Publicação: Desenvolvimento de um disco intervertebral de silicone para a simulação em um biomodelo de coluna
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Data
2021-04-12
Autores
Orientador
Tokimatsu, Ruís 
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Mecânica - FEIS
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A coluna vertebral é uma estrutura óssea que abriga a medula espinhal e estende o comprimento das costas, conectando a cabeça à pelve. Pode ser separado em cinco seções distintas, a coluna cervical, a coluna torácica, a coluna lombar, o sacro e o cóccix, todos compostos por vértebras ósseas independentes e discos intervertebrais. A dor nas costas é um grande problema de saúde nas sociedades. Essa dor nas costas está fortemente associada à degeneração e lesão do disco intervertebral, ocorrendo devido ao aumento de tensões, distensões e torções. Vários fatores promovem a degeneração do tecido além do desgaste, como predisposição genética, transporte prejudicado de metabólitos, níveis alterados de atividade enzimática, senescência e morte celular, alterações nas macromoléculas da matriz e no conteúdo de água, osteoartrite, falha estrutural e neurovascular, crescimento. Alguns indivíduos podem sofrer desta doença muito mais cedo do que a norma, dependendo da gravidade de suas deficiências genéticas e do estilo de vida. O objetivo deste trabalho é pesquisar sobre o funcionamento do disco intervertebral, compreendendo como exerce suas funções no corpo humano. Estudar sobre a aplicação do silicone na biomedicina. Desenvolver um disco intervertebral de silicone para a simulação de uma cirurgia em um biomodelo de coluna. Nos materiais e métodos utilizamos um biomodelo virtual já confeccionado dentro dos parâmetros anatômicos do corpo humano como referência para realizar os desenhos das vértebras e do disco intervertebral. Com o desenho pronto foi realizada a impressão dos discos intervertebrais em PLA através de uma impressora 3D. Os modelos dos corpos de prova foram desenhados e posteriormente impressos em PLA pela impressora 3D. Após está etapa foi realizada a confecção dos discos intervertebrais e dos corpos de prova em silicone. Os corpos de prova passaram por testes de tração e de compressão a fim de conhecer o comportamento mecânico do silicone utilizado. O disco intervertebral de silicone foi utilizado na simulação de uma cirurgia de substituição de disco intervertebral em um biomodelo de coluna físico. Nos resultados observamos que os discos intervertebrais feitos com a borracha de silicone Poli Z e com a borracha de silicone Poli N, se comportaram como previsto pelo fabricante, gerando discos elásticos e resistentes. No ensaio de compressão e tração foi possível notar que o material se comportou bem abaixo do esperado comparado com a literatura. Através da simulação da cirurgia identificou que o disco intervertebral de silicone apresentou compatibilidade dimensional com o disco original. Diante dos resultados é possível concluir que nenhum dos silicones escolhidos é viável para implante na coluna vertebral, devido não suportarem os esforços necessários, não eliminando assim a viabilidade da utilização de um disco intervertebral de silicone para substituição do disco intervertebral natural.
Resumo (português)
The spine is a bony structure that houses the spinal cord and extends the entire length of the back, connecting the head to the pelvis. It can be separated into five distinct sections, the cervical spine, the thoracic spine, the lumbar spine, the sacrum and the coccyx, all composed of independent bony vertebrae and intervertebral discs. Back pain is a major health problem in societies. This back pain is strongly associated with degeneration and damage to the intervertebral disc, occurring due to increased tensions, strains and sprains. Several factors promote tissue degeneration in addition to wear, such as genetic predisposition, impaired metabolite transport, altered levels of enzyme activity, senescence and cell death, changes in matrix macromolecules and water content, osteoarthritis, structural and neurovascular failure, growth . Some individuals may suffer from this disease long before normal, depending on the severity of their genetic and lifestyle deficiencies. The objective of this work is to research the functioning of the intervertebral disc, understanding how it performs its functions in the human body. Study on the application of silicone in biomedicine. Develop a silicone intervertebral disc to simulate surgery on a spine biomodel. In the materials and methods we use a virtual biomodel already made within the anatomical parameters of the human body as a reference to make the drawings of the vertebrae and the intervertebral disc. With the design ready, the PLA intervertebral discs were printed on a 3D printer. The specimen models were designed and then printed on PLA by the 3D printer. After this stage, the intervertebral discs and specimens were made of silicone. The specimens were submitted to tensile and compression tests to know the mechanical behavior of the silicone used. The silicone intervertebral disc was used in the simulation of an intervertebral disc replacement surgery in a physical biomodel of the spine. In the results, we observed that intervertebral discs made with Poli Z silicone rubber and Poli N silicone rubber behaved as predicted by the manufacturer, generating elastic and resistant discs. In the compression and traction test it was possible to notice that the material behaved well below expectations in relation to the literature. Through the surgery simulation, he identified that the silicone intervertebral disc had dimensional compatibility with the original disc. In view of the results, it can be concluded that none of the chosen silicones is viable for implantation in the spine, as they do not support the necessary efforts, thus not eliminating the feasibility of using a silicone intervertebral disc to replace the natural intervertebral disc.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português
