Desenvolvimento de modelo numérico da interface cimento-osso na artroplastia cimentada

• Autor(a) principal: Cabrinha, Ana Isabel Lobato
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/31357
• topic: Artroplastia; Osso trabecular; Cimento ósseo; Interface; Resposta mecânica

A taxa de incidência da artroplastia primária e de revisão na população mundial tem vindo a aumentar, principalmente associada a grandes articulações: anca, joelho e ombro. Uma das variáveis associada à artroplastia é o tipo de ligação entre o implante e o osso do paciente, pois esta estará associado ao sucesso ou insucesso de uma artroplastia a curto prazo. Assim o estudo da interface osso-cimento no caso de artroplastias cimentadas revela-se como um fator decisivo para o sucesso de qualquer artroplastia. Neste âmbito, este trabalho tem por base o desenvolvimento de um modelo que permita replicar a interface osso-cimento e cimento-haste de forma a aferir o seu comportamento a longo prazo. Para o efeito, foi desenvolvido um modelo experimental e um modelo de elementos finitos de uma secção da artroplastia cimentada, situada na epífise de um osso longo, considerando o osso cortical, o osso trabecular, o cimento ósseo e a haste do implante. Experimentalmente, a arquitetura do osso trabecular foi reproduzida através de espumas de poliuretano de três densidades distintas: 7,5, 10 e 12 PCF. As amostras foram submetidas a ensaios mecânicos de tração, em conjunto com correlação digital de imagem. Foi ainda efetuado um ensaio de extensometria de forma a obter deformações locais no cimento. Numericamente, a reconstrução da geometria do osso esponjoso baseou-se em scans de uma espuma de poliuretano de densidade 7,5 PCF, obtidos por microtomografia raio-X computorizada ( CT). Foi considerada uma simetria em relação ao eixo de revolução do implante. Calculou-se uma correlação linear de r=0,72 e uma correlação quadrática de =0,61 entre os dois modelos. Foi avaliada a influência de quatro variáveis associadas à artroplastia cimentada: acabamento da superfície da haste do implante, propriedades mecânicas e elásticas do cimento ósseo, espessura da camada de cimento (avaliadas numericamente) e densidade do osso trabecular (avaliada experimentalmente). O aumento de atrito entre a haste e o cimento demonstrou reduzir as tensões solicitadas no cimento, contudo, verificou-se convergência no efeito. Um coeficiente de 0,3 parece oferecer resultados favoráveis. O aumento do módulo de elasticidade e tensão de rotura do cimento traduziu-se na diminuição das tensões médias deste, contudo aumentam as tensões locais na interface cimento-osso. Um cimento de 2,5 GPa ofereceu resultados mais equilibrados. A espessura da camada de cimento revelou ter uma influência substancial nas tensões e deformações do osso e do cimento. O estudo indica que camadas entre 5,5 e 7,5 mm de espessura oferecem resultados mais favoráveis na resistência de ambos os componentes. Os resultados experimentais sugerem que o aumento da densidade do osso aumenta a rigidez e estabilidade da estrutura mas reduz a aposição de cimento, aumentando o risco de falha na interface cimento-osso.