic motion during elevation in the scapular plane was made using the YX¿Y¿¿ and XZ¿Y¿¿ sequences and the attitude vector. A reproducibility study was performed in order to determine the reliability and agreement of the measurement procedure. The effect of age, gender, dominance and the magnitude of the weight handled in the motion of the healthy group was analyzed. Normal patterns were obtained to be used as a reference to evaluate the performance of subjects with shoulder pain. Finally, the sample of patients was divided into two levels of functionality (based on the DASH score) and, in a second study, the same sample was classified by diagnosis (tendinitis of the rotator cuff and rotator cuff tears). In both cases, we assessed the capacity of the kinematic variables to discriminate between groups, comparing the results with the outcomes of functional questionnaires, goniometry and dynamometry. The XZ¿Y¿¿ sequence presented the best results in the description of the humerothoracic elevation in the scapular plane. The measurement procedures presented high reliability and agreement in all the variables studied. The weight handled was the only factor that affected the motion of the healthy group, as no significant effect of gender, dominance and age was found. The comparison between healthy people and people with shoulder injuries showed differences in all the kinematic variables. Moreover, patients presented higher sensitivity to the increment of the weight handled. A larger effect was observed in the kinematic variables compared with the clinical variables when the pathologic group was divided according to level of functionality and diagnosis. The variability variables and the descriptive movement variables presented the best ability to differentiate between the two levels of functionality. In the analysis of the two diagnosis groups none of the clinical variables showed differences. In contrast, some of the kinematic variables were able to discriminate between the two groups. In particular, the execution rhythm variables presented the best results. The results of this study show promising progress in the development of objective methods of functional assessment of the shoulder with the aim of providing the clinical community with more precise and sensitive measures that enhance the management of rehabilitation treatments. / [ES] El dolor de hombro es una de las patologías que con más frecuencia afecta a la población ya que se estima que entre el 16% y 25% de los mayores de 50 años lo padecen. La eficacia de los planes de prevención y tratamiento depende de la existencia de herramientas objetivas, válidas y reproducibles y que sean capaces de detectar mínimos cambios en el estado funcional del paciente. Sin embargo, los instrumentos utilizados habitualmente presentan ciertas limitaciones. Los cuestionarios tienen la desventaja de la subjetividad en cuanto a la puntuación del paciente. Por otra parte, los goniómetros presentan una baja reproducibilidad. El análisis de movimientos humanos mediante fotogrametría tiene una alta precisión y fiabilidad y, existen evidencias de su utilidad para la valoración del hombro doloroso, pero la complejidad de la técnica y de los protocolos de medida ha sido un obstáculo para su implantación en el ámbito clínico. El objetivo del presente trabajo es desarrollar una metodología de valoración funcional de la articulación del hombro, basada en técnicas de análisis cinemático, que se adapte a los requerimientos fundamentales del ámbito clínico y que aporte un valor diferencial en comparación con las herramientas clínicas habituales. Con este fin se ha definido un procedimiento de medida simplificado, para medir la elevación humeral en el plano de la escápula, ejecutada con dos pesos distintos, de 250 g y 1 kg. Para valorar la funcionalidad del hombro se calcularon tres tipos de variables: (i) las descriptivas del movimiento; (ii) las de ritmo de ejecución del gesto y (iii) las variables de variabilidad. Se ha realizado una comparación de la fiabilidad en la descripción del movimiento usando las secuencias de Euler YX¿Y¿¿ y XZ¿Y¿¿ y el vector orientación. Se ha llevado a cabo un estudio de reproducibilidad del procedimiento de medida. Se ha analizado el efecto de la edad, el sexo, la dominancia y la magnitud de la carga levantada en sujetos sanos. Se ha comparado el movimiento de los pacientes con lesión del hombro, con los valores de referencia de sujetos sanos. Por último, se realizaron dos subgrupos de la muestra de sujetos con patología de hombro: (i) según el nivel de funcionalidad y (ii) según el diagnóstico. En cada caso, se analizó la capacidad de las variables cinemáticas para discriminar entre los subgrupos definidos, contrastando los resultados con las variables obtenidas de la valoración mediante cuestionarios, goniometría y dinamometría. Se seleccionó la secuencia de Euler XZ¿Y¿¿ para representar el movimiento, por presentar los errores más bajos. El procedimiento de medida demostró una elevada reproducibilidad en todas las variables. El análisis en personas sanas, indicó que no existe una influencia del sexo, la dominancia y la edad en el gesto estudiado. Sí se encontró un efecto significativo del peso levantado. La comparación entre personas sanas y con lesión del hombro mostró diferencias en todas las variables cinemáticas. Además, los pacientes mostraron mayor sensibilidad al peso manejado. Al dividir el grupo patológico, se observó un mayor efecto en las variables cinemáticas que en las variables clínicas, tanto del nivel de funcionalidad como del diagnóstico. Las variables de variabilidad y las descriptivas del movimiento fueron las que mejor discriminaron entre ambos niveles de funcionalidad. Al estudiar los dos subgrupos de diagnóstico no se encontró ninguna diferencia en las variables clínicas. Por el contrario, la valoración cinemática sí mostró resultados distintos, siendo las variables del ritmo de ejecución del movimiento las que mostraron mayores diferencias entre los dos grupos. Los resultados de este trabajo resultan prometedores para progresar en el desarrollo de métodos objetivos de valoración funcional del hombro que proporcionen a la comunidad clínica medidas más precisas y sensibles que permitan mejorar la / [CA] El dolor de muscle és una de les patologies que amb més freqüència afecta la població ja que s'estima que entre el 16% i 25% dels majors de 50 anys el patixen. Este fet fa necessari que s'establisquen plans de prevenció i tractament individualitzats, per a la qual cosa és imprescindible disposar de ferramentes objectives, vàlides i reproduïbles i que siguen capaços de detectar mínims canvis en l'estat funcional del pacient. Els instruments utilitzats habitualment en l¿avaluació funcional del pacient amb dolor de muscle presenten certes limitacions. Els qüestionaris tenen el principal desavantatge de la subjectivitat en la puntuació del pacient. D'altra banda, els goniòmetres permeten una mesura objectiva del rang articular, encara que presenten una baixa reproduïbilitat. L'anàlisi de moviments humans amb fotogrametria té una alta precisió i fiabilitat i, a més, permet estudiar alteracions en el moviment del pacient al llarg de tot el gest i no únicament valorar el resultat final del mateix (i.e. rang articular). Hi ha evidències de la seua utilitat per a la valoració del muscle dolorós, però la complexitat de la tècnica i dels protocols de mesura han sigut un obstacle per a la seua implantació en l'àmbit clínic. L'objectiu del treball és desenvolupar una metodologia de valoració funcional de l'articulació del muscle, basada en tècniques d'anàlisi cinemàtic, que s'adapte als requeriments de l'àmbit clínic i que aporte un valor diferencial en comparació amb les ferramentes clíniques habituals. Amb aquesta finalitat s'ha definit un procediment de mesura de l¿elevació humeral en el plànol de l¿escàpula simplificat, executat amb dos pesos, 250 g i 1 kg. Per valorar-lo es van calcular tres tipus de variables: (i) descriptives del moviment; (ii) de ritme d'execució del gest i (iii) de variabilitat. S'ha realitzat una comparació de la fiabilitat en la descripció del moviment emprant les seqüències d'Euler YX¿Y¿¿ i XZ¿Y¿¿ i el vector orientació. S¿ha portat a terme un estudi de reproduïbilitat. S¿ ha analitzat el efecte dels factors edat, sexe, dominància i càrrega en subjectes sans. S¿han definit uns valors de referència en subjectes sans usats per avaluar el moviment d¿elevació humeral en el plànol escapular en pacients amb lesió de muscle. Per últim, s¿ha classificat la mostra amb patologia de muscle segons: (i) el nivell de funcionalitat i (ii) el diagnòstic, (tendinitis o trencament del maneguet rotador), amb dos categories cadascuna. En ambdues classificacions s¿ analitzà la capacitat de les variables cinemàtiques per discriminar entre categories. Els resultats es contrastaren amb les variables clíniques (qüestionaris, goniometria i dinamometria). Es va seleccionar la seqüència d'Euler XZ¿Y¿¿ per presentar uns errors més baixos. El procediment de mesura demostrà una elevada fiabilitat a totes les variables. L¿anàlisi amb persones sanes indicà que no existeix una influència significativa del sexe, la dominància i l¿edat en el gest però sí del pes. La comparació entre persones sanes i amb lesió de muscle mostrà diferències en totes les variables cinemàtiques. A més, els pacients presentaren una major sensibilitat al pes suportat. Quan es dividí el grup patològic, es va observar un major efecte en les variables cinemàtiques que en les clíniques, en ambdues classificacions (nivell de funcionalitat i diagnòstic). Les variables de variabilitat i descriptives del moviment foren les que millor discriminaren entre els nivells de funcionalitat. En estudiar els dos subgrups de diagnòstic no es va trobar cap diferència en les variables clíniques però sí amb la valoració cinemàtica, sent les variables del ritme d¿execució les més discriminants. Els resultats d¿aquest treball esdevenen prometedors per progressar en el desenvolupament de mètodes objectius de valoració funcional del muscle que proporcionen a la comunitat clínica / Lopez Pascual, J. (2015). Caracterización cinemática de la elevación humeral en el plano escapular. Definición de patrones de normalidad y análisis del gesto patológico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48880

[EN] Bone fracture is a social health problem of increasing magnitude because of its prevalence in aged population due to osteoporosis. Bone quality is often characterized by bone mineral density (BMD) measured at cancellous bone regions using dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). However, BMD alone cannot predict several cases because not only density is important, but also microstructure plays an important role in cancellous bone strength. The mechanical properties can be used as indicators of bone integrity as a function of age, disease or treatment. Therefore, cancellous bone fracture characterization and its relationship to microstructure has not been completely solved in the literature and is relevant to improve fracture prediction. In this thesis, we aim at characterizing cancellous bone morphometry and mechanical behavior. Morphometry is estimated through the analysis of micro-computed tomography (micro-CT) images of vertebral cancellous bone specimens. With regards to the mechanical behavior, we calculate elastic, yield and failure properties at the apparent and tissue levels. To determine them, we followed different approaches: compression tests, finite element models and micro-CT phantoms. We have developed finite element models that reproduce the elastic and failure response of cancellous bone under compression conditions. We modeled failure as a combination of continuum damage mechanics and the element deletion technique. The numerical models permitted to estimate elastic and failure properties. Failure properties were consistent with results reported in the literature. Specifically, our results revealed that yield strain is relatively constant (0.7 %) over a range of apparent densities, while failure strain presents a wider range of variation. A single strain parameter (equivalent strain) was found as an accurate descriptor of cancellous bone compression failure. Image-based numerical models usually need for the action of a technician to segment the images. Therefore, we studied the sensitivity to variations of the segmentation threshold on the morphometry and the elastic properties of vertebral cancellous bone specimens of different bone volume fractions. The apparent modulus is highly sensitive to the segmentation threshold. We report variations between 45 and 120 % for a ± 15 % threshold variation. Other parameters, such as BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D and fractal dimension were influenced significantly. Digital image correlation (DIC) was applied to images taken during compression testing to analyze displacement fields at failure and characterize them. Some variables were explored to describe failure and a study is done about how DIC parameters influence the strain field obtained. Facet and step sizes have a relevant effect on the failure strain estimation, and an increment of both parameters reduces the strain estimation up to 40 %. Besides, several parameters combination led to correct failure pattern detection, so values reported in the literature should be referred to the parameters used. Furthermore, we explored if cancellous bone microstructure acts (non-speckle/texture approach) as a proper pattern to calculate displacements using DIC technique. As regards relationships between microstructure and mechanics, single and multiple parameter analysis were performed to assess the morphometric variables that control the explanation of mechanical properties variation. Bone volume fraction (BV/TV), bone surface to volume ratio (BS/BV), mean trabecular thickness (Tb.Th) and fractal dimension (D) presented the best linear correlations to the elastic properties, while both the yield and failure strains did not show correlation to any morphometric parameter. The regressions obtained permit to estimate those mechanical properties that describe the state of a specimen. / [ES] Las fracturas óseas constituyen un problema social de salud con magnitud creciente por su prevalencia en la población de edad avanzada debido a la osteoporosis. La calidad del hueso suele caracterizarse mediante la estimación de la densidad mineral ósea (DMO) en regiones de hueso trabecular, utilizando absorciometría de rayos X de energía dual (DXA). No obstante, la DMO por si sola no es capaz de predecir numerosos casos de fractura porque no solo importa la pérdida de densidad, sino que la microestructura también tiene un papel principal en la resistencia del hueso. Las propiedades mecánicas del hueso pueden usarse como indicadores de su integridad en función de la edad, enfermedad o tratamiento. Por lo tanto, la caracterización de la fractura de hueso trabecular y su relación con la microestructura no se ha resuelto de forma completa en la literatura y es relevante para mejorar las predicciones de fractura. En esta tesis, nuestro principal objetivo es caracterizar la morfometría y el comportamiento mecánico del hueso trabecular. Estimamos la morfometría a través del análisis de imágenes obtenidas por micro tomografía computerizada (micro-CT) de muestras de hueso trabecular vertebral de cerdo. Respecto al comportamiento mecánico, calculamos propiedades elásticas, de plasticidad y fractura a escala aparente y de tejido. Para determinar esas propiedades, hemos seguido diferentes procedimientos: ensayos a compresión, modelos de elementos finitos y fantomas de calibración micro-CT. Los modelos de elementos finitos desarrollados reproducen la respuesta elástica y de fallo bajo condiciones de compresión en hueso trabecular, modelando el fallo como combinación de mecánica del daño contínuo y la técnica de eliminación de elementos. Los modelos numéricos desarrollados han permitido estimar propiedades elásticas y de fallo. En concreto, las deformaciones de inicio de fallo estimadas son relativamente constantes para las muestras analizadas (0.7 %), mientras que las deformaciones últimas de fallo presentan un rango de variación mayor. Por otro lado, encontramos que la deformación equivalente es el descriptor más preciso del fallo a compresión del hueso trabecular. Normalmente, los modelos numéricos basados en imágenes suelen necesitar la acción de un técnico para segmentar las imágenes. En este sentido, estudiamos la sensibilidad de la morfometría y la estimación de propiedades elásticas ante variaciones en el umbral de segmentación en muestras con distinta fracción en volumen. Hemos obtenido que la rigidez aparente es muy sensible a cambios en el umbral de segmentación, con variaciones entre 45 y 120 % para una variación de ± 15 % del umbral de segmentación. Otros parámetros, como BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D y la dimensión fractal se ven afectados significativamente. Por otro lado, hemos aplicado la técnica correlación digital por imagen (DIC) para caracterizar campos de desplazamientos en el fallo a compresión del hueso trabecular, a partir del análisis de imágenes tomadas durante el ensayo de las muestras. Además, estudiamos la influencia de algunos parámetros de la técnica DIC en el campo de deformaciones obtenido. También, hemos explorado la aplicación DIC sin el uso de moteado, utilizando como patrón de reconocimiento la propia microestructura trabecular. En relación al estudio de la influencia de la microestructura en la respuesta mecánica, hemos calculado correlaciones de uno y varios parámetros para analizar qué variables morfométricas explican la variación de las propiedades mecánicas. La fracción en volumen de hueso (BV/TV), la relación entre el área y el volumen de hueso (BS/BV), el espesor trabecular medio (Tb.Th) y la dimensión fractal (D) presentan las mejores correlaciones lineales respecto a las propiedades elásticas, mientras que las deformaciones de inicio de plasticidad y fractura no mostraron correlación con ningún parámetro morfométrico. / [CA] Les fractures òssies constitueixen un problema social de salut amb magnitud creixent per la seua prevalença en la població d'edat avançada a causa de l'osteoporosi. La qualitat de l'os sol caracteritzar-se mitjançant l'estimació de la densitat mineral òssia (DMO) en regions d'os trabecular, utilitzant absorciometria de raigs X d'energia dual (DXA). No obstant això, la DMO per si sola no és capaç de predir nombrosos casos de fractura perquè no sols importa la pèrdua de densitat, sinó que la microestructura també té un paper principal en la resistència de l'os. Les propietats mecàniques de l'os poden usar-se com a indicadors de la seua integritat en funció de l'edat, malaltia o tractament. Per tant, la caracterització de la fractura d'os trabecular i la seua relació amb la microestructura no s'ha resolt de manera completa en la literatura i és rellevant per a millorar les prediccions de fractura. En aquesta tesi, el nostre principal objectiu és caracteritzar la morfometria i el comportament mecànic de l'os trabecular. Estimem la morfometria a través de l'anàlisi d'imatges obtingudes per micro tomografia automatitzada (micro-CT) de mostres d'os trabecular vertebral de porc. Respecte al comportament mecànic, calculem propietats elàstiques, de plasticitat i fractura a escala aparent i de teixit. Per a determinar aqueixes propietats, hem seguit diferents procediments: assajos a compressió, models d'elements finits i fantomas de calibratge micro-CT. Hem desenvolupat models d'elements finits que reprodueixen la resposta elàstica i de fallada sota condicions de compressió en os trabecular, modelant la fallada com a combinació de mecànica del dany continu i la tècnica d'eliminació d'elements. Els models numèrics desenvolupats han permés estimar propietats elàstiques i de fallada. Les nostres estimacions respecte a propietats de fallada són consistents amb valors reportats en la literatura. En concret, les deformacions d'inici de fallada estimades són relativament constants per a les mostres analitzades (0.7 %), mentre que les deformacions últimes de fallada presenten un rang de variació major. D'altra banda, trobem que la deformació equivalent és el descriptor més precís de la fallada a compressió de l'os trabecular. Els models numèrics basats en imatges solen necessitar l'acció d'un tècnic per a segmentar les imatges. En aquest sentit, estudiem la sensibilitat de la morfometria i l'estimació de propietats elàstiques davant variacions en el llindar de segmentació en mostres amb diferent fracció en volum. Hem obtingut que la rigidesa aparent és molt sensible a canvis en el llindar de segmentació, amb variacions entre 45 i 120 % per a una variació de ± 15 % del llindar de segmentació. Altres paràmetres, com BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D i la dimensió fractal es veuen afectats significativament. D'altra banda, hem aplicat la tècnica correlació digital per imatge (DIC) per a caracteritzar camps de desplaçaments en la fallada a compressió de l'os trabecular, a partir de l'anàlisi d'imatges preses durant l'assaig de les mostres. A més, estudiem la influència d'alguns paràmetres de la tècnica DIC en el camp de deformacions obtingut. També, hem explorat l'aplicació DIC sense l'ús de clapejat, utilitzant com a patró de reconeixement la pròpia microestructura trabecular. En relació a l'estudi de la influència de la microestructura en la resposta mecànica, hem calculat correlacions d'un i diversos paràmetres per a analitzar quines variables morfomètriques expliquen la variació de les propietats mecàniques. La fracció en volum d'os (BV/TV), la relació entre l'àrea i el volum d'os (BS/BV), la espessor trabecular mitjà (Tb.th) i la dimensió fractal (D) presenten les millors correlacions lineals respecte a les propietats elàstiques, mentre que les deformacions d'inici de plasticitat i fractura no van mostrar correlació amb cap paràmetre morfomètric. / Belda González, R. (2020). Mechanical and morphometric characterization of cancellous bone [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149376