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.