A Norma ISO 7206-4 descreve o método, as condições de ensaio e a preparação de corpos-de-prova para a determinação das propriedades de resistência à fadiga de hastes femorais. Como para a preparação dos corpos-de-prova a Norma não define uma espessura do meio de fixação, este estudo teve como objetivo investigar quais os efeitos, nos resultados de resistência à fadiga, de camada de cimento menos espessa e, se possível, estabelecer uma condição de ensaio mais severa e facilmente reprodutível, contrapondo a atualmente sugerida pelas ilustrações da Norma. Para tanto, foram avaliadas através de extensômetros de resistência elétrica as deformações residuais provenientes da cura do cimento e as deformações produzidas durante os ensaios nos mantos de cimento e nas hastes. Para o desenvolvimento do trabalho foi construído um dispositivo de fixação de amostras alternativo. Neste aparato já estão atendidos os ângulos de abdução e flexão previstos pela Norma. O suporte de amostra (cilíndrico) foi produzido com diâmetro interno que possibilitou a preparação de camadas de cimento de menor espessura.Foram respeitadas as condições de preparo, temperatura e composição para posterior comparação de resultados. Foram previstas a preparação de 3 corpos-de-prova em cada espessura de manta para os ensaios de fadiga. Todas fixadas com PMMA. Os mantos de cimento foram instrumentados nas regiões proximal e distal e as hastes femorais nas regiões lateral, frontal e medial. Os ensaios foram conduzidos nas condições que determinam a Norma e os dados de deformação foram adquiridos por um condicionador de sinais e processados por software específico. Adicionalmente foram realizadas as simulações por elementos finitos das duas condições de espessuras do manto de cimento para complementação das análises. Ao final se pode constatar que as diferenças nos níveis de deformação de ambos os casos não foram significantes. Considerando apenas os resultados dos ensaios de fadiga, os corpos de prova preparados com manto mais espesso apresentaram deformações pouco maiores nas hastes. Desta forma, se constatou que o dispositivo criado não produziu uma condição mais severa. Além disso, se pôde inferir que o acúmulo de danos na camada de cimento tem grande influencia sobre as deformações que são impostas às hastes ao longo dos 5 milhões de ciclos de fadiga. / The ISO 7206-4 standard describes the method and conditions of testing to assess the endurance properties of femoral stems. However, in the standard is not specified the thickness of the embedding medium. In this study it has been investigated the influence of thin cement layer during fatigue tests. Therefore, the strains induced by the curing and the external loads applied during the fatigue testes were measured using strain gages inside the cement mantle and at particular stem positions. A test fixation apparatus was fabricated to develop this work. The apparatus follow the angles of adduction and flexion required by the ISO standard. A cylindrical support was produced to facilitate the stem fixation in the thinner cement layer. The conditions of preparation, temperature and composition of cement mantles were kept to allow comparison with the commonly used method. The fatigue tests were conducted with three specimens for each mantle thickness utilizing PMMA for the stem fixation. The measurements of strain gages were realized in the proximal and distal regions of the cement mantles and the lateral, frontal and medial regions of the stems. The tests were performed according ISO standard specifications and the data measurements acquiring and processing were realized by specific software. Additionally, the computer simulations of the two cement mantle condition were performed. The results suggest in both cases that there are no significant differences in the strain levels. The fatigue tests in the thicker cement layer specimens showed small strain increases in the stems. In this way the both apparatus have shown similar results. Besides that, it was possible to conclude that the damage accumulation at the cement played an important rule in strain imposed at the stem during five millions cycles fatigue testing.

O presente trabalho é um estudo comparativo entre três modelos de hastes de quadril não cimentadas, em que foram avaliadas a variação dos padrões de deformações corticais entre um osso intacto e o mesmo osso com uma haste implantada e a estabilidade primária de cada prótese quanto à rotação e migração axial (micromovimentos relativos entre o osso e a haste). Para tal, foram realizados ensaios mecânicos de carregamento estático, com aquisição simultânea de dados obtida por extensômetros de resistência elétrica e sensores de deslocamento. As hastes estudadas foram divididas em três grupos: A, B e C, sendo implantadas três amostras de cada grupo em fêmures compósitos (nove no total). A haste A possui colar e seção transversal circular. A haste B é projetada para fixação distal, tem seção transversal octagonal e conicidade de 10. A haste C é mais curta que as demais e é mais larga na sua região proximal, e possui uma curvatura lateral acompanhando a curvatura do fêmur. As hipóteses são que a variação do padrão de deformações corticais influencia no remodelamento ósseo, e que uma inadequada estabilidade primária da haste com relação ao osso dificulta a osseointegração do implante. Estes dois fenômenos estão associados à soltura, maior causa de revisão de próteses de quadril não cimentadas. Durante os ensaios, dois fêmures implantados com hastes do grupo C fraturaram na região proximal, só restando uma amostra deste grupo, o que impossibilitou o grupo C de ser incluído na análise estatística de variância entre os diferentes modelos de hastes. Os modelos A e B apresentaram redução no nível de deformações em todas as regiões analisadas após a implantação das hastes com relação aos fêmures intactos, especialmente na região proximal do fêmur, sendo que em geral a haste B apresentou menor diminuição nas deformações que a haste A. O modelo C sofreu aumento no nível de deformações nas regiões anterior, lateral distal e medial (sensores proximal e distal) e diminuição nas regiões posterior e lateral proximal. Foram encontradas diferenças significativas entre as próteses A e B para migração axial e rotação, para um índice de significância p=0,05, sendo que a haste B apresentou maiores deslocamentos que a haste A. Pela análise radiográfica, pôde-se observar que a artroplastia da haste C é bastante invasiva na região proximal do fêmur. Isto pode explicar o surgimento das trincas após as artroplastias na região posterior proximal dos fêmures. A existência dessas trincas combinada ao aumento de carga na região proximal verificado após implantação dessa haste induziu fraturas de dois fêmures no início dos ensaios. Pelos resultados de deformações encontrados para uma única amostra, o projeto C pode ser benéfico por minimizar o efeito de blindagem de tensões. No entanto, o projeto da haste C deve ser revisto e sujeito a mais testes in vitro, devido à alta tendência de fratura na região proximal do fêmur e à necessidade de obter resultados confiáveis estatisticamente (o que não foi possível no presente trabalho). / The present work is a comparative study between three models of uncemented hip stems, in which the change in the patterns of the cortical strains between an intact bone and the same bone implanted with a stem and the primary stability of each stem relative to rotation and axial migration (micromotion between the bone and the stem) were evaluated. Static loading mechanical tests were performed with simultaneous data acquisiton using strain gages and displacement sensors. The stems were divided in three groups: A, B and C, and three samples of each group were implanted in composite femurs (in a total of nine). The stem A has a colar and a circular cross section. The stem B is designed for distal fixation, has a octagonal cross section and 10 taper. The stem C is shorter than the others, is wider proximally and has a lateral curvature following the femur curvature. The hypotheses are that the variation in the pattern of the cortical strains acts on bone remodelling, and that an improper primary stability of the stem relative to the bone difficults the implant osseointegration. These two phenomena are associated to asseptic loosening, the biggest cause of uncemented hip prostheses revision. During the tests, two femurs implanted with group C stems fractured in the proximal region, so just one sample of this group remained, and group C was not submited to analysis of variance between the different stem models. The models A and B presented reduction in the level of strains for all analysed regions after stems implantation relative to the intact femurs, especially in the proximal region, and the stem B presented less reduction the stem A. Significative differences between stems A and B were found for axial migration and rotation, for a significance level of p=0.05. The model C presented increase in the level of strains in the anterior, distal lateral and medial (proximal and distal sensors) regions and reduction in the posterior and proximal lateral regions. By the X-rays analysis, it was observed that the stem C arthroplasty is quite invasive in the proximal region of the femur. This can explain the cracks that appeared in the proximal posterior region of the femurs after the arthroplasties. The existence of these cracks combined to the load increase in the proximal region verified after the implantation of this stem induced fractures of two femurs in the beginning of the tests. The cortical strains and axial migration results found for stem C are not statistically trustful, thus more in vitro tests must be performed to validate this project. Nevertheless, the fact that two femurs fractured in the start of the tests suggests the need of a careful selection of the bone and the patient to be submited to an arthroplasty with this stem.

A Norma ISO 7206-4 descreve o método, as condições de ensaio e a preparação de corpos-de-prova para a determinação das propriedades de resistência à fadiga de hastes femorais. Como para a preparação dos corpos-de-prova a Norma não define uma espessura do meio de fixação, este estudo teve como objetivo investigar quais os efeitos, nos resultados de resistência à fadiga, de camada de cimento menos espessa e, se possível, estabelecer uma condição de ensaio mais severa e facilmente reprodutível, contrapondo a atualmente sugerida pelas ilustrações da Norma. Para tanto, foram avaliadas através de extensômetros de resistência elétrica as deformações residuais provenientes da cura do cimento e as deformações produzidas durante os ensaios nos mantos de cimento e nas hastes. Para o desenvolvimento do trabalho foi construído um dispositivo de fixação de amostras alternativo. Neste aparato já estão atendidos os ângulos de abdução e flexão previstos pela Norma. O suporte de amostra (cilíndrico) foi produzido com diâmetro interno que possibilitou a preparação de camadas de cimento de menor espessura.Foram respeitadas as condições de preparo, temperatura e composição para posterior comparação de resultados. Foram previstas a preparação de 3 corpos-de-prova em cada espessura de manta para os ensaios de fadiga. Todas fixadas com PMMA. Os mantos de cimento foram instrumentados nas regiões proximal e distal e as hastes femorais nas regiões lateral, frontal e medial. Os ensaios foram conduzidos nas condições que determinam a Norma e os dados de deformação foram adquiridos por um condicionador de sinais e processados por software específico. Adicionalmente foram realizadas as simulações por elementos finitos das duas condições de espessuras do manto de cimento para complementação das análises. Ao final se pode constatar que as diferenças nos níveis de deformação de ambos os casos não foram significantes. Considerando apenas os resultados dos ensaios de fadiga, os corpos de prova preparados com manto mais espesso apresentaram deformações pouco maiores nas hastes. Desta forma, se constatou que o dispositivo criado não produziu uma condição mais severa. Além disso, se pôde inferir que o acúmulo de danos na camada de cimento tem grande influencia sobre as deformações que são impostas às hastes ao longo dos 5 milhões de ciclos de fadiga. / The ISO 7206-4 standard describes the method and conditions of testing to assess the endurance properties of femoral stems. However, in the standard is not specified the thickness of the embedding medium. In this study it has been investigated the influence of thin cement layer during fatigue tests. Therefore, the strains induced by the curing and the external loads applied during the fatigue testes were measured using strain gages inside the cement mantle and at particular stem positions. A test fixation apparatus was fabricated to develop this work. The apparatus follow the angles of adduction and flexion required by the ISO standard. A cylindrical support was produced to facilitate the stem fixation in the thinner cement layer. The conditions of preparation, temperature and composition of cement mantles were kept to allow comparison with the commonly used method. The fatigue tests were conducted with three specimens for each mantle thickness utilizing PMMA for the stem fixation. The measurements of strain gages were realized in the proximal and distal regions of the cement mantles and the lateral, frontal and medial regions of the stems. The tests were performed according ISO standard specifications and the data measurements acquiring and processing were realized by specific software. Additionally, the computer simulations of the two cement mantle condition were performed. The results suggest in both cases that there are no significant differences in the strain levels. The fatigue tests in the thicker cement layer specimens showed small strain increases in the stems. In this way the both apparatus have shown similar results. Besides that, it was possible to conclude that the damage accumulation at the cement played an important rule in strain imposed at the stem during five millions cycles fatigue testing.

O presente trabalho é um estudo comparativo entre três modelos de hastes de quadril não cimentadas, em que foram avaliadas a variação dos padrões de deformações corticais entre um osso intacto e o mesmo osso com uma haste implantada e a estabilidade primária de cada prótese quanto à rotação e migração axial (micromovimentos relativos entre o osso e a haste). Para tal, foram realizados ensaios mecânicos de carregamento estático, com aquisição simultânea de dados obtida por extensômetros de resistência elétrica e sensores de deslocamento. As hastes estudadas foram divididas em três grupos: A, B e C, sendo implantadas três amostras de cada grupo em fêmures compósitos (nove no total). A haste A possui colar e seção transversal circular. A haste B é projetada para fixação distal, tem seção transversal octagonal e conicidade de 10. A haste C é mais curta que as demais e é mais larga na sua região proximal, e possui uma curvatura lateral acompanhando a curvatura do fêmur. As hipóteses são que a variação do padrão de deformações corticais influencia no remodelamento ósseo, e que uma inadequada estabilidade primária da haste com relação ao osso dificulta a osseointegração do implante. Estes dois fenômenos estão associados à soltura, maior causa de revisão de próteses de quadril não cimentadas. Durante os ensaios, dois fêmures implantados com hastes do grupo C fraturaram na região proximal, só restando uma amostra deste grupo, o que impossibilitou o grupo C de ser incluído na análise estatística de variância entre os diferentes modelos de hastes. Os modelos A e B apresentaram redução no nível de deformações em todas as regiões analisadas após a implantação das hastes com relação aos fêmures intactos, especialmente na região proximal do fêmur, sendo que em geral a haste B apresentou menor diminuição nas deformações que a haste A. O modelo C sofreu aumento no nível de deformações nas regiões anterior, lateral distal e medial (sensores proximal e distal) e diminuição nas regiões posterior e lateral proximal. Foram encontradas diferenças significativas entre as próteses A e B para migração axial e rotação, para um índice de significância p=0,05, sendo que a haste B apresentou maiores deslocamentos que a haste A. Pela análise radiográfica, pôde-se observar que a artroplastia da haste C é bastante invasiva na região proximal do fêmur. Isto pode explicar o surgimento das trincas após as artroplastias na região posterior proximal dos fêmures. A existência dessas trincas combinada ao aumento de carga na região proximal verificado após implantação dessa haste induziu fraturas de dois fêmures no início dos ensaios. Pelos resultados de deformações encontrados para uma única amostra, o projeto C pode ser benéfico por minimizar o efeito de blindagem de tensões. No entanto, o projeto da haste C deve ser revisto e sujeito a mais testes in vitro, devido à alta tendência de fratura na região proximal do fêmur e à necessidade de obter resultados confiáveis estatisticamente (o que não foi possível no presente trabalho). / The present work is a comparative study between three models of uncemented hip stems, in which the change in the patterns of the cortical strains between an intact bone and the same bone implanted with a stem and the primary stability of each stem relative to rotation and axial migration (micromotion between the bone and the stem) were evaluated. Static loading mechanical tests were performed with simultaneous data acquisiton using strain gages and displacement sensors. The stems were divided in three groups: A, B and C, and three samples of each group were implanted in composite femurs (in a total of nine). The stem A has a colar and a circular cross section. The stem B is designed for distal fixation, has a octagonal cross section and 10 taper. The stem C is shorter than the others, is wider proximally and has a lateral curvature following the femur curvature. The hypotheses are that the variation in the pattern of the cortical strains acts on bone remodelling, and that an improper primary stability of the stem relative to the bone difficults the implant osseointegration. These two phenomena are associated to asseptic loosening, the biggest cause of uncemented hip prostheses revision. During the tests, two femurs implanted with group C stems fractured in the proximal region, so just one sample of this group remained, and group C was not submited to analysis of variance between the different stem models. The models A and B presented reduction in the level of strains for all analysed regions after stems implantation relative to the intact femurs, especially in the proximal region, and the stem B presented less reduction the stem A. Significative differences between stems A and B were found for axial migration and rotation, for a significance level of p=0.05. The model C presented increase in the level of strains in the anterior, distal lateral and medial (proximal and distal sensors) regions and reduction in the posterior and proximal lateral regions. By the X-rays analysis, it was observed that the stem C arthroplasty is quite invasive in the proximal region of the femur. This can explain the cracks that appeared in the proximal posterior region of the femurs after the arthroplasties. The existence of these cracks combined to the load increase in the proximal region verified after the implantation of this stem induced fractures of two femurs in the beginning of the tests. The cortical strains and axial migration results found for stem C are not statistically trustful, thus more in vitro tests must be performed to validate this project. Nevertheless, the fact that two femurs fractured in the start of the tests suggests the need of a careful selection of the bone and the patient to be submited to an arthroplasty with this stem.

A Norma ISO 7206-4 descreve o método, as condições de ensaio e a preparação de corpos-de-prova para a determinação das propriedades de resistência à fadiga de hastes femorais. Como para a preparação dos corpos-de-prova a Norma não define uma espessura do meio de fixação, este estudo teve como objetivo investigar quais os efeitos, nos resultados de resistência à fadiga, de camada de cimento menos espessa e, se possível, estabelecer uma condição de ensaio mais severa e facilmente reprodutível, contrapondo a atualmente sugerida pelas ilustrações da Norma. Para tanto, foram avaliadas através de extensômetros de resistência elétrica as deformações residuais provenientes da cura do cimento e as deformações produzidas durante os ensaios nos mantos de cimento e nas hastes. Para o desenvolvimento do trabalho foi construído um dispositivo de fixação de amostras alternativo. Neste aparato já estão atendidos os ângulos de abdução e flexão previstos pela Norma. O suporte de amostra (cilíndrico) foi produzido com diâmetro interno que possibilitou a preparação de camadas de cimento de menor espessura.Foram respeitadas as condições de preparo, temperatura e composição para posterior comparação de resultados. Foram previstas a preparação de 3 corpos-de-prova em cada espessura de manta para os ensaios de fadiga. Todas fixadas com PMMA. Os mantos de cimento foram instrumentados nas regiões proximal e distal e as hastes femorais nas regiões lateral, frontal e medial. Os ensaios foram conduzidos nas condições que determinam a Norma e os dados de deformação foram adquiridos por um condicionador de sinais e processados por software específico. Adicionalmente foram realizadas as simulações por elementos finitos das duas condições de espessuras do manto de cimento para complementação das análises. Ao final se pode constatar que as diferenças nos níveis de deformação de ambos os casos não foram significantes. Considerando apenas os resultados dos ensaios de fadiga, os corpos de prova preparados com manto mais espesso apresentaram deformações pouco maiores nas hastes. Desta forma, se constatou que o dispositivo criado não produziu uma condição mais severa. Além disso, se pôde inferir que o acúmulo de danos na camada de cimento tem grande influencia sobre as deformações que são impostas às hastes ao longo dos 5 milhões de ciclos de fadiga. / The ISO 7206-4 standard describes the method and conditions of testing to assess the endurance properties of femoral stems. However, in the standard is not specified the thickness of the embedding medium. In this study it has been investigated the influence of thin cement layer during fatigue tests. Therefore, the strains induced by the curing and the external loads applied during the fatigue testes were measured using strain gages inside the cement mantle and at particular stem positions. A test fixation apparatus was fabricated to develop this work. The apparatus follow the angles of adduction and flexion required by the ISO standard. A cylindrical support was produced to facilitate the stem fixation in the thinner cement layer. The conditions of preparation, temperature and composition of cement mantles were kept to allow comparison with the commonly used method. The fatigue tests were conducted with three specimens for each mantle thickness utilizing PMMA for the stem fixation. The measurements of strain gages were realized in the proximal and distal regions of the cement mantles and the lateral, frontal and medial regions of the stems. The tests were performed according ISO standard specifications and the data measurements acquiring and processing were realized by specific software. Additionally, the computer simulations of the two cement mantle condition were performed. The results suggest in both cases that there are no significant differences in the strain levels. The fatigue tests in the thicker cement layer specimens showed small strain increases in the stems. In this way the both apparatus have shown similar results. Besides that, it was possible to conclude that the damage accumulation at the cement played an important rule in strain imposed at the stem during five millions cycles fatigue testing.

O presente trabalho é um estudo comparativo entre três modelos de hastes de quadril não cimentadas, em que foram avaliadas a variação dos padrões de deformações corticais entre um osso intacto e o mesmo osso com uma haste implantada e a estabilidade primária de cada prótese quanto à rotação e migração axial (micromovimentos relativos entre o osso e a haste). Para tal, foram realizados ensaios mecânicos de carregamento estático, com aquisição simultânea de dados obtida por extensômetros de resistência elétrica e sensores de deslocamento. As hastes estudadas foram divididas em três grupos: A, B e C, sendo implantadas três amostras de cada grupo em fêmures compósitos (nove no total). A haste A possui colar e seção transversal circular. A haste B é projetada para fixação distal, tem seção transversal octagonal e conicidade de 10. A haste C é mais curta que as demais e é mais larga na sua região proximal, e possui uma curvatura lateral acompanhando a curvatura do fêmur. As hipóteses são que a variação do padrão de deformações corticais influencia no remodelamento ósseo, e que uma inadequada estabilidade primária da haste com relação ao osso dificulta a osseointegração do implante. Estes dois fenômenos estão associados à soltura, maior causa de revisão de próteses de quadril não cimentadas. Durante os ensaios, dois fêmures implantados com hastes do grupo C fraturaram na região proximal, só restando uma amostra deste grupo, o que impossibilitou o grupo C de ser incluído na análise estatística de variância entre os diferentes modelos de hastes. Os modelos A e B apresentaram redução no nível de deformações em todas as regiões analisadas após a implantação das hastes com relação aos fêmures intactos, especialmente na região proximal do fêmur, sendo que em geral a haste B apresentou menor diminuição nas deformações que a haste A. O modelo C sofreu aumento no nível de deformações nas regiões anterior, lateral distal e medial (sensores proximal e distal) e diminuição nas regiões posterior e lateral proximal. Foram encontradas diferenças significativas entre as próteses A e B para migração axial e rotação, para um índice de significância p=0,05, sendo que a haste B apresentou maiores deslocamentos que a haste A. Pela análise radiográfica, pôde-se observar que a artroplastia da haste C é bastante invasiva na região proximal do fêmur. Isto pode explicar o surgimento das trincas após as artroplastias na região posterior proximal dos fêmures. A existência dessas trincas combinada ao aumento de carga na região proximal verificado após implantação dessa haste induziu fraturas de dois fêmures no início dos ensaios. Pelos resultados de deformações encontrados para uma única amostra, o projeto C pode ser benéfico por minimizar o efeito de blindagem de tensões. No entanto, o projeto da haste C deve ser revisto e sujeito a mais testes in vitro, devido à alta tendência de fratura na região proximal do fêmur e à necessidade de obter resultados confiáveis estatisticamente (o que não foi possível no presente trabalho). / The present work is a comparative study between three models of uncemented hip stems, in which the change in the patterns of the cortical strains between an intact bone and the same bone implanted with a stem and the primary stability of each stem relative to rotation and axial migration (micromotion between the bone and the stem) were evaluated. Static loading mechanical tests were performed with simultaneous data acquisiton using strain gages and displacement sensors. The stems were divided in three groups: A, B and C, and three samples of each group were implanted in composite femurs (in a total of nine). The stem A has a colar and a circular cross section. The stem B is designed for distal fixation, has a octagonal cross section and 10 taper. The stem C is shorter than the others, is wider proximally and has a lateral curvature following the femur curvature. The hypotheses are that the variation in the pattern of the cortical strains acts on bone remodelling, and that an improper primary stability of the stem relative to the bone difficults the implant osseointegration. These two phenomena are associated to asseptic loosening, the biggest cause of uncemented hip prostheses revision. During the tests, two femurs implanted with group C stems fractured in the proximal region, so just one sample of this group remained, and group C was not submited to analysis of variance between the different stem models. The models A and B presented reduction in the level of strains for all analysed regions after stems implantation relative to the intact femurs, especially in the proximal region, and the stem B presented less reduction the stem A. Significative differences between stems A and B were found for axial migration and rotation, for a significance level of p=0.05. The model C presented increase in the level of strains in the anterior, distal lateral and medial (proximal and distal sensors) regions and reduction in the posterior and proximal lateral regions. By the X-rays analysis, it was observed that the stem C arthroplasty is quite invasive in the proximal region of the femur. This can explain the cracks that appeared in the proximal posterior region of the femurs after the arthroplasties. The existence of these cracks combined to the load increase in the proximal region verified after the implantation of this stem induced fractures of two femurs in the beginning of the tests. The cortical strains and axial migration results found for stem C are not statistically trustful, thus more in vitro tests must be performed to validate this project. Nevertheless, the fact that two femurs fractured in the start of the tests suggests the need of a careful selection of the bone and the patient to be submited to an arthroplasty with this stem.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000385276-Texto+Completo-0.pdf: 5282314 bytes, checksum: 856ef46745d6c074bb89e557d32ed4a8 (MD5) Previous issue date: 2006 / This search aim for evaluate the partial cover from the plasma spray coating (PS) used in hip implants. Various commercial implants, new and used, national and imported from USA and Portugal, considered gold standard, were tested. The results of the national implants were before analyzed and was suggested a sandblast previous the deposition with the objective of increase the adhesion from coating to base metal. New tests were done to prove the efficiency in the optimization of process, in the adherence of PS layer. The orientations were determined by ASTM F 1854-01 and the traction tests and chemistry analysis, according to the norms ASTM E3, E883, C 633-01, ISO 468, ISO 5832. The evaluations were done using optical microscopy (MO), scanning electron microscopy (SEM), spectroscopy of X-ray by dispersive energy (EDS) and traction tests, with universal testing machine. It was proved that the adhesion to the new implant got better in 100%, the PS layer decreased in approximately 21% and the empty volume decreased in 16%. It was also verified the osseointegration (bone x implant), after ninety days implanted and realized that it actually occur and it’s trustful. / Este trabalho visa avaliar a cobertura parcial do revestimento poroso plasma spray (PS) utilizado em implantes de quadril. Foram testados diversos implantes comerciais, novos e usados, nacionais e importados dos EUA e Portugal, considerados como padrão ouro. Os resultados, dos implantes nacionais, foram analisados antes e, sugerido um jateamento de areia, anterior à deposição, objetivando aumentar a adesão do revestimento ao metal base. Novos testes foram realizados para comprovar a eficiência da otimização do processo, na aderência da camada de PS. As orientações foram determinadas pelas normas ASTM F 1854-01 e os testes de tração e análise química, segundo as normas ASTM E 3, E 883, C 633-01, ISO 468, ISO 5832. As avaliações foram feitas utilizando microscopia óptica (MO), microscópio eletrônico de varredura (SEM), espectroscopia de raio X por energia dispersa (EDS) e ensaios de tração, com máquina universal de ensaios. Comprovou-se que a adesão ao novo implante obteve um acréscimo superior a 100%, que a camada de PS diminuiu, em aproximadamente 21%, e o volume vazio diminuiu próximo de 16%. Também foi verificado a osteointegração (osso x implante), após noventa dias implantado, e constatado que ela realmente ocorre e é confiável.

O presente estudo descreve procedimentos aplicáveis aos ensaios de desgaste que privilegiam a documentação dos fenômenos de superfícies, característicos de biotribossistemas como os protéticos articulares, quando testados em simulador mecânico. Para validar os procedimentos propostos, um simulador mecânico foi projetado e fabricado de acordo com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3, específicas para os ensaios de desgaste em próteses articulares de quadril. Pelo fato destas normas apresentar curvas de movimentos e cargas com baixa resolução (prescritas por poucos pontos), interpoladores distintos foram testados e aqueles que apresentaram o melhor desempenho na preservação da suavidade e forma das curvas foram selecionados para obter trajetórias com alta resolução. A validação do simulador mecânico e das curvas foi realizada em um ensaio com o uso de um conjunto protético articular do quadril de referência. Este ensaio teve a duração de 12 milhões de ciclos, sendo 6 milhões de ciclos realizados com cada uma das normas da série ISO 14242. Após a validação do mecanismo, dois conjuntos protéticos, manufaturados no Brasil, de mesmo modelo e lote, foram caracterizados e submetidos aos ensaios de desgaste. Cada conjunto protético foi testado com um protocolo de movimento por 1 milhão de ciclos, o que equivale à, aproximadamente, um ano de uso das próteses in vivo. A metodologia aplicada aos ensaios de desgaste permitiu documentar fenômenos de superfícies como: transferência de materiais entre os componentes, surgimento de resíduos, desplacamento de material transferido e ocorrência de mecanismos abrasivos que geram sulcos nas interfaces de contato. Tais fenômenos comprometem a durabilidade do tribossistema protético em questão, que deveria suportar cinco vezes o número de ciclos realizados. Os parâmetros que caracterizam as superfícies das próteses testadas com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3 foram comparados em um teste estatístico, indicando que as diferentes cinemáticas (realizadas por um mesmo simulador mecânico) exercem influência no desempenho dos conjuntos protéticos. / This work presents procedures applicable to wear tests, which aid the documentation of the surfaces phenomena. The foccus is on tribosystems like joint prosthesis tested in mechanical simulators. In order to validate the proposed procedures, a mechanical simulator has been designed and built according to ISO 14242-1 and 14242-3 standards, which are specific for wear tests on hip joint prosthesis. Since these standards present curves of movement and load curves of low resolution (prescribed by few points), different interpolators have been tested. Interpolation techniques that have shown better performance in terms of smoothness and shape were selected to generate high resolution trajectories. The validation of the mechanical simulator and the proposed trajectories was performed through a wear test of a reference hip joint prosthesis. This wear test had 12 millions cycles, whereas, 6 million cycles were performed according to ISO 14242-1 and 6 million cycles were performed according to ISO 14242-3. After validation of the mechanism and trajectories, brazilian made prosthetic sets, of the same model and same batch, were characterized and wear tested. Each prosthetic set was tested with distinct kinematics and 1 million cycles, which is roughly equivalent to one year of in vivo prosthesis use. The proposed and applied methodology for the wear tests allowed documenting several surface phenomena, namely, material transfer between the components, residues associated to abrasive mechanisms, indicated by grooves observed on contact interfaces. Such adverse phenomena suggest low prosthesis durability, which should stand five folds more test cycles, 5 million cycles. The surface parameters of the tested prosthesis generated by ISO 14242-1 and 14242-3 standards were compared through a statistic test, showing that different kinematics (performed by the same mechanical simulator) influenced joint prosthetic performance.

O presente estudo descreve procedimentos aplicáveis aos ensaios de desgaste que privilegiam a documentação dos fenômenos de superfícies, característicos de biotribossistemas como os protéticos articulares, quando testados em simulador mecânico. Para validar os procedimentos propostos, um simulador mecânico foi projetado e fabricado de acordo com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3, específicas para os ensaios de desgaste em próteses articulares de quadril. Pelo fato destas normas apresentar curvas de movimentos e cargas com baixa resolução (prescritas por poucos pontos), interpoladores distintos foram testados e aqueles que apresentaram o melhor desempenho na preservação da suavidade e forma das curvas foram selecionados para obter trajetórias com alta resolução. A validação do simulador mecânico e das curvas foi realizada em um ensaio com o uso de um conjunto protético articular do quadril de referência. Este ensaio teve a duração de 12 milhões de ciclos, sendo 6 milhões de ciclos realizados com cada uma das normas da série ISO 14242. Após a validação do mecanismo, dois conjuntos protéticos, manufaturados no Brasil, de mesmo modelo e lote, foram caracterizados e submetidos aos ensaios de desgaste. Cada conjunto protético foi testado com um protocolo de movimento por 1 milhão de ciclos, o que equivale à, aproximadamente, um ano de uso das próteses in vivo. A metodologia aplicada aos ensaios de desgaste permitiu documentar fenômenos de superfícies como: transferência de materiais entre os componentes, surgimento de resíduos, desplacamento de material transferido e ocorrência de mecanismos abrasivos que geram sulcos nas interfaces de contato. Tais fenômenos comprometem a durabilidade do tribossistema protético em questão, que deveria suportar cinco vezes o número de ciclos realizados. Os parâmetros que caracterizam as superfícies das próteses testadas com as normas ISO 14242-1 e ISO 14242-3 foram comparados em um teste estatístico, indicando que as diferentes cinemáticas (realizadas por um mesmo simulador mecânico) exercem influência no desempenho dos conjuntos protéticos. / This work presents procedures applicable to wear tests, which aid the documentation of the surfaces phenomena. The foccus is on tribosystems like joint prosthesis tested in mechanical simulators. In order to validate the proposed procedures, a mechanical simulator has been designed and built according to ISO 14242-1 and 14242-3 standards, which are specific for wear tests on hip joint prosthesis. Since these standards present curves of movement and load curves of low resolution (prescribed by few points), different interpolators have been tested. Interpolation techniques that have shown better performance in terms of smoothness and shape were selected to generate high resolution trajectories. The validation of the mechanical simulator and the proposed trajectories was performed through a wear test of a reference hip joint prosthesis. This wear test had 12 millions cycles, whereas, 6 million cycles were performed according to ISO 14242-1 and 6 million cycles were performed according to ISO 14242-3. After validation of the mechanism and trajectories, brazilian made prosthetic sets, of the same model and same batch, were characterized and wear tested. Each prosthetic set was tested with distinct kinematics and 1 million cycles, which is roughly equivalent to one year of in vivo prosthesis use. The proposed and applied methodology for the wear tests allowed documenting several surface phenomena, namely, material transfer between the components, residues associated to abrasive mechanisms, indicated by grooves observed on contact interfaces. Such adverse phenomena suggest low prosthesis durability, which should stand five folds more test cycles, 5 million cycles. The surface parameters of the tested prosthesis generated by ISO 14242-1 and 14242-3 standards were compared through a statistic test, showing that different kinematics (performed by the same mechanical simulator) influenced joint prosthetic performance.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-16T19:14:07Z No. of bitstreams: 1 KATIA SHIMABUKURO DONATH - DISSERTAÇÃO - PPG-CEMat 2014..pdf: 2790645 bytes, checksum: b24d34b39a32402a89c30625e71e1979 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-16T19:14:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KATIA SHIMABUKURO DONATH - DISSERTAÇÃO - PPG-CEMat 2014..pdf: 2790645 bytes, checksum: b24d34b39a32402a89c30625e71e1979 (MD5) Previous issue date: 2014-10-27 / Revestimentos porosos metálicos têm sido utilizados nas próteses ortopédicas de quadril para promover a fixação biológica da prótese ao osso. Dentre os materiais mais utilizados para fabricação da prótese e do revestimento estão o titânio comercialmente puro e a liga de titânio Ti-6Al-4V. O titânio e suas ligas apresentam alotropia, sendo suas características e propriedades influenciadas por dois fatores principais: composição química e microestrutura. As características de espessura, porosidade, tamanho de poros e interconectividade dos poros no revestimento são importantes para que haja a melhor condução do crescimento ósseo e fixação da prótese. Têm sido reportados na literatura diferentes mecanismos de falha de próteses de quadril em decorrência do revestimento depositado na prótese. Neste trabalho foram identificados 32 normas técnicas e documentos relacionadas ao material, a forjados e a pós metálicos para revestimento de Ti cp e liga de Ti-6Al-4V, além de normas de avaliação do revestimento e guias, alguns com critérios de aceitação, outros não. Na norma ABNT NBR 15628-4 foi verificada inconsistência nos requisitos microestruturais alfa case. Normas técnicas foram comparadas e relacionadas com dados da literatura, pontos críticos foram relacionados ao revestimento poroso metálico, métodos de produção, seus efeitos no substrato de Ti-6Al-4V e características do revestimento poroso. Foram avaliados 8 produtos comercializados no Brasil, considerando o Registro Anvisa, avaliação laboratorial do substrato e do revestimento. No substrato, a composição química foi determinada por Espectroscopia de emissão ótica. A microscopia Ótica (MO) foi utilizada para avaliação microestrutural do substrato e para avaliação estereológica do revestimento. Quanto à composição química do substrato, foram identificados 2 componentes fabricados em Ti cp e 6 em liga Ti-6Al-4V, sendo detectada divergência entre a informação do Registro Anvisa e o produto avaliado. Na avaliação microestrutural do substrato a maior incidência de problemas ocorreu nos produtos fabricados por sinterização, de fabricantes estrangeiros, sendo que 50% dos produtos em liga Ti-6Al-4V apresentaram microestruturas com fase alfa contínua no contorno de grão beta, prejudicial à resistência à fadiga e corrosão do produto, sendo possível a associação com processamento a temperaturas maiores que a temperatura beta transus. Na avaliação da espessura do revestimento todas as amostras de fabricantes estrangeiros tiveram maiores espessuras que a dos fabricantes nacionais, sendo que não foi verificada espessura maior que 500µm entre os nacionais. É possível concluir que as microestruturas são afetadas pelos processos térmicos e que essas precisam de um maior controle, regulamentação e fiscalização para o fornecimento de produtos mais seguros e eficazes, sugerindo a criação de um regulamento específico que reúna de forma clara e concisa as características necessárias para o produto final. / Metallic porous coatings have been used on hip orthopedic prostheses to promote ingrowth of bone into the porous coating prostheses. Among different materials used to manufacture hip prostheses and coatings are titanium materials. Mostly used and available are commercially pure titanium and Ti-6Al4V alloy. Titanium and its alloys are allotrope. Its characteristics are influenced by two principal factors: chemical composition and microstructure. Thickness, porosity, pore size e interconnectivity between pores and coating are important for the bone growth and prosthesis fixation. Different mechanism of hip prosthesis failures in result of the coating placed on the prosthesis have been reported in the literature. In this thesis various technical standards for Titanium commercially pure and Ti-6Al-4V were identified. They are related to the material, the forging and metallic powders for coatings, Furthermore, evaluation methods for coating and industry guidelines, some with acceptance criteria, some without, were found. Within the standard ABNT NBR 15628-4 inconsistencies regarding the required microstructures were found. Technical standards were compared and linked to data from the literature. Critical points related to porous metallic coating, production methods, its effects on Ti-6Al-4V substrate and characteristics of porous coatings. 8 in Brazil commercially available products were evaluated considering their registration at ANVISA and analysis of their coatings in a lab. The chemical composition of the substrate was determined by optical emission spectroscopy. Optical microscopy was used to evaluate the microstructure of the substrate and for stereological analysis of the coating. Chemical composition analyses of the substrate pointed 2 components made of Titanium commercially pure and 6 made of Ti-6Al-4V. One sample had results of substrate according Ti-6Al-4V alloy besides registration information at ANVISA described substrate made of Ti commercially pure. Regarding the microstructural analysis of the substrate, the majority of problems occurred with products made by sintering and by foreign producers. 50% of products made by Ti-6Al-4V presented microstructures with continuous alpha phase on the beta grain boundaries. Therefore it can be concluded that they were processed at temperatures higher than beta transus temperatures. Analyzing the thickness of the coating, all samples from foreign producers had a bigger thickness than any national product. No national product had a thickness bigger than 500µm. Therefore it is possible to conclude that the microstructure was affected by the thermic processes and that those need better controls, regulation and surveillance in order to supply more secure and effective products.