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Prótesis de disco de la próxima generación diseñadas en Mathematica

Objetivo
Investigue soluciones de reemplazo de discos vertebrales.
Solución
Explore un nuevo proceso de diseño de prótesis usando Mathematica.
Impacto
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 una corriente de trabajo completa
Soporte para los formatos estándares en la industria, DICOM y STL
Código mucho más compacto que con otros lenguajes

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 una corriente de trabajo completa 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, 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 como sea necesario, 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 conformales individuales que pueden ser fijadas 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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