Modelo experimental e numérico do dano na cartilagem da articulação do tornozelo

Abstract

A articulação do tornozelo é composta pelas extremidades distais da tíbia e da fíbula na parte superior da articulação e pela cúpula do tálus na parte inferior. A lesão osteocondral caracteriza-se como uma lesão na cartilagem articular. O objetivo deste estudo foi tentar contribuir para alargar o conhecimento já existente acerca desta lesão, principalmente quando há presença de fluído dentro do dano. Deste modo, foi concebido o modelo CAD utilizando uma TAC, de forma a reconstruir o tornozelo lesionado. Este modelo foi posteriormente adaptado para criar o modelo numérico e o modelo experimental. O modelo experimental foi desenvolvido através de prototipagem, sendo depois sujeito a ensaios de compressão. O modelo numérico foi estudado com recurso ao método de elementos finitos, tendo sido efetuados estudos com variações de diferentes fatores, tais como: variação da posição da articulação, do formato do dano, da posição do dano e do tamanho do dano. Estes fatores foram alterados para permitir uma melhor compreensão da lesão e caracterizá-la de forma mais completa. Todos os resultados foram comparados de forma a perceber qual o impacto na articulação. Os resultados obtidos permitiram concluir que a presença de fluído reduz significativamente as tensões na zona superior da cartilagem quando comparado com a cartilagem intacta. Ao observar estes resultados, foi importante estudar a variação das tensões na parte superior e inferior da cartilagem dentro do dano. Com este último estudo foi possível verificar que a presença do fluído aumenta de uma forma muito significativa as tensões na zona inferior da cartilagem. Foi ainda possível determinar fatores que aumentam as tensões máximas e as tensões médias no dano. Foi obtida correlação entre o modelo numérico e o modelo experimental.

The ankle joint is composed by the distal ends of the The present work ... tibia and fibula in the superior part, and by the dome of the talus in the inferior part. The osteochondral lesion is characterized as a cartilage lesion. The purpose of this study was to try to contribute to broaden the existing knowledge about this lesion, especially when there is presence of fluid within the damage. In this way, the CAD model was designed using a CT scan to reconstruct the injured ankle. This model was later adapted to create the numerical model and the experimental model. The experimental model was developed through prototyping and then subjected to compression tests. The numerical model was studied using the finite element method, and studies were carried out with variations of different factors, such as: variation of joint position, damage shape, damage position and damage size. These factors were altered to allow a better understanding of the lesion and to characterize it more completely. All the results were compared in order to understand the impact on the joint. The obtained results allowed to conclude that the presence of fluid significantly reduces the tensions in the superior zone of the cartilage when compared to the intact cartilage. In observing these results, it was important to study the variation of the tensions in the upper and lower part of the cartilage within the damage. With this last study it was possible to verify that the presence of the fluid increases in a very significant way the tensions in the inferior zone of the cartilage. It was also possible to determine factors that increase the maximum stresses and the average tensions in the damage. Correlation was obtained between the numerical model and the experimental model.