Prótese para substituição total de disco intervertebral: desenvolvimento de modelo computacional e análise por elementos finitos / Prótese de reemplazo total del disco intervertebral: modelo de desarrollo computacional y análisis de elementos finitos / Prosthesis for total intervertebral disc replacement: computacional model development and finite element analysis

RESUMO

A idéia de um disco intervertebral artificial não é nova. O campo de estudos sobre próteses para artroplastia de coluna desenvolve-se ao passo que novas tecnologias na área de materiais e engenharia médica são desenvolvidas ou introduzidas para o surgimento de novos projetos. OBJETIVO: estabelecer metodologia de desenvolvimento de produto em um projeto de prótese para substituição total de disco intervertebral pela utilização de ferramentas computacionais de engenharia. MÉTODOS: a metodologia de desenvolvimento de prótese para substituição total de disco iniciou-se com a definição do seu modelo virtual, seguida pela a análise mecânica virtual por elementos finitos. RESULTADOS: a prótese de disco foi concebida com três componentes, sendo eles o flange superior, o flange inferior e o núcleo. Aplicando o critério de von Mises para solução da análise virtual, verificou-se que o núcleo da prótese é o componente mais solicitado durante compressão axial e compressão/cisalhamento. CONCLUSÃO: este estudo demonstra a viabilidade do desenvolvimento de um projeto para fabricação de prótese para substituição total de disco intervertebral, por meio de metodologia computacional já consagrada em projetos mecânicos de engenharia, principalmente, nos ramos automotivo e aeronáutico.

ABSTRACT

The idea of an artificial intervertebral disc is not new. The studies of spinal arthroplasty prostheses are in developing, while new materials and technologies are developed to suply medical engineering projects. OBJECTIVE: to establish a methodology for product development on a project of prosthesis for total disc replacement, trough the use of computacional engineering tools. METHODS: the methodology of prosthesis development began with the definition of their virtual model, followed by the virtual mechanical analysis by finite element. RESULTS: the prosthesis is designed with three components the top flange, bottom flange and the core. Applying the von Mises criterion for the virtual analysis solution, it was found that the core of the prosthesis is the most stressed component during axial compression and compression/shear. CONCLUSION: this study demonstrated that the development of a total disc replacement prosthesis is viable through computational methods already known in mechanical engineering projects, mainly in automotive and aeronautics.

RESUMEN

La idea de un disco intervertebral artificial no es nueva. Los estudios de la columna vertebral artroplastia prótesis están en desarrollo, mientras las nuevas tecnologías en el ámbito de la ingeniería y los materiales médicos son desarr llados o introducidos a la aparición de nuevos proyectos. OBJETIVO: establecer una metodología para el desarrollo de producto en un proyecto de prótesis para reemplazo total del disco intervertebral, a través del uso de herramientas de ingeniería computacional. MÉTODOS: la metodología de desarrollo de prótesis para reemplazo total del disco se inició con la definición de su modelo virtual, seguido por el virtual mecánica de análisis de elementos finitos. RESULTADOS: la prótesis discal, fue diseñado con tres componentes, que son la parte superior de brida, la brida inferior y núcleo. Aplicando el criterio de von Mises solución virtual para el análisis, se constató que el núcleo de la prótesis es la más solicitada durante la compresión axial y la compresión y cortante. CONCLUSIÓN: por último, este estudio demuestra la viabilidad de elaborar un proyecto para la construcción de una prótesis para reemplazo total del disco intervertebral, a través de métodos computacionales ya consagrados en los proyectos de ingeniería mecánica, principalmente en automoción y sector aeroespacial.