Estudo numérico do escoamento de um cimento para fixação de implantes ortopédicos

Abstract

A substituição das superfícies articulares por implantes artificiais constitui, actualmente, um procedimento cirúrgico corrente, com resultados inquestionáveis. No que se refere ao modo de fixação dos seus componentes, consideram-se basicamente dois tipos de artroplastias: cimentadas e não cimentadas Implantes, sistemas cimentação. Mais recentemente, tem emergido o conceito de fixação híbrida em que apenas algumas regiões da prótese são fixadas com cimento O presente trabalho versa sobre a análise do escoamento de um cimento, para fixação de implantes ortopédicos, através de um canal com geometria previamente estabelecida. O estudo pretende dar uma contribuição neste campo ao utiliza-se um software de CFD (Computational Fluid Dynamics) multi-objectivos, CFX, para criar um modelo “virtual” da geometria a ser preenchida com cimento. Através da realização de estudos paramétricos, avalia-se que factores, e em que medida, influenciam o escoamento do cimento contribuindo para um melhor desempenho do implante. O do modelo numérico é validado através da realização de ensaios experimentais. As propriedades do cimento são implementadas no código através de uma equação retirada da literatura. A folga entre o osso e o implante não pode ser modelada e é simulada através como uma equação da implementação de uma porosidade em zonas específicas do domínio. Os resultados numéricos obtidos reproduzem com boa fidelidade outros resultados numéricos e experimentais disponíveis, Os resultados obtidos permitem constatar a viabilidade da utilização do software no estudo das condições de escoamento de cimentos para fixação de implantes ortopédicos, desde que sejam conhecidas as características do cimento e a geometria do canal.

ABSTRACT: The replacement of join surfaces by artificial implants is a surgical procedure currently used, with undeniable results. Concerning to the method of fixation of its components, two types are usually considered: cemented and without cement systems. More recently, it has emerged the concept of hybrid setting in which only some regions of the prosthesis are fixed with cement. This work deals with the analysis of the flow of cement for fixation of orthopaedic implants, through a channel with predetermined geometry. The study contributes to this field of study by using a CFD (Computational Fluid Dynamics) package, CFX, to generate a virtual model of the geometry to be filled. By conducting parametrical studies, it’s possible to evaluate which factors, and in what extent, can influence the flow and contribute to a better performance. The validation of the numerical model is made trough the realization of experimental tests Cement’s properties are implemented in code through an equation extracted from the literature. Gap between bone and the implant can not be modelled and is simulated by the implementation of porosity in specific areas of the domain. Numerical results reproduce with fidelity experimental data. Results show the feasibility of using this kind of software in the study bone cement flow in orthopaedic applications, since cement’s characteristics and implant geometry are known.