Avaliação biomecânica do desempenho de prótese femoral com rigidez variável

• Author(s): Magalhães, Kelly
• Date: 2014
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10198/11596
• Origin: Biblioteca Digital do IPB
• Subject(s): Prótese; Fémur proximal; Rigidez variável; Elementos finitos
• Document Type: Master thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Fonseca, E.M.M.
• Contributor(s): Biblioteca Digital do IPB

Description

O presente trabalho tem como objetivo abordar uma metodologia para diminuir os micromovimentos e o efeito de “stress-shielding” em próteses femorais. O presente projeto focou-se no estudo de modelos simplificados de próteses de rigidez variável, estudaram-se modelos com próteses convencionais e posteriormente a análise de modelos de rigidez variável, com variação de material longitudinal e transversal. Os modelos de rigidez variável foram otimizados atendendo à geometria e ao material da prótese. Através de um processo automático de otimização foi possível diminuir as tensões de corte na interface osso-prótese minimizando os micromovimentos da prótese. O modelo de variação com material transversal apresentou melhores resultados nas extremidades da prótese, contudo apresentou picos de tensões na mudança de material. Por último foi realizado um estudo da geometria do fémur proximal humano, tendo-se verificado uma tendência para o fémur ser mais estreito em pacientes do género feminino e o ângulo colodiafisário diminuir com o aumento da idade. Este estudo possibilitou a conceção de uma prótese mais complexa, com geometria semelhante ao conjunto osso-prótese, onde os modelos com variação de material longitudinal apresentam melhores resultados para o lado esquerdo e piores para o lado direito. Através de modelos com variação de material é possível diminuir os picos de tensões nas extremidades da prótese favorecendo assim o crescimento ósseo e a fixação da prótese.

The main goal of this work is to present a methodology to reduce the micromovements and the effect of stress-shielding in femoral prosthesis. This project is based on the study of simplified models of prosthesis with variable stiffness, also conventional prosthesis were studied for analysis of models with variable stiffness, with longitudinal and transversal material effect. The models with variable stiffness were optimized taking into account the geometry and the prosthesis material. Using an automated optimization process it was possible to reduce the shear stresses at the boneprosthesis interface minimizing the micromovement of the prosthesis. The model with transversal variation of material shows better results at the ends of the prosthesis, however showed peak of stresses in the material change. Finally, a study of the human proximal femur geometry was performed, in this study there was a tendency for the femur to be smaller in female gender and the neck-shaft angle decreases with increasing age. This study enabled the design of a more complex prosthesis with similar geometry to the whole bone-prosthesis, where models with longitudinal variation of materials show better results for the left side and worst results to the right side. Through the material variation is possible to reduce the peak of stresses at the ends of the prosthesis, allowing bone ingrowth promotion and the prosthesis fixation.