Revista Brasileira de Ortopedia (May 2008)
Análise comparativa em modelo computadorizado bidimensional com simulação do emprego de hastes flexíveis de aço e titânio, na fratura do fêmur da criança, utilizando o método dos elementos finitos Comparative analysis in a 2D computer model simulating the use of steel and titanium elastic nails in pediatric femur fracture, using the finite element method
Abstract
OBJETIVO: Apresentar um modelo computadorizado bidimensional, simulando uma fratura do fêmur em criança tratada por hastes flexíveis de aço e titânio, utilizando o método dos elementos finitos, avaliando-se comparativamente o caminho e distribuição das tensões, tensões principais e deformações. MÉTODOS Foram utilizados dois modelos diferentes, gerados pelo aplicativo Ansys®, considerando a simulação de uma fratura transversal na região diafisária, com a espessura de 1mm, cuja estabilização foi feita mediante o emprego de hastes intramedulares de materiais diferentes (aço e titânio), à luz da teoria mecanostática proposta por Frost, em 1987. RESULTADOS: A introdução das hastes intramedulares no fêmur alterou o caminho das tensões, servindo como condutoras das forças compressivas. Na análise comparativa, o modelo com as hastes de titânio, à luz da teoria mecanostática proposta por Frost, apresentou desempenho mais homogêneo quando do estudo das deformações em relação ao modelo com hastes de aço inoxidável. CONCLUSÕES: O modelo proposto atingiu os objetivos de comparar as tensões e deformações entre as simulações das hastes de aço e titânio. Analisando o caminho e distribuição das tensões no modelo (Von Mises e tensões principais), observa-se comportamento biomecânico qualitativamente melhor no modelo com hastes de titânio; todavia, na análise quantitativa, restrita às regiões do foco de fratura, os valores são estatisticamente semelhantes. No estudo das deformações, observa-se comportamento biomecânico mais homogêneo no modelo com hastes de titânio, pois as deformações verificadas nas regiões do foco de fratura apresentam-se dentro das janelas fisiológicas propostas por Frost.OBJECTIVE: To present a 2D computer model simulating a pediatric femur fracture treated with steel and titanium elastic nails, using the Finite Element Method, with a comparative evaluation of the paths and distribution of stresses, main stresses, and strains. METHODS: Two different models were used, both generated by application Ansys®, considering the simulation of a 1 mm transversal fracture of the diaphysis whose stabilization was performed with the use of intramedullary nails made of different materials (steel and titanium), according to the Mechanostat Theory proposed by Frost in 1987. RESULTS: The introduction of intramedullary nails in the femur has changed the path of stresses, and conducted compressive stresses. In the comparison, the model with titanium nails, according to the Mechanostat Theory proposed by Frost, presented a more homogenous performance in the strain study than the stainless steel nails. CONCLUSIONS: The model proposed attained the objective of comparing stresses and strains between the steel and titanium nails simulations. By analyzing the path and the distribution of stresses in the model (Von Mises and main stresses), one can see the qualitatively improved biomechanical behavior in the titanium nails model, but in the quantitative analysis restricted to the fracture focus regions, the values are statistically similar. In the strain study, the more homogenous biomechanical behavior is seen in the model with titanium nails, as all strains seen in fracture focus regions are within the physiological window proposed by Frost.
Keywords
