Estudo da adaptação Óssea e distribuição de tensão num fémur com implante

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

Contextualização

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

Implementação

MATLAB Modelo

de Huiskes

ABAQUS Energia

de Deforma

ção

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:

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

Osso Sem Prótese

•  Identificou-se claramente o canal medular, mas não foi possível identificar o triângulo de Ward.

Efeitos da variação do diâmetro da prótese

Menor diâmetro VS Maior Diâmetro

• Para diâmetros menores, as tensões na prótese são superiores;

Efeitos da variação do diâmetro da prótese • Para diâmetros maiores, o efeito de stress-shielding é mais notório

Menor diâmetro VS Maior Diâmetro

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…….

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.

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

Efeitos da modificação do material da prótese Para um material isoelástico observa-se: • Diminuição do efeito de stress shielding.

Material Isoelástico vs Aço

• 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

Minimizar os danos no tecido

ósseo

Resistência mecânica adequada da prótese

CONCLUSÕES

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.