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Título : Diseño de modelado numérico para optimización de ubicación de puntos de fijación en implantes craneales
Autor : Miranda Salas, Leonardo David
Castro Peñaranda, Juan Felipe
Helguero Alcívar, Carlos Gabriel, Director
Palabras clave : Craneoplastia
Tornillos craneales
Análisis de elementos finitos
Interpolación RBF
Autodesk Inventor Nastran
Fecha de publicación : 2025
Editorial : ESPOL.FIMCP
Citación : Miranda Salas L.D, Castro Peñaranda J.F. (2025) Diseño de modelado numérico para optimización de ubicación de puntos de fijación en implantes craneales [Proyecto Integrador] Escuela Superior Politécnica del Litoral. Guayaquil, 120 páginas
Resumen : CONDITION FOR PUBLICATION OF PROJECT. This project develops an algorithm for determining the optimal locations of fixation points in cranial implants, integrating engineering-based criteria to increase the structural safety of the implant-fixation assembly, with aim of supporting clinical expertise. The central hypothesis is that evaluating all possible anchorage combinations, based on stress analysis and safety factors, makes it possible to identify more reliable configurations than empirical selections, particularly when considering materials manufactured through additive manufacturing. The methodology was developed using Autodesk Fusion, where the point cloud was extracted and classified into safe zones according to medical criteria; a Python-based code was used to fit the data to a representative surface through radial basis function (RBF) interpolation to estimate surface-normal directions of the implant. In parallel, the reaction loads for each anchorage combination were obtained through the combined use of Python and Autodesk Inventor Nastran, employing finite element analysis (FEA) static simulations under an applied external force of 50 N, resulting in a total of 1728 evaluated combinations. As a result, the algorithm outputs all critical safety factors and a preferential failure criterion, additionally quantifying a robustness percentage for a total of eight patient specific implants. In conclusion, the proposed methodology constitutes a reproducible and verifiable basis for recommending fixation points with greater safety and consistency across patients. Keywords: Cranioplasty, cranial screws, finite element analysis, RBF interpolation, Autodesk Inventor Nastran
Descripción : CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. El presente proyecto desarrolla un algoritmo para la determinación de las ubicaciones optimas de puntos de fijación en implantes craneales, integrando criterios ingenieriles para incrementar la seguridad estructural del ensamble implante-cráneo con el fin de asistir a la experiencia clínica. Se plantea como hipótesis la evaluación de cada una de las combinaciones de anclaje, basada en esfuerzos y factores de seguridad, permitiendo identificar configuraciones mas confiables que las selecciones empíricas, especialmente al considerar materiales fabricados por manufactura aditiva. Se desarrolló mediante la utilización de Autodesk Fusion, donde se extrajo y clasificó la nube de puntos en zonas seguras según criterios médicos, luego mediante un código en lenguaje Python se ajustaron los datos a una superficie representativa de interpolación por funciones de base radial (RBF) para estimar direcciones normales a la superficie del injerto. En paralelo las cargas de reacción de cada combinación se obtuvieron por medio de la utilización conjunta de Python y Autodesk Inventor Nastran empleando simulaciones FEA de casos estáticos al aplicar una fuerza externa de 50 N para un total de 1728 combinaciones. Como resultado el algoritmo presenta todos los factores de seguridad críticos y un criterio de falla preferente, cuantificando además un porcentaje de robustez para un total de 8 implantes específicos para cada paciente. En conclusión, la metodología propuesta constituye una base reproducible y validable para recomendar puntos de fijación con mayor seguridad y consistencia entre pacientes.
URI : http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68993
metadata.dc.identifier.codigoproyectointegrador: INGE-3098
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