Estudo da remodelação óssea no úmero após uma artroplastia do ...

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Resumo Neste trabalho são desenvolvidos modelos computacionais para analisar a remodelação óssea na componente umeral quando sujeita a uma artroplastia do ombro, com haste cimentada e press-fit. O osso é modelado como um material poroso, caracterizado em cada ponto do domínio pela sua densidade. O modelo de remodelação óssea consiste num problema de optimização de topologia, através da minimização de uma função objectivo que tem em conta a rigidez estrutural e um custo metabólico associado à manutenção da massa de osso, definido por um parâmetro biomecânico k que tem em consideração diversos factores biológicos. O valor mais adequado para o parâmetro biomecânico k é apurado através da análise de remodelação óssea de modelos tridimensionais do úmero sem implante, seleccionando aquele que melhor reproduz a morfologia do úmero humano. Desta forma, obteve-se não só o valor mais adequado para o parâmetro k, como também se validou o modelo de remodelação óssea, demonstrando a capacidade deste de reproduzir com elevada semelhança a morfologia do osso humano. Após determinação do parâmetro biomecânico k, o modelo de remodelação óssea é aplicado aos modelos com implante, considerando-se como situação inicial a distribuição de densidades obtida no modelo anterior, do úmero sem implante, partindo-se assim de uma situação com maior semelhança com a realidade. Os resultados obtidos não apresentam, de um modo geral, alterações significativas da massa óssea, levando a concluir que o efeito de stress shielding e consequente adaptação óssea não são um factor preponderante para a falência protésica da componente umeral. I
Abstract In this work computational models are developed to analyze bone remodelling of the humerus after a shoulder arthroplasty using either a cemented or press-fit stem. Bone is modelled as a porous material, characterized by its local density. The bone remodelling model is based on a global optimization criterion by the minimization of a function which takes into account both structural stiffness and the metabolic cost related with bone maintenance, by the use of a biomechanical parameter k that varies with different biological factors. The most suitable value for the biomechanical parameter k is chosen based on the analysis of three-dimensional models of the humerus without the implant, in order to achieve the one which best reproduces its real morphology. This way, not only the most appropriate value for k is defined, but also the model is validated, showing its ability to reproduce with high similarity the real morphology of bone. After the determination of the biomechanical parameter k, the bone remodelling model was applied to three-dimensional models of the implanted humerus, starting with the same density distribution as the obtained previously with the model of the humerus without the implant, being thus closer to reality. The results obtained, in general, do not show significant changes of the bone mass, which leads to the conclusion that stress shielding and the resulting bone remodelling do not play a major role in the failure of shoulder prosthesis. II
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O modelo de contacto com atrito (4.
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Referências Andreykiv, A., P. J. P
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Katz, D., G. O' Toole, L. Cogswell,
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Zohdi, Tarek I., e Peter Wrigges. I
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Anexo B B.1 Modelo com implante cim
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B.2.2 Contacto sem atrito Figura B.
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