Este estudo tem como objetivo avaliar a influência da cartilagem na distribuição de deformações na articulação da anca. Foram desenvolvidos modelos experimentais e numéricos (com base em ossos sintéticos) da articulação natural e com artroplastia total press-fit. Foi ainda considerada a articulação natural com e sem cartilagem. Os constituintes da articulação da anca foram gerados computacionalmente através de um processo de digitalização 3D, e discretização numérica tetraédrica de elementos finitos, onde foram aplicados constrangimentos e condições fronteira com o intuito de aproximar os modelos ao caso real, aplicando uma força de reação de 2300N em cada um dos modelos. A validação com ensaios experimentais foi realizada através da medição das deformações principais, permitindo verificar que os modelos numéricos replicam os modelos experimentais com uma diferença de 7% e 9% nos modelos da articulação natural e implantada, respetivamente. A análise numérica da articulação natural, com e sem cartilagem, permitiu confirmar a importância da cartilagem na transferência de carga. A cartilagem diminui as deformações na superfície do fémur e modifica as zonas críticas na transferência de carga. Verificou-se, através da distribuição das deformações em torno da cavidade acetabular, que estas apresentam valores inferiores no modelo implantado relativamente ao modelo natural. Neste estudo verificámos também, através da análise dos micromovimentos entre o implante e o osso, que a região superior da cavidade acetabular é a que mais influencia a estabilidade do implante.

This study aims to evaluate the influence of the cartilage on the hip strain distribution. In order to compare the natural and implanted hip behavior, experimental and numerical models (based on synthetic bones) of the joint were developed. In this study models of the natural hip with and without cartilage were developed and an implanted hip model. The hip joint constituents were computationally developed through 3D scanning and subsequently generated a finite element tetrahedral mesh where constrains and boundary conditions were applied to approach the models to a real case. A 2300N load case was applied. The numerical and experimental validations were performed based on the principal strains. This procedure proved that the numerical models replicate the experimental ones with a difference of 7% and 9% for the natural and experimental models respectively. The numerical analysis of the natural hip joint, with and without cartilage, allowed assessing the major importance of the cartilage in the load transfer process. The presence of cartilage decreases the strains in the surface of the femur. Within the implanted model we registered the lowest strain values when assessing the strain distribution around the acetabular cavity. We also assessed based on the micromotion analysis between the interface bone-implant, that the superior region of the acetabular cavity is the region that plays the most influence concerning the implant stability and bone ingrowth mechanism.

Este estudo teve como objectivo o desenvolvimento uma metodologia de fabrico rápido de implantes ortopédicos, em simultaneidade com a intervenção cirúrgica, considerando duas potenciais aplicações na área ortopédica: o fabrico de implantes anatomicamente adaptados e o fabrico de implantes para substituição de perdas ósseas. A inovação do trabalho desenvolvido consiste na obtenção in situ da geometria do implante, através da impressão directa de um material elastomérico (polivinilsiloxano) que permite obter com grande exactidão a geometria pretendida. Após digitalização do modelo obtido em material elastomérico, o implante final é fabricado por maquinagem recorrendo a um sistema de CAD/CAM dedicado. O implante após esterilização, pode ser colocado no paciente. O conceito foi desenvolvido com recurso a tecnologias disponíveis comercialmente e de baixo custo. O mesmo foi testado sob a forma de uma artroplastia da anca realizada in vivo numa ovelha. O acréscimo de tempo de cirurgia foi de 80 minutos sendo 40 directamente resultantes do processo de fabrico do implante. O sistema desenvolvido revelou-se eficiente no alcance dos objectivos propostos, possibilitando o fabrico de um implante durante um período de tempo perfeitamente compatível com o tempo de cirurgia.

This study, aimed the development of a methodology for rapid manufacture of orthopedic implants simultaneously with the surgical intervention, considering two potential applications in the fields of orthopedics: the manufacture of anatomically adapted implants and implants for bone loss replacement. This work innovation consists on the capitation of the in situ geometry of the implant by direct capture of the shape using an elastomeric material (polyvinylsiloxane) which allows fine detail and great accuracy of the geometry. After scanning the elastomeric specimen, the implant is obtained by machining using a CNC milling machine programmed with a dedicated CAD/CAM system. After sterilization, the implant is able to be placed on the patient. The concept was developed using low cost technology and commercially available. The system has been tested in an in vivo hip arthroplasty performed on a sheep. The time increase of surgery was 80 minutes being 40 minutes the time of implant manufacturing. The system developed has been tested and the goals defined of the study achieved enabling the rapid manufacture of an implant in a time period compatible with the surgery time.