Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-07-22T16:15:47Z
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2016_MarceloOppermann.pdf: 20541680 bytes, checksum: c528aab668bc069a9c7807708813a05e (MD5) / Os Parafusos Pediculares (PP) estão entre os implantes mais utilizados na ortopedia/neurocirurgia. Este assemelha-se a um parafuso comum, mas com particularidades específicas para o local onde será implantado. Macroscopicamente o osso vertebral contém estruturas que determinam sua característica funcional e duas são mais importantes, na relação com os PP, o pedículo e o corpo vertebral. O pedículo, microscopicamente, é formado por um tecido ósseo mais rígido capaz de aguentar maior carga, já o corpo vertebral, diferentemente, contém uma estrutura mais frágil, e são denominados, respectivamente, de osso cortical e trabecular. Existem duas formas de avaliar a ação mecânica dos PP, através de estudos físicos e com Modelos de Elementos Finitos (MEF). Os MEF são cada vez mais utilizados na prática biomecânica, já que são facilmente modelados, sem necessidade de maquinário especial e muito menos, requerem comissão de ética para sua aprovação. Através da criação de uma malha, adiciona-se propriedades físicas que representem as características do parafuso e do osso, e simula-se cargas. Com isso, é possível avaliar o resultado, em termos de tensão, deslocamento e inferir falhas ao sistema. Aqui, se estudou 5 tipos de parafuso, que representassem a média dos implantes comercializáveis, com desenhos estruturais diferentes entre si. Estes foram inseridos em um cilindro com duas porções, representando o pedículo e o corpo vertebral e submetidos a tração (arrancamento), com uma força de 500N. O objetivo foi de avaliar a tensão nas interfaces osso-parafuso e deslocamento, em duas situações, uma com o modelo intacto, e outro com subtração da área cilíndrica, que representasse o pedículo. O modelo obedeceu o princípio de ser isotrópico e linear. O resultado, sob o prisma do deslocamento, mostrou que na média, os 5 parafusos tiveram uma perda de fixação da ordem de 47%, quando a porção pedicular foi removida e aplicada a carga. Ademais, no que tange a individualidade dos parafusos, houve uma diferença significativa entre os cinco tipos, variando de 21,9% até 92,2% no aumento do deslocamento, no modelo sem a região pedicular. Sob o ponto de vista tensão, nenhum parafuso, em ambos os cenários, obteve valores que alcançassem o ponto de tensão de escoamento do osso trabecular, ou ponto de ruptura definitiva. Aqui, mais uma vez, houve diferença significativa entre os 5 tipos de PP. Muitos PP obtiveram menor tensão quando da subtração pedicular. Este fato é explicado por ser o osso trabecular mais deformável (Módulo de Elasticidade menor), assim passível de gerar menor tensão para um mesmo deslocamento. Enfim, este trabalho conseguiu relatar que numa eventual necessidade de remoção dos pedículos vertebrais, os implantes existentes no mercado apresentam uma grande capacidade de falha, demonstrado por uma um aumento médio de quase 50% no deslocamento do PP, quando 500N de carga é aplicado sob forma de arrancamento. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The pedicle screws (PS) are currently the most widely used implants in orthopedics / neurosurgery. They resemble a common bolt, but with specific characteristics to fit into the bone. Macroscopically vertebral bone contains structures that determine their functional feature, but two are most important in relation to the PS, the pedicle and vertebral body. The pedicle microscopically, is formed with a rigid bone tissue, capable of withstanding greater load. The vertebral body, in contrast, contains a more brittle structure. They are named cortical and trabecular bone, respectively. There are two ways to evaluate the mechanical action of the PS, through physical studies and finite element models (FEM). FEM are increasingly used in the biomechanics practice, since they are easily modeled, without the need for special machinery, neither requires ethics committee for approval. By creating a mesh, added with physical properties, that represent the characteristics of the screw and the bone, they can simulate the loads existing in the screw-bone interface. With this, it makes possible to evaluate the results in terms of stress, displacement and interpreted as failure. Here, we studied 5 types of PS, which represent the average of marketable implants with different structural designs. These were inserted into a cylinder with two portions, representing the pedicle and vertebral body and put them to traction (pullout), with a force of 500N in order to evaluate the stress and the strain at the bone-screw interfaces between two situations, one with the intact model, and another with subtraction of the cylindrical area, represented by the pedicle. The model followed the principle to be isotropic and linear. The result, in the light of displacement, showed that on average, the 5 screws have a loss of 47% in fixation, when the pedicle portion was removed. Beside, regarding the individuality of the screws there was a significant difference among the five kinds, ranging from 21,9% to 92,2% increase in displacement, with and without the pedicle region. From the point of view of stress, no screw, in both scenarios, obtained values that reached the yield stress point of the trabecular bone, or point of final break. Here again, there was a significant difference between the five types of PS. Many PS obtained a lower stress when the pedicle was subtracted, a fact that was explained being the trabecular bone more deformable (lower elastic modulus) and likely to generate lower stress for the same displacement. In the end, this work was succeeded to report that if needed, the removal of the vertebral pedicles, the nowadays implants have a large fault capacity, shown by an average increase of almost 50% in the PS displacement, when load of 500N is applied in the form of pullout.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/21064 |
| Date | 03 June 2016 |
| Creators | Oppermann, Marcelo |
| Contributors | Cardoso, Leandro Xavier, Brasil, Lourdes Mattos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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