Published

2005-01-01

Analyzing bone regeneration using topological optimization

Análisis del regeneramiento óseo bajo el esquema de optimización topológica

DOI:

https://doi.org/10.15446/ing.investig.v25n1.14617

Keywords:

bony regeneration, topological optimisation, mathematical theory (en)
dominio, optimización topológica, regeneramiento óseo, teoría matermática (es)

Authors

  • Diego Alexander Garzón Alvarado Universidad Nacional de Colombia
  • Máximo Alejandro Roa Garzón Universidad Nacional de Colombia
  • Carlos Alberto Duque Daza Universidad Nacional de Colombia

The present article’s object is to present the mathematical foundations of topological optimization aimed at carrying out a study of bone regeneration. Bone structure can be economically adapted to different mechanical demands responding to topological optimization models (having “minimum” mass and “high” resistance). Such analysis is essential for formulating physical therapy in patients needing partial or total strengthening of a particular bone’s tissue structure. A mathematical model is formulated, as are the methods for resolving it.

El objetivo fundamental del presente artículo es presentar la fundamentación matemática de la optimización topológica para llevar a cabo el estudio del regeneramiento óseo. La estructura ósea posee la capacidad de adaptarse de forma económica (con un “mínimo” de masa y “alta” resistencia) a diversas solicitaciones mecánicas, lo cual responde a modelos de optimización topológica. Dichos esquemas de análisis son esenciales para la formulación de la terapia física en pacientes que necesiten fortalecer parcial o totalmente la estructura del tejido de algún hueso en particular. Inicialmente se formula el modelo matemático y sus métodos de solución.

References

Beer, F; Johnston, E., Mecánica de materiales, Ed. McGraw-Hill, México, Cuarta edición, 1993.

Campo, O., “Análisis de esfuerzos en la interfase implante cemento - hueso (ICH) en una endoprótesis típica de cadera”, Revista El Hombre y la Máquina No. 16, México, 1999.

Cowin, Stephen (editor). Bone Mechanics Handbook. CRC Press Boca Raton (E.U.A), segunda edición, 2001. DOI: https://doi.org/10.1201/b14263

Doblaré, M., et al. “Simulación del proceso de migración en prótesis de cadera mediante un modelo 3d de elementos finitos con rozamiento”, Métodos Numéricos en Ingeniería V (SEMNI), Madrid, quinta edición, 2002.

Duda, George N.; Schneider, Erich.; Chao, Edmund, “Internal Forces and Moments in the Femur During Walking”, J. Biomechanics, Elsevier Science Ltd., Londres, Vol. 30, No. 9, pp. 933-947, 1997. DOI: https://doi.org/10.1016/S0021-9290(97)00057-2

Fernández, Paulo.; Rubén, Rui, “Optimicao de forma de proteses da articulacao da anca”, Métodos Numéricos en Ingenieria V (SEMNI), Madrid, tercera edición, 2002.

Flinn, Richard, Trojan, Paul. Materiales de ingeniería y sus aplicaciones, Ed. McGraw-Hill, México, tercera edición, 1991.

Fondrk, M.T.; Bahniuk, E.H.; Davy, D.T., “A Damage Model for Nonlinear Tensile Behavior of Cortical Bone”. J. Biomechanical Engineering, Transactions of the ASME, Nueva York, Vol. 121, pp. 533-541, 1999. DOI: https://doi.org/10.1115/1.2835084

Gannong, William, Fisiología Médica, Ed. El Manual Moderno, México, décima edición, 1986.

Harris, William.; Sledge, Clement, “Total Hip an Total Knee Replacement”, The New England Journal of Medicine, E.U.A., Vol. 323, No. 11, pp. 725-731,1990. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJM199009133231106

Jacobs, C.; Simo, Juan et al. “Adapatative Bone Remodeling Incorporating Simultaneous Density and Anisotropy Considerations”, J. Biomechanics, Elsevier Science Ltd., Londres, Vol. 30, No. 6, pp. 603-617, 1997. DOI: https://doi.org/10.1016/S0021-9290(96)00189-3

Keyak, Joyce et al., “Prediction of Femoral Fracture Load Using Automated Finite Element MODELING”, J. Biomechanics, Elsevier Science Ltd., Londres, Vol. 21, pp. 125-133, 1997. DOI: https://doi.org/10.1016/S0021-9290(97)00123-1

Sigmund, Ole, “A 99 Line Topology Optimization Code Written in Matlab”, Revista Structure Optimization, Springer Verlag, Vol. 21, pp. 120-127, Lyngby, 2001. DOI: https://doi.org/10.1007/s001580050176

How to Cite

APA

Garzón Alvarado, D. A., Roa Garzón, M. A. and Duque Daza, C. A. (2005). Analyzing bone regeneration using topological optimization. Ingeniería e Investigación, 25(1), 22–29. https://doi.org/10.15446/ing.investig.v25n1.14617

ACM

[1]
Garzón Alvarado, D.A., Roa Garzón, M.A. and Duque Daza, C.A. 2005. Analyzing bone regeneration using topological optimization. Ingeniería e Investigación. 25, 1 (Jan. 2005), 22–29. DOI:https://doi.org/10.15446/ing.investig.v25n1.14617.

ACS

(1)
Garzón Alvarado, D. A.; Roa Garzón, M. A.; Duque Daza, C. A. Analyzing bone regeneration using topological optimization. Ing. Inv. 2005, 25, 22-29.

ABNT

GARZÓN ALVARADO, D. A.; ROA GARZÓN, M. A.; DUQUE DAZA, C. A. Analyzing bone regeneration using topological optimization. Ingeniería e Investigación, [S. l.], v. 25, n. 1, p. 22–29, 2005. DOI: 10.15446/ing.investig.v25n1.14617. Disponível em: https://revistas.unal.edu.co/index.php/ingeinv/article/view/14617. Acesso em: 19 apr. 2024.

Chicago

Garzón Alvarado, Diego Alexander, Máximo Alejandro Roa Garzón, and Carlos Alberto Duque Daza. 2005. “Analyzing bone regeneration using topological optimization”. Ingeniería E Investigación 25 (1):22-29. https://doi.org/10.15446/ing.investig.v25n1.14617.

Harvard

Garzón Alvarado, D. A., Roa Garzón, M. A. and Duque Daza, C. A. (2005) “Analyzing bone regeneration using topological optimization”, Ingeniería e Investigación, 25(1), pp. 22–29. doi: 10.15446/ing.investig.v25n1.14617.

IEEE

[1]
D. A. Garzón Alvarado, M. A. Roa Garzón, and C. A. Duque Daza, “Analyzing bone regeneration using topological optimization”, Ing. Inv., vol. 25, no. 1, pp. 22–29, Jan. 2005.

MLA

Garzón Alvarado, D. A., M. A. Roa Garzón, and C. A. Duque Daza. “Analyzing bone regeneration using topological optimization”. Ingeniería e Investigación, vol. 25, no. 1, Jan. 2005, pp. 22-29, doi:10.15446/ing.investig.v25n1.14617.

Turabian

Garzón Alvarado, Diego Alexander, Máximo Alejandro Roa Garzón, and Carlos Alberto Duque Daza. “Analyzing bone regeneration using topological optimization”. Ingeniería e Investigación 25, no. 1 (January 1, 2005): 22–29. Accessed April 19, 2024. https://revistas.unal.edu.co/index.php/ingeinv/article/view/14617.

Vancouver

1.
Garzón Alvarado DA, Roa Garzón MA, Duque Daza CA. Analyzing bone regeneration using topological optimization. Ing. Inv. [Internet]. 2005 Jan. 1 [cited 2024 Apr. 19];25(1):22-9. Available from: https://revistas.unal.edu.co/index.php/ingeinv/article/view/14617

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