Análisis del comportamiento mecánico de la clavícula humana

Abstract

El present Treball Fi de Grau es centra en la recerca de les propietats mecàniques de la clavícula humana durant el seu procés de fractura. Aquest estudi, iniciat l’any 2018 i reprès el 2025, es basa en l’ús de tècniques d’imatge mèdica amb l’objectiu d’obtenir resultats precisos i reproduïbles. Les dades emprades provenen de recerques prèvies ja publicades, a les quals s’ha afegit informació addicional que no havia estat analitzada en el seu moment i que actualment es troba disponible. En concret, s’han utilitzat dades de clavícules humanes sotmeses a assajos de compressió, els resultats preliminars dels quals van ser publicats en dos articles científics previs. L’objectiu principal de l’estudi és determinar tensions realistes que permetin caracteritzar el comportament mecànic de la clavícula humana. Per a aquest propòsit, s’han considerat diverses característiques geomètriques publicades a l’article Parametric Study of Hard Tissue Injury, així com la força màxima aplicada, fent ús principalment d’imatges de tomografia computada (CT). Aquest treball descriu de manera detallada tots els passos i càlculs seguits en l’estudi biomecànic de la clavícula humana, des del tractament de les imatges mèdiques incloent-hi els processos de neteja i preparació fins a l’anàlisi geomètrica i mecànica de les mostres. En el cos principal de la memòria es descriu el mètode experimental i el procediment de càlcul des d’un punt de vista conceptual i manual, independentment de l’eina emprada. Amb la finalitat de garantir la reproductibilitat de l’estudi i facilitar l’aplicació del mètode a múltiples mostres, s’ha desenvolupat un procediment automàtic mitjançant Python. El treball s’ha dut a terme sobre un conjunt de 13 mostres de clavícules humanes, incloent-hi clavícules dretes i esquerres, a les quals s’ha aplicat un protocol experimental comú. Aquest procediment ha permès assegurar que els resultats obtinguts siguin reproduïbles i comparables entre les diferents mostres analitzades.

El presente Trabajo Fin de Grado se centra en la investigación de las propiedades mecánicas de la clavícula humana durante su proceso de fractura. Este estudio, iniciado en 2018 y retomado en 2025, se basa en el uso de técnicas de imagen médica con el objetivo de obtener resultados precisos y reproducibles. Los datos empleados provienen de investigaciones previas ya publicadas, a las que se ha añadido información adicional que no había sido analizada en su momento y que actualmente se encuentra disponible. En concreto, hasta la fecha se han utilizado datos de clavículas humanas sometidas a ensayos de compresión, cuyos resultados preliminares fueron publicados en dos artículos científicos previos. El objetivo principal del estudio es determinar tensiones máximas experimentales que permitan caracterizar el comportamiento mecánico de la clavícula humana. Para ello, se toman ciertas características geométricas publicadas en el artículo Parametric Study of Hard Tissue Injury, así como la fuerza máxima aplicada, haciendo uso principalmente de imágenes de tomografía computarizada (CT). Este trabajo pauta de forma detallada todos los pasos y cálculos seguidos en el estudio biomecánico de la clavícula humana, desde el tratamiento de las imágenes médicas, incluyendo los procesos de limpieza y preparación, hasta el análisis geométrico y mecánico de las muestras. En el cuerpo principal de la memoria se describe el método experimental y el procedimiento de cálculo desde un punto de vista conceptual y manual, independientemente de la herramienta empleada. Con el fin de garantizar la reproducibilidad del estudio y facilitar la aplicación del método a múltiples muestras, se ha desarrollado un procedimiento automático mediante Python. El trabajo se ha llevado a cabo sobre un conjunto de 13 muestras de clavículas humanas, incluyendo clavículas derechas e izquierdas, a las que se les aplica un protocolo experimental común.

This Final Degree Project focuses on researching the mechanical properties of the human clavicle during the fracture process. This study, which began in 2018 and was resumed in 2025, is based on the use of medical imaging techniques with the aim of obtaining accurate and reproducible results. The data used comes from previously published research, to which additional information that had not been analysed at the time and is now available has been added. Specifically, to date, data from human clavicles subjected to compression tests has been used, the preliminary results of which were published in two previous scientific articles. The main objective of the study is to determine realistic stresses that allow the mechanical behaviour of the human clavicle to be characterised. To this end, certain geometric characteristics published in the article Parametric Study of Hard Tissue Injury are taken, as well as the maximum force applied, mainly using computed tomography (CT) images. This work provides detailed guidelines on all the steps and calculations followed in the biomechanical study of the human clavicle, from the processing of medical images, including cleaning and preparation processes, to the geometric and mechanical analysis of the samples. The main body of the report describes the experimental method and calculation procedure from a conceptual and manual point of view, regardless of the tool used. In order to ensure the reproducibility of the study and facilitate the application of the method to multiple samples, an automatic procedure has been developed using Python. The work was carried out on a set of 13 human clavicles samples, including right and left clavicles, to which a common experimental protocol was applied. This procedure ensured that the results obtained were reproducible and comparable between the different samples analysed.