dc.creator |
VILELA, Filipe Bueno |
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dc.date.issued |
2021-07-29 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2521 |
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dc.description.abstract |
The occurrence of bone fractures has progressed globally proportionally to the increase
in life expectancy of people. Advances in bone immobilization and regeneration techniques
used in medical practice, however, progressed more slowly. The use of orthopedic plaster and
fiberglass are still widely used materials, although they imply clinical complications. The
additive manufacturing of 3D orthoses appears as a potential innovation, but it still has
restrictions for its dissemination, mainly related to the difficulty of immobilization and
modeling on the fracture. Furthermore, the use of electrostimulators to accelerate the osteogenic
effect in the fracture region is an important practice to reduce treatment time. However, the
majority of these devices has properties and dimensions that make it difficult to be used
concomitantly with orthopedic immobilizers and for adherence within the daily life of patients.
Thus, it was proposed in this work the development of an orthosis printed using thermoplastic
biopolymers coupled with an electrostimulator of combined magnetic field (CMC). The
objective was to create a system that has advantageous characteristics compared to those
observed in technologies currently used for orthopedic immobilization and bone fracture
regeneration.
Thus, the printed orthosis was composed of two meshes, immobilization and fixation.
The developed electrostimulator consisted of an electronic circuit and a mobile application. The
project concept, including orthosis and electrical stimulator, were evaluated by health
professionals specialized in orthopedics after the approval by the Research Ethics Committee
(REC).
The results obtained through these techniques indicated that the use of thermoplastic
polyurethane (TPU) is indicated for the orthosis fixation. The immobilization mesh, in turn,
must be composed of polylactic acid (PLA), as this has better typical mechanical resistance and
lower Tg when compared to polyetyrene ethylene glycol terephthalate (PETG) and acrylonitrile
butadiene styrene (ABS). Furthermore, no materials showed significant changes when exposed
to chemical reagents in SEM analysis. ABS proved to be the only biopolymer in the wettability
analysis with a hydrophobic surface. The CMC electrostimulator was able to apply the
frequency of 76.6 Hz, identified in the scientific literature as favorable for the osteogenic effect.
As well as their alternating and continuous fields strengths at values of 40 µT and 20 µT,
respectively. There were no impacts on the field intensity by the biological tissue, indicating a
relative magnetic permeability close to 1. The heating of the electrostimulator transducerreached 63.5°C, indicating that ABS was the most suitable for the manufacture of the
transduction coil support from the studied polymers. The mobile application was completed,
working seamlessly with a remote database. The electrostimulator could be integrated into the
printed orthosis. The project concept was evaluated by 7 specialists in orthopedics, where
88.89% of the proposed characteristics for the orthosis and electrostimulator were considered
relevant, indicating its innovative potential.
Based on the results presented, it can be concluded that the design of the printed orthosis
(PLA/TPU) with the coupled CMC electrostimulator has advantageous characteristics
compared to those observed in currently used immobilization and bone regeneration systems. |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Fraturas ósseas |
pt_BR |
dc.subject |
Órtese 3D |
pt_BR |
dc.subject |
Manufatura aditiva |
pt_BR |
dc.subject |
Biopolímeros PLA/TPU/ABS/PETG |
pt_BR |
dc.subject |
Eletroestimulação CMC |
pt_BR |
dc.subject |
Aceleração da regeneração óssea |
pt_BR |
dc.title |
Desenvolvimento de malha polimérica impressa com dispositivo de eletroestimulação não invasivo acoplado para tratamento de fraturas ósseas |
pt_BR |
dc.type |
Dissertação |
pt_BR |
dc.date.available |
2021-09-29 |
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dc.date.available |
2021-09-29T14:36:14Z |
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dc.date.accessioned |
2021-09-29T14:36:14Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/4272415056307226 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
SACHS, Daniela |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/8688452245478539 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
CAPELLATO, Patrícia |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/3017735348931846 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
A ocorrência de fraturas ósseas tem progredido globalmente com o aumento
proporcional da expectativa de vida das pessoas. O avanço nas técnicas de imobilização e
regeneração óssea utilizadas na prática médica, contudo, progrediram mais lentamente. O uso
de gesso ortopédico e fibra de vidro ainda são materiais amplamente empregados, apesar de
implicarem complicações clínicas. A manufatura aditiva de órteses 3D surge como uma
inovação possível, mas que ainda possui restrições para sua disseminação, principalmente
relacionadas à dificuldade de imobilização e modelagem sobre a fratura. Ademais, o uso de
eletroestimuladores para acelerar o efeito osteogênico na região da fratura compreende uma
prática importante para reduzir o tempo de tratamento. Contudo, esses dispositivos
disponibilizados comercialmente possuem propriedades e dimensões que dificultam o uso
concomitante com os imobilizadores ortopédicos e a adesão ao cotidiano do paciente. Assim
exposto, foi desenvolvida nesse trabalho uma órtese impressa por biopolímeros termoplástico
e com região de acoplamento de um eletroestimulador por campo magnético combinado
(CMC). O objetivo foi a criação de um sistema que possua características vantajosas frente
àquelas observadas em tecnologias utilizadas atualmente para imobilização ortopédica e
regeneração de fraturas ósseas.
Dessa forma, a órtese impressa foi projetada de modo a se obter duas malhas, uma de
imobilização e outra de fixação. O eletroestimulador desenvolvido foi composto de circuito
eletroeletrônico e aplicativo móvel. Além da caracterização físico-química, o conceito do
projeto, incluindo órtese e eletroestimulador, foi avaliado por profissionais da saúde
especializados em ortopedia a partir da aprovação do Comitê de Ética em Pesquisas (CEP).
Os resultados obtidos por meio dessas técnicas indicaram que o uso poliuretano
termoplástico (TPU) é propício para a composição da malha de fixação. A malha de
imobilização, por sua vez, é composta pelo poliácido láctico (PLA), pois esse possui melhor
resistência mecânica típica. Ademais, todos os materiais não apresentaram alterações
significativas a partir da exposição a reagentes químicos em análise de MEV. O ABS se
mostrou como o único biopolímero na análise de molhabilidade com superfície hidrofóbica.
Com relação à regeneração óssea, o eletroestimulador de CMC foi capaz de aplicar a frequência
de 76,6 Hz, identificada na literatura científica como propícia para o efeito osteogênico. Assim
como suas intensidades de campo alternado e contínuo foram aplicadas nos valores de 40 µT e
20 µT, respectivamente. Não foram observados impactos na intensidade do campo passantepelo tecido biológico, indicando permeabilidade magnética relativa próxima de 1. O
aquecimento do transdutor do eletroestimulador chegou a 63,5 ºC, apontando que o ABS, dos
polímeros estudados, foi o mais indicado para a manufatura do suporte da bobina de transdução.
O aplicativo foi concluído, funcionando de forma integrada a um banco de dados remoto. O
eletroestimulador pôde ser integrado à órtese impressa. O conceito do projeto foi avaliado por
7 especialistas em ortopedia, onde a 88,89% das características propostas para a órtese e
eletroestimulador foram consideradas relevantes, indicando seu potencial inovador.
Com base nos resultados apresentados, concluiu-se que o projeto da órtese impressa
(PLA/TPU) com o eletroestimulador CMC acoplado possui características vantajosas frente
àquelas observadas em sistemas de imobilização e regeneração óssea atualmente utilizados. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
pt_BR |
dc.publisher.department |
IFQ - Instituto de Física e Química |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Materiais para Engenharia |
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dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA |
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dc.relation.references |
VILELA, Filipe Bueno. Desenvolvimento de malha polimérica impressa com dispositivo de eletroestimulação não invasivo acoplado para tratamento de fraturas ósseas. 2021. 156 f. Dissertação (Mestrado em Materiais para Engenharia) - Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2021. |
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