Un estudiante de la UPM presenta un TFG que utiliza simulaciones aeroespaciales para diseñar prótesis personalizadas, mejorando tratamientos en cirugía ortopédica mediante optimización topológica y fabricación aditiva.
El Hospital Universitario Infanta Leonor, parte de la red pública de salud de la Comunidad de Madrid, ha sido el escenario para la defensa de un innovador Trabajo de Fin de Grado (TFG) realizado por un estudiante de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Este proyecto utiliza herramientas de simulación aeroespacial en el ámbito de la cirugía ortopédica, ofreciendo soluciones computacionales avanzadas para el diseño personalizado de prótesis mediante técnicas como la optimización topológica y la fabricación aditiva.
El trabajo titulado “Desarrollo de modelos multiescala en MEF para el cálculo y la optimización topológica de estructuras de metamaterial” fue presentado por Iñaki Peñaranda Díaz, estudiante del Grado en Ingeniería Aeroespacial en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE). Bajo la supervisión del profesor Luis Saucedo Mora, este proyecto también contó con el apoyo clínico del Dr. Ricardo Larraínzar Garijo, jefe del Servicio de Cirugía Ortopédica y Traumatología del hospital, así como del Dr. Javier Montoya Adarraga, coordinador del área de tecnologías 3D del centro. Juntos han facilitado que los resultados se integren en el entorno hospitalario.
Desarrollo técnico a través del software
El corazón técnico del proyecto radica en un software desarrollado específicamente en Python, basado en el Método de los Elementos Finitos (MEF). Este algoritmo permite llevar a cabo una optimización topológica eficiente al redistribuir material con el fin de reducir peso y aumentar rigidez estructural. Para comprobar su versatilidad, se sometió a diversas condiciones de carga sobre una amplia gama de estructuras, desde componentes estándar hasta geometrías biomecánicas complejas como la cabeza femoral.
Una contribución notable del proyecto fue el diseño personalizado de una prótesis para una tibia afectada por osteosarcoma, inicialmente concebida por el profesor Saucedo Mora. Gracias al uso del software desarrollado, los cirujanos ahora cuentan con datos predictivos que les permiten optar por enfoques quirúrgicos más conservadores que los métodos tradicionales, ampliando así las posibilidades terapéuticas en traumatología reconstructiva.
Como parte del proceso validativo y transferencia tecnológica, Peñaranda asistió a una intervención quirúrgica en el Hospital Universitario Infanta Leonor, donde pudo apreciar la labor cotidiana del personal sanitario.
Este TFG resalta cómo ingenieros y médicos pueden colaborar para avanzar hacia una medicina más moderna. Según su autor: “Medicina e Ingeniería Aeroespacial parecen mundos distantes, pero comparten limitaciones similares como peso y resistencia a condiciones adversas”. Esta interrelación es crucial para mantenerse al día con los avances en materiales y tecnologías emergentes.
Desde la perspectiva médica, el Dr. Larraínzar enfatizó que este tipo de proyectos refleja un cambio paradigmático necesario para generar valor compartido entre disciplinas. “El reto actual es desarrollar conocimientos que tengan un impacto real en nuestra sociedad”, afirmó. El Dr. Montoya añadió que esta investigación demuestra “el potencial inmenso que tiene la colaboración entre ingeniería y cirugía ortopédica” para crear nuevas soluciones aplicables a la práctica clínica, especialmente en áreas como optimización topológica e impresión 3D médica.