Caracterización geométrica virtual de arcos de conformado en barras quirúrgicas mediante proceso digital de imágenes

Abstract

La tesis describe el modelo geométrico virtual de arcos de doblez de barras quirúrgicas, cuyos parámetros se han obtenido a partir de imágenes digitales de barras conformadas. Las imágenes de las que se han extraído los parámetros del modelo desarrollado e implementado, proceden de ensayos específicos realizados con barras quirúrgicas para esta Tesis. Todos los ensayos se han realizado con el prototipo de un dispositivo automático de conformado que se ha diseñado y construido. Esta tesis representa el desarrollo de la metodología experimental- establecida en el trabajo de investigación previo presentado por el autor- para caracterizar geométricamente de forma virtual, los debleces de barras quirúrgicas empleadas en la estabilización de lesiones de la columna vertebral humana. Por caracterización geométrica se entiende, en el ámbito de esta Tesis, la creación de un modelo virtual algorítmico que comprenda la geometría bidimensional de dichos dobleces. Las barras quirúrgicas, objeto de esta investigación, son elementos metálicos de sección transversal cilíndrica que se implantan utilizando grupos de tornillos y ganchos que actúan como sistema de fijación de aquellas a la columna vertebral. Como punto de partida de este trabajo experimental se han considerado dobleces implementados, mecánicamente, en un lote de barras quirúrgicas. Estos dobleces se han realizado con un sistema conformado robotizado prediseñado en el Trabajo de Investigación del autor y desarrollado en esta Tesis Doctoral. Los datos experimentales primarios, empleados para la obtención del modelo virtual final, proceden de imágenes digitales reales de los dobleces de las barras. Para la obtención de estas imágenes se ha empleado un sistema de captación de imágenes, cuyos parámetros ópticos han sido adaptados mediante técnicas informáticas. La segunda fase experimental de esta investigación ha consistido en la extracción de los contornos de las barras de las imágenes. Estos contornos no se consideran en el sentido habitual de los sistemas de proceso de imágenes, ya que se pretende extraer de ellos información geométrica más precisa que la que proporcionan los sistemas estándar comerciales dedicados a dicha tarea. En la investigación se ha adaptado un modelo lumínico, específico, para extraer información de secciones de las imágenes de las barras, que permite incrementar la precisión de las mediciones ópticas realizadas sobre ellas. Dado que los sistemas ópticos comerciales obtienen imágenes de objetos tridimensionales con las características- de forma muy aproximada- de la proyección cónica, ha sido necesario realizar una corrección algorítmica de la deformación geométrica de los contornos extraídos para garantizar la precisión de las medidas que se obtienen de ellos. Durante esta fases previas a la caracterización de los dobleces se han utilizados datos virtuales para facilitar el desarrollo de la implementación de los algoritmos informáticos de cada etapa. Estos datos se han generado mediante programas comerciales de CAD e Infografía que remedan las imágenes reales del campo de trabajo, sin las imperfecciones inherentes a estas últimas. El núcleo científico principal de esta Tesis Doctoral ha consistido en la definición e implementación informática de un modelo geométrico virtual de arcos de doblez de barras quirúrgicas conformadas, a partir de los datos corregidos de contornos de las fases anteriores, para el que se ha establecido una delimitación de los arcos de doblez mediante tramos rectilíneos de barra (sin conformar) que enlazan tangencialmente con el modelo del arco. En la última fase de esta investigación, con la finalidad de validar y analizar el modelo geométrico virtual desarrollado, se ha empleado un sensor electromecánico de coordenadas de precisión para realizar medidas de los dobleces y cotejar los resultados con las predicciones del modelo virtual, caracterizando sus errores (...)