ANÁLISE DA DIVISÃO DE CARREGAMENTOS ENTRE FÊMUR E HASTE INTRAMEDULAR
Carregando...
Data
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA
Resumo
The most commonly used process for stabilizing femoral shaft fractures is the installation of a metal device internal to the bone medullary cavity, known as a blocked intramedullary nail. The intramedullary nail gradually releases part of its loading as the stiffness of the fractured bone grows during its consolidation. Even after this process, post-implant problems resulting from insufficient mechanical stimulation may occur, such as delayed bone healing, lower limb dysmetria, and osteoporosis, according to Wolf's Law and Frost's Mechanostatic Theory. To model the post-implant loading division between a human femur and a locked intramedullary nail, an analytical model based on the theory of solid mechanics is proposed. The analytical formulation is presented, and its results compared with a finite element numerical model, ANSYS 16.0, used as a reference. The results show a good approximation between the models in the division of the various types of loads. Regarding to force loads on the bone: the longitudinal force was much higher than the transverse forces. Regarding the loading of moment on the bone: the bending moments are much larger than the torsion moment. Regarding the materials, the titanium nail, in relation to the stainless-steel nail, proved to be a better choice, due its lower rigidity. There was also an increase in bone stresses from the diaphyseal region to the distal region, although there is an increase in the area / moments of inertia of the transverse sections of the diaphyseal region to the distal region, these are not enough to compensate for the increased applied loads.
O processo mais utilizado para a estabilização de fraturas diafisárias de fêmur é a instalação de um dispositivo metálico interno à cavidade medular óssea, conhecido como haste intramedular bloqueada. A haste intramedular libera gradativamente parte do seu carregamento à medida que a rigidez do osso fraturado vai crescendo durante a sua consolidação. Mesmo após este processo, problemas no pós-implante resultantes do estímulo mecânico insuficiente podem ocorrer, tais como atraso de consolidação óssea, dismetria dos membros inferiores e osteoporose, conforme a Lei de Wolf e a Teoria Mecanostática de Frost. Para modelar a divisão de carregamentos, no pós-implante, entre um fêmur humano e uma haste intramedular bloqueada, um modelo analítico baseado na teoria de mecânica dos sólidos é proposto. A formulação analítica é apresentada e seus resultados comparados com um modelo numérico de elementos finitos, o ANSYS 16.0, usado como referência. Os resultados alcançados mostram uma boa aproximação entre os modelos na divisão dos diversos tipos de carregamentos. Quanto aos carregamentos de força no osso: a força longitudinal mostrou-se muito maior que as forças transversais. Quanto aos carregamentos de momento no osso: os momentos fletores mostram- se muito maiores que o momento de torção. Quanto aos materiais, a haste de titânio, em relação a haste de aço inox, mostrou-se uma escolha melhor, dada a sua menor rigidez. Observou-se, ainda um aumento das tensões no osso da região diafisária para a região distal, pois embora exista um aumento da área/momentos de inércia das seções transversais da região diafisária para a distal, estas não são suficientes compensar o aumento do carregamento aplicado.
O processo mais utilizado para a estabilização de fraturas diafisárias de fêmur é a instalação de um dispositivo metálico interno à cavidade medular óssea, conhecido como haste intramedular bloqueada. A haste intramedular libera gradativamente parte do seu carregamento à medida que a rigidez do osso fraturado vai crescendo durante a sua consolidação. Mesmo após este processo, problemas no pós-implante resultantes do estímulo mecânico insuficiente podem ocorrer, tais como atraso de consolidação óssea, dismetria dos membros inferiores e osteoporose, conforme a Lei de Wolf e a Teoria Mecanostática de Frost. Para modelar a divisão de carregamentos, no pós-implante, entre um fêmur humano e uma haste intramedular bloqueada, um modelo analítico baseado na teoria de mecânica dos sólidos é proposto. A formulação analítica é apresentada e seus resultados comparados com um modelo numérico de elementos finitos, o ANSYS 16.0, usado como referência. Os resultados alcançados mostram uma boa aproximação entre os modelos na divisão dos diversos tipos de carregamentos. Quanto aos carregamentos de força no osso: a força longitudinal mostrou-se muito maior que as forças transversais. Quanto aos carregamentos de momento no osso: os momentos fletores mostram- se muito maiores que o momento de torção. Quanto aos materiais, a haste de titânio, em relação a haste de aço inox, mostrou-se uma escolha melhor, dada a sua menor rigidez. Observou-se, ainda um aumento das tensões no osso da região diafisária para a região distal, pois embora exista um aumento da área/momentos de inércia das seções transversais da região diafisária para a distal, estas não são suficientes compensar o aumento do carregamento aplicado.