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Desenvolvimento de malha polimérica impressa com dispositivo de eletroestimulação não invasivo acoplado para tratamento de fraturas ósseas

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dc.creator VILELA, Filipe Bueno
dc.date.issued 2021-07-29
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2521
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
dc.date.available 2021-09-29T14:36:14Z
dc.date.accessioned 2021-09-29T14:36:14Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/4272415056307226 pt_BR
dc.contributor.advisor1 SACHS, Daniela
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/8688452245478539 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 CAPELLATO, Patrícia
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 pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Materiais para Engenharia pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA pt_BR
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. pt_BR


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