Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/37074
Title: Desenvolvimento de um protótipo para sensorização e estimulação da interface de implantes ósseos
Author: Silva, Joel Marco Ferreira e
Advisor: Ferreira, Jorge Augusto Fernandes
Santos, Marco Paulo Soares dos
Keywords: Descolamento assético
Interface osso-implante
Implante instrumentado
Hardware de dispositivos médicos
Tecnologias digitais na saúde
Sensor capacitivo
Defense Date: 13-Dec-2022
Abstract: Nos últimos anos é notório o aumento significativo da população submetida a artroplastias, sendo que esse crescente número de intervenções cirúrgicas justifica a necessidade de desenvolver tecnologias que permitam a monitorização e ações estimulativas da interface osso-implante, com a finalidade de diminuir o número de cirurgias de revisão, e consequentemente, um aumento considerável da qualidade de vida da população mundial. Deste modo, o objetivo primário deste trabalho centra-se no desenvolvimento de um protótipo de sensorização e estimulação da interface osso-implante, integrado de elementos de hardware/software, composto por uma rede de elementos capacitivos controlada extracorporalmente. A parte física do protótipo, hardware, é a integração de um sistema de aquisição de dados capacitivos com um sistema de comutação, do modo (sensorial ou estimulativo) e da região de atuação. A vertente de software é maioritariamente a interface do clínico com o implante instrumentado, recorrendo a uma Web App para monitorização de dados monitorizados, através da gestão de dados a partir de bases de dados locais (incorporados nos implantes instrumentados) e globais extracorporais (administra os acessos a cada base de dados local). Para o hardware, foi utilizado o Eagle para definir o PCB layout; no software utilizaram-se recursos baseados em Django, Python, HTML, CSS; e finalmente, a gestão de dados foi efetuada através de MySQL. Inicialmente, procedeu-se à validação do software através da monitorização e estimulação com base em estados aleatórios da interface, com recurso a uma equação polinomial que associa um valor de entrada capacitivo a um resultado relativo a um descolamento assético. De seguida, é associado o hardware desenvolvido com o software, sendo que os valores anteriormente aleatórios são substituídos pela aproximação de uma amostra óssea. Ao aparato experimental, além do hardware e software, é adicionado uma Raspberry Pi (alojamento dos dados locais e controlo da PCB); um PC local (acesso à Web App para permitir uma comunicação TCP-IP com a Raspberry Pi); uma fonte de alimentação; e por fim, uma máquina de ensaios de tração/compressão que permite estabelecer diferentes interfaces osso-implante.
In recent years, there has been a significant increase in the population undergoing arthroplasty, and this rising number of surgical interventions supports the demand to develop technologies that allow for the monitoring and quick stimulation of the bone-implant interface, in order to reduce the number of revision surgeries and, consequently, considerably improve the quality of life of the world's population. In this way, the main goal is to develop a prototype for sensing and stimulation of the bone-implant interface, integrated with hardware/software elements, composed of a network of capacitive elements extracorporeally controlled by specialized agents. The physical side of the prototype, hardware, is the integration of a capacitive data acquisition system with a system to control the region and mode of operation, sensorial or stimulative. The other side, software, is mostly the interface of the specialized agent with the instrumented implant, using a Web App for monitoring retained data, through data management from local databases (registered in the instrumented implants) and global (manages the accesses to each local database). For the hardware, Eagle was used to define the PCB layout; in the software, resources based on Django, Python, HTML, CSS were used; and finally, included in the previous topic, data management was carried out through MySQL. Initially, the software was validated through monitoring and stimulation based on random states of the interface, using a polynomial equation that associates a capacitive input value, in pF, to a result designated aseptic loosening, given in mm. Then, the hardware developed with the software is associated, and the previously random values are replaced by the approximation of a bone sample. The experimental Apparatus, besides the hardware and software, is added a Raspberry Pi (local data housing and PCB control); a local PC (access to the Web App to allow a TCP-IP communication with the Raspberry Pi); a power supply; and finally, a precision machine that allows the placement of the bone sample at an exact distance from the sensorial matrix.
URI: http://hdl.handle.net/10773/37074
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

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