Caracterização de próteses de Si3N4/diamante por tomografia computorizada

Abstract

Esta dissertação aborda as potencialidades de um novo material cerâmico, o nitreto de silício (Si3N4), revestido com um filme de nanodiamante CVD (Chemical Vapour Deposition), que tem vindo a ser desenvolvido nos laboratórios do Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e Compósitos (CICECO) da Universidade de Aveiro. O novo material é um possível candidato à utilização em próteses articulares, nomeadamente na cabeça de fémur. No presente trabalho estudaram-se, por tomografia computorizada (TC), as propriedades imagiológicas do novo material comparando-as com as propriedades dos materiais comerciais, nomeadamente no que se refere ao eventual aparecimento de artefacto metálico que habitualmente se verifica devido à presença de objectos de elevada densidade (próteses) no corpo em estudo. Foi concebido um equipamento de teste que permitiu a aquisição das imagens de TC das diferentes amostras de cabeças de fémur (comerciais e realizadas em nitreto de silício com e sem revestimento de diamante) e posterior comparação do artefacto produzido nas imagens. As imagens de TC, adquiridas com diferentes protocolos e parâmetros, foram analisadas e caracterizadas em termos qualitativos e quantitativos. Nomeadamente caracterizou-se o erro devido à presença do artefacto metálico utilizando diferentes medidas de erro. Este estudo permitiu demonstrar que o nitreto de silício apresenta propriedades imagiológicas promissoras, dado que, quer do ponto de vista qualitativo quer quantitativo, o artefacto de tipo metálico produzido por este material é reduzido comparativamente com o artefacto produzido pelos materiais actualmente utilizados para este tipo de próteses.

This dissertation approaches the potentialities of a new ceramic material, the silicon nitrite (Si3N4), covered with a CVD (Chemical Vapour Deposition) nanodiamond film that is being developed in the Investigation Centre laboratories of Ceramic Materials and Composites (CICECO) in Aveiro University. The silicon nitrite is a possible candidate to be used in articular prosthesis, namely in the head of femur. In the present work have been studied, by computed tomography (CT), the imaging properties of the silicon nitrite, comparing them with the properties of the commercial materials, namely in what refers to the eventual appearance of a metal artefact that is usually verified due to the presence of objects with high density (prosthesis) in the body under study. It have been conceived a test equipment that allowed the acquisition of the CT images of the different samples of head of femur (commercial and made in silicon nitrite with and without diamond covering) and posterior comparison of the artefact produced in the images. The images of CT, acquired with different protocols and parameters, were analyzed and characterized in qualitative and quantitative terms. Namely, the error due to the presence of the metal artifact was characterized through different error measures. This study allowed to show that the silicon nitrite presents promising imaging properties and from the qualitative and quantitative point of view, the metal artifact produced by this material is reduced when compared with the artifact produced by materials actually used for this type of prosthesis.