Caracterização numérica de um fixador externo para fraturas da tíbia

Abstract

O objetivo do presente trabalho passou pela caracterização numérica de um fixador externo para fraturas da tíbia. Para isso, efetuou-se um estudo numérico do modelo Simple Fix, que se pretendia caracterizar, e o seu desempenho foi comparado com um modelo numérico de um fixador de referência, o modelo AO Tubular. Foi feito, também, um estudo de influência da pré-carga dos parafusos do modelo Simple Fix. O estudo do fixador foi feito com uma configuração unilateral, aplicado a uma fratura da tíbia. Assim, foram criadas as montagens dos modelos 3D dos dois fixadores na tíbia, com configurações idênticas. Os modelos foram importados para o software ADINA, onde se realizou o estudo numérico. Posteriormente, foi criado um modelo numérico reduzido do fixador Simple Fix, onde foi avaliado o efeito da pré-carga dos dois parafusos que constituem os conjuntos bloco/porta-pinos. Concluiu-se que o fixador externo Simple Fix demonstra ser mais rígido que o fixador AO Tubular para todas as condições de carregamento estudadas, portanto, axialmente, transversalmente, à torsão e a combinação das três solicitações ao mesmo tempo. Verificou-se que a influência da pré-carga no desempenho do fixador depende do diâmetro do pino intramedular utilizado. No entanto, aconselha-se uma revisão da geometria dos porta-pinos.

The purpose of this work was to do a numerical study of an external fixation device applied to tibia fractures. With this in mind, a numerical study of the intended model, which is the Simple Fix external fixator, was developed and its performance was compared with a model that is widely used in medical procedures, the AO Tubular external fixator. In addition, a study was developed to understand the effects of varying pre-load applied to the Simple Fix external fixator bolts, through a numerical model, and its influence on the system’s performance. The external fixator was analyzed with a unilateral configuration, applied to a tibia with a transversal fracture in the diaphysis. Several 3D models of the external fixators and the tibia were assembled, with similar configurations. The models were then imported to ADINA, the software with which the numerical model was created and analyzed. Afterwards, a numerical model of a parcel of the Simple Fix external fixator was created, so that it was possible to evaluate the effects of the pre-load of the two bolts that belong to the clamp blocks. The Simple Fix external Fixator proved to be stiffer than the AO Tubular external fixator in every loading condition studied. The influence of the pre-load in the Simple Fix external fixator model seem to be dependent of the diameter of the intramedullary pins utilized. However, further investigation of the pin interface-in and pin interface-out geometry is advised.