Avaliação das deformações em osso sintético durante um processo de furação

• MARIA G. A. FERNANDES ^[1] ; ELZA M. M. FONSECA ^[1] ; RENATO M. NATAL ^[2]
  1. [1] Instituto Politécnico de Bragança

     Instituto Politécnico de Bragança

     Bragança (Sé), Portugal

     
  2. [2] LAETA, INEGI
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 21, Nº 2, 2017, págs. 45-53
• Idioma: portugués
• Títulos paralelos:
  • Strain evaluation in synthetic bone during a drilling process
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• Resumen
  • English

    Given the growing increase of the ageing population in the recent years, the drilling technique is nowadays one of the most surgical procedures used in medicine. As an essential method in the treatment of bone fractures, as well as, in the dental implants placement, it has become essential to use the appropriate drilling parameters, ensuring the absence of bone damage. The development of methodologies that allow to evaluate and to help on the success of these procedures has become a challenge for the scientific community. The present work aims to evaluate the strain field generated in the bone tissue under a drilling process using a synthetic bone material from Sawbones®. A finite element model is presented and allows to simulate the drilling process. The model was calibrated through experimental tests to measure the strain field on the synthetic bone surface of Sawbones®, characterized as a polyurethane foam with similar properties to the human cadaveric bone. This study allowed the comparison between numerical and experimental results in order to calibrate the numerical model, as a future tool to be used in drilling process. The drilling parameters selected for this study consist in the use of three different drill speeds, keeping constant the parameters related to the feed speed, drilling depth and drill bit used. The results allowed to conclude that the increase of drill speed leads to an increase of the strain during the drilling. The most critical zones are always in the wall hole and in the vicinity zones. The strains tend to increase along the drilling, reaching the maximum value at the end of the process. Experimental and numerical results show the importance of the appropriate selection of drilling parameters to minimize the damage caused by the process itself.

  • português

    Face ao crescente aumento da população idosa verificado nos últimos anos, a técnica de furação constitui atualmente um dos procedimentos cirúrgicos mais utilizados na medicina. Tratando-se de uma ação indispensável no tratamento de fraturas ósseas, bem como no alojamento de implantes dentários, é essencial a utilização de parâmetros de furação adequados que permitam garantir a ausência do dano ósseo. O desenvolvimento de metodologias que avaliem e auxiliem o sucesso destes procedimentos tornou-se um desafio para a comunidade científica. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o campo de deformações geradas no tecido ósseo sob um processo de furação, utilizando um material de osso sintético da Sawbones®. É apresentado um modelo de elementos finitos que através de uma análise dinâmica permite simular o processo de furação. O modelo foi calibrado através de testes experimentais para medição do campo de deformações na superfície do osso sintético da Sawbones®, caracterizado como uma espuma de poliuretano, com propriedades semelhantes às do osso humano cadavérico. O estudo efetuado permitiu a comparação entre os resultados numéricos e experimentais com o objetivo de calibrar o modelo numérico para a utilização futura em processos de furação. Os parâmetros de furação selecionados para o estudo consistem na utilização de três velocidades de rotação diferentes, mantendo constantes os parâmetros relativos à velocidade de avanço, profundidade de furação e broca utilizada.

    Os resultados permitiram concluir que o aumento da velocidade de rotação provoca um aumento das deformações durante a furação. As zonas mais críticas encontram-se sempre na parede do furo e na vizinhança adjacente.

    As deformações tendem a aumentar ao longo da furação atingindo os valores máximos no instante em que a ferramenta de corte termina o furo. Os resultados experimentais e numéricos evidenciam a importância de uma seleção adequada de parâmetros de furação na minimização do dano causado pelo próprio processo.