Author(s):
Relvas, Carlos Alberto Moura 
Date: 2007
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2553
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Biomecânica; Ossos; Próteses; Biomateriais
Description
Nesta tese apresenta-se um conceito do fabrico de implantes ósseos em
simultaneidade com o acto cirúrgico. O conceito foi desenvolvido e testado sob
a forma de artroplastia da anca realizada in vivo numa ovelha. O sistema tem
como ponto de partida a obtenção in situ da geometria do canal femoral.
Assim, após a luxação e corte da cabeça femoral e preparação, através de
raspas, do canal do fémur é obtida a geometria do canal onde será alojada a
componente femoral da prótese de anca. O processo utiliza uma pré-haste,
sobre a qual é feita a injecção de silicone, de polimerização rápida, que
permite obter com grande exactidão as características dimensionais e
geométricas do canal femoral. Por digitalização da geometria da haste de
silicone através de um sistema de varrimento laser é obtido um modelo virtual
da haste anatomicamente adaptada. A haste final é fabricada por
maquinagem, recorrendo-se a um sistema de CAM onde são geradas as
trajectórias de corte e elaborado o programa necessário para efectuar o
controlo de um centro de maquinagem de comando numérico. Na maquinagem
são ajustados os factores de precisão de forma a garantir um ajustamento
entre a haste e o canal femoral com uma determinada interferência. As
tensões geradas na interface osso-haste permitem a estabilidade inicial da
prótese. O sistema desenvolvido integra, desta forma equipamento de
aquisição de forma, de CAD/CAM e de maquinagem, assim como de
esterilização. Devido às características do centro de maquinagem,
nomeadamente devido à falta de rigidez estrutural do mesmo, fabricou-se a
prótese de ensaio em polietileno de elevada densidade. Solução que se
afigura adequada para próteses para caninos. O sistema foi aferido através de
um ensaio realizado numa ovelha, e cujos os resultados conseguidos foram ao
encontro dos objectivos propostos nesta tese. O sistema, com devidas
adaptações e com a utilização de um centro de maquinagem adequado
permitirá aplicar o conceito do fabrico intraoperativo de implantes em pacientes
humanos.
ABSTRACT: The concept of manufacturing a bone implant simultaneously with the surgical
procedure is described in this doctoral thesis. The concept of the novel hip
arthroplasty was designed, developed and tested on a sheep. The in situ
determination of the femoral canal is the starting point of the system designed.
After the femoral head resection and reaming of the femoral canal, the
geometry of the canal is obtained for the femoral component of the hip
prosthesis to be manufactured. Within the procedure, a metallic pre-stem is
used and silicone of rapid polymerization is injected and sustained by a
membrane, which allows excellent dimensional and geometric details of the
femoral canal. The silicone stem is then digitalised using a scanner laser and
the virtual model of the anatomical stem is obtained. The femoral component is
machined using a CAM system where the milling strategies are conceived
previously and the control a numerical milling machine is performed. Within the
machining parameters, the geometry precision is adjusted between the stem
and the femoral canal geometry with a specified interference. Stresses
generated at the bone-implant interface provide the initial stability of the
femoral prosthesis. The system developed includes a digitalization device,
CAD/CAM equipment and a sterilisation mean. Due to the lack of structural
stiffness of the milling machine, the prosthesis tested was made of ultra high
polyethylene, which seems to be an adequate solution for canine prostheses.
An in vivo test was performed through a sheep hip arthroplasty. Overall, the
objectives of the thesis were obtained. The system, with adaptations and the
use of an adequate milling centre makes it possible the use of the concept of
intra operatively manufacturing of implants for human patients. Doutoramento em Engenharia Mecânica
