Prótesis de disco de la próxima generación diseñadas en Mathematica

Desafío

Investigar soluciones mejoradas de reemplazo de discos vertebrales.

Solución

Explorar un nuevo proceso de diseño de prótesis usando Mathematica.

Globo imaginario inflado entre vértebras

Beneficios

  • Mayor alivio del dolor y mejor movilidad para los pacientes
  • Gran hito en métodos avanzados de tratamiento
  • Continuo desarrollo de aplicaciones de fuente abierta para uso médico

La ventaja de Mathematica

  • Un sistema integrado para un flujo de trabajo completo
  • Soporte para formatos estándares de la industria DICOM y STL
  • Código mucho más compacto que con otros lenguajes
Las imágenes de scan en formato DICOM son importadas a Mathematica y enriquecidas según la necesidad, seguido de un ajuste tridimensional usando un algoritmo "globo" desarrollado en Mathematica.

Aproximadamente entre un 15 y 20 por ciento de las personas viven con dolores de espalda crónicos. Con el creciente éxito del reemplazo de cadera y de rodilla, los investigadores esperan lograr resultados similares para dolencias de la espalda con un reemplazo de disco intervertebral para la columna.

La Universidad Técnica de Eindhoven y la Organización Holandesa para la Investigación Aplicada han desarrollado nuevos algoritmos y un flujo de trabajo completo en Mathematica para construir placas terminales a medida para prótesis de discos. La correcta fijación del disco a la vértebra es de suma importancia para el resultado para el paciente, pero las prótesis actuales son, prácticamente, de diseño en serie. Una alineación imperfecta suele conducir a complicaciones como aumento de presión en la columna, o los discos se gastan rápidamente, entre otras dificultades.

Gracias a los métodos de resonancia magnética 3D y de tomografía axial computarizada (CT scan), puede determinarse sin cirugía la forma exacta para un disco a medida. Esto es posible por una técnica de segmentación que es simultáneamente más precisa y más fácil de entender que otros métodos. Imagine un globo pequeño inflado entre dos vértebras de la columna hasta que se ajusta contra la superficie de las vértebras. Estos contornos pueden ser usados para modelar la geometría de la prótesis requerida.

Las imágenes de scan en formato DICOM son importadas a Mathematica y enriquecidas según la necesidad, seguido de un ajuste tridimensional usando un algoritmo "globo" desarrollado en Mathematica. Los resultados son exportados en formato STL directamente a una máquina CNC, la cual crea placas terminales individuales ajustadas que pueden fijarse a las superficies vertebrales. En estos momentos siguen en marcha tareas investigativas sobre otros aspectos de la prótesis: creación de una articulación flexible, el material de las placas terminales y recubrimientos biocompatibles.

Los investigadores esperan compartir algún día con la comunidad médica esta técnica y el complemento especializado de Mathematica de código abierto. Otras aplicaciones posibles de este método incluyen la segmentación de la forma del cerebro, ventrículos, huesos, dientes u objetos no fisiológicos.


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