Estudo da adaptação Óssea e distribuição de tensão num fémur com implante
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Biomecânica dos Tecidos
Grupo 4 Joana Paulo 72455 João Costa 62850
Rui Pinto 62842 Lisboa, 23 de Maio de 2012
Estudo da adaptação Óssea e distribuição de tensão num
fémur com implante
Mestrado em Engenharia Biomédica
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Contextualização
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Modelo de adaptação
Δt: 0.1 B: 0.15 S: 0.4 K: 0.85 J/g Nº iterações: 100 Densidade inicial: 1 g/cm3
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Implementação
MATLAB Modelo
de Huiskes
ABAQUS Energia
de Deforma
ção
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Simulações
Diâmetro
Ligação • Por contacto • Tipo Tie
Material • Aço • Isoelástico
• Inferior (10mm e 8,5 mm) • Superior (14 mm e 12mm)
• Osso Sem Prótese
• Osso Com Prótese:
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Osso Sem Prótese
• Geraram-se tensões e densidades mais elevadas nas regiões de aplicação das forças; • Junto ao encastramento, observaram-se tensões e densidades elevadas; • As densidades evoluíram para valores dentro da gama [0,01; 1,74]g/cm3, pelo que são aceitáveis
Tensões Densidades
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Osso Sem Prótese
• Identificou-se claramente o canal medular, mas não foi possível identificar o triângulo de Ward.
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Efeitos da variação do diâmetro da prótese
Menor diâmetro VS Maior Diâmetro
• Para diâmetros menores, as tensões na prótese são superiores;
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Efeitos da variação do diâmetro da prótese • Para diâmetros maiores, o efeito de stress-shielding é mais notório
Menor diâmetro VS Maior Diâmetro
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Efeitos da alteração do tipo de ligação entre a prótese e o fémur
Ligação Tipo Tie (Cimentada) VS Ligação Por Contacto (Press-Fit)
• A distribuição de tensões é idêntica, mas…….
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Efeitos da alteração do tipo de ligação entre a prótese e o fémur
Ligação Tipo Tie (Cimentada) VS Ligação Por Contacto (Press-Fit)
….Do ponto de vista do stress-shielding, a prótese tipo press-fit é melhor.
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Efeitos da modificação do material da prótese Para um material isoelástico observa-se: • Uma distribuição mais homogénea das cargas entre osso e prótese;
Material Isoelástico vs Aço
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Efeitos da modificação do material da prótese Para um material isoelástico observa-se: • Diminuição do efeito de stress shielding.
Material Isoelástico vs Aço
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• Os dois casos de carregamento utilizados não são representativos da actividade diária de um sujeito;
• O modelo de Huiskes não considera limites à velocidade de adaptação;
• Partimos de uma densidade constante e igual a 1 g/cm3 em todas as simulações.
Comentários ao método utilizado
DISCUSSÕES
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Minimizar os danos no tecido
ósseo
Resistência mecânica adequada da prótese
CONCLUSÕES
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REFERÊNCIAS
Jacobs, C. et al. (1995), Numerical Instabilities in Bone Remodeling Simulations: advantages of a Node-based Finite Element Approach, Journal of Biomechanics, Vol. 28, No 4, pp. 449-459.
Huiskes, R. et al. (2001), Hip-joint and abductor-muscle forces adequately represent in vivo loading of a cemented total hip reconstruction, Journal of Biomechanics, Vol. 34, pp. 449-459.
Folgado, J. (2007), Apontamentos da Disciplina de Biomecânica dos Tecidos, DEM, IST.
Martin, R. et al. (1993), Skeletal Tissue Mechanics, Springer, New York.
Ratner, Buddy D. e Hoffman, Alan S. (2004), An Introduction to Materials in Medicine, 2a Edição, Elsevier Academic Press, UK.