PDR. Figura 1 Modelo esquemático da prótese total do joelho que pretendemos simular.

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1 PDR O joelho é uma articulação do corpo humano formada pela extremidade distal do fêmur, pela extremidade proximal da tíbia (e pela patela rótula). O joelho possui ainda ligamentos que estabilizam a articulação, auxiliados pelos meniscos (interno ou medial e externo ou lateral), que estabilizam o joelho, e amortecem os impactos sobre as cartilagens. A chave para uma articulação de joelho saudável é a estabilidade da articulação. O nosso projeto consiste na construção de uma prótese total do joelho. A prótese é constituída por três partes, representadas na figura 1. A articulação do joelho manterá a sua estabilidade depois da cirurgia de colocação da prótese, uma vez que não são danificados os ligamentos necessários à sua estabilidade. Apenas são retirados os ligamentos cruzados e estes não são necessários, pois a morfologia da prótese compensa a sua ausência. Figura 1 Modelo esquemático da prótese total do joelho que pretendemos simular. Na construção do nosso modelo de prótese tivemos de ter atenção a diversos fatores: A incompatibilidade dos materiais com o meio envolvente (interior do organismo humano). Dadas as condições do interior do organismo humano, escolhemos como material da peça de cima e de baixo (componente femoral e tibial), o titânio, dado que o titânio é um material inerte, muito resistente e durador. Para além do titânio, utilizámos como material na construção da componente de ligação o PVC, uma vez que se trata de um que plástico possui características como a resistência à fadiga e a durabilidade. A componente de ligação tem ainda de permitir o movimento (pouco atrito entre peças), o que também é conseguido pelo recurso do material PVC. Os graus de liberdade necessários ao movimento da articulação do joelho. Uma vez que a articulação do joelho que permite a execução do movimento até um ângulo de 90º. 1

2 Justificação da Morfologia da Prótese Figura 2 Modelo realizado no SOLIDworks da prótese total do joelho (vista frontal e lateral). A prótese total do joelho realizada no software SOLIDworks é apresentada na figura 2, como se pode observar recorreram-se a diversas features para executar as diferentes peças constituintes da prótese. Ora, cada uma das features utilizadas teve como objetivo o melhoramento da prótese, em relação às já existentes e a sua funcionalidade. Componente Femoral Na componente femoral é importante referir o seguinte: A parte inferior desta peça foi realizada com o intuito de oferecer mobilidade à mesma quando esta fosse associada à componente de ligação. Como tal, optou-se por realizar a parte inferior da peça a partir de uma meia circunferência, tal como se pode analisar na figura 3 b). A parte interior da componente femoral já não é, no entanto, curva. Em vez disso, foi construída a partir de semi- retas, uma vez que aquando da operação para a colocação da prótese, a zona danificada do osso é cortada de forma semelhante ao desenho conseguido então com a utilização das semi-rectas. Analise-se a figura 3-a) e b). Observando a figura 3-b), verifica-se que na parte interior da componente femoral foram construídos dois cilindros. Estes serão associados ao osso, conferindo desta maneira um encaixe mais eficiente entre o fémur e a prótese. 2

3 A parte posterior da peça une-se no topo da mesma, para que não sejam conferidos graus de liberdade a mais, pois esta morfologia permite que esta quando ligada à componente intermédia embata numa estrutura que esta possuí, limitando deste modo o movimento máximo que estas podem realizar uma sobre a outra. Analise-se a figura 3 a) e b). Foram realizados alguns fillets na peça para que esta o corpo mais facilmente se adaptasse à mesma, sem que esta provocasse ferimentos internos. Figura 3 Modelo realizado no SOLIDworks da componente femoral. Visão 3D a), visão frontal b), e visão lateral c). Componente de Ligação Os elementos mais importantes da componente de ligação são os apresentados em seguida. A parte superior da componente de ligação foi realizada com intuito de simular o movimento correto do joelho, isto em conjunto com a componente femoral. Para tal, foi realizado um extruded e um draft no centro da parte superior desta peça, a elevação resultante vai funcionar como travão da componente femoral, controlando assim os graus de liberdade associados ao movimento do joelho. Sendo que, as concavidades igualmente presentes na parte superior da peça conseguidos por dois cut extruded,foram conseguidas para possibilitar a rotação da peça femoral sobre esta. Na zona posterior da peça, análise da figura 4 b), foram contruídos dois cilindros internos para que seja feita uma associação correta da componente de ligação e da componente tibial, reforçada ainda pelo encaixe do pistão, que igualmente se encontra na zona posterior da peça, no pistão da componente tibial, que permite também a ligação deste à tíbia. Foram realizados alguns fillets na peça, igualmente, para que esta não interaja conflituosamente com outras estruturas internas do joelho. 3

4 Figura 4 Modelo realizado no SOLIDworks da componente de ligação. Visão total a), visão posterior b), e visão superior c). Componente Tibial É relevante mencionar os seguintes aspetos em relação à componente tibial: Esta componente tem um pistão na sua parte inferior, este pistão fará a ligação da prótese à tíbia aquando a cirurgia, e sendo internamente oco permite adicionalmente fortalecer o encaixe da componente de ligação a esta. Na parte superior da peça esta tem um encaixe que permite a associação da componente tibial com a componente de ligação. Foram realizados alguns fillets, igualmente, para que esta não interaja conflituosamente com outras estruturas internas do joelho. Figura 4 Modelo realizado no SOLIDworks da componente tibial. Visão total a), visão posterior b), e visão superior c). 4

5 Simulações Nesta fase do projeto ainda só foram realizadas duas simulações, a simulação de stress e a simulação de temperatura, uma vez ainda não se ter conseguido realizar a totalidade do projeto. Salientando-se deste modo nestas, a ausência da peça tibial, visto que ainda não foi possível a realização de um encaixe perfeito entre a componente de ligação e a componente tibial, impedindo deste modo, a presença desta última nas simulações em baixo apresentadas. Note-se ainda que, ainda não foram realizadas as features do fémur e da tíbia, devido à sua complexidade, não se apresentando também como tal, nas simulações já realizadas. Fica deste modo, ainda por realizar a Simulação das Forças provocadas pelos músculos na prótese e a simulação do movimento. Simulação de Stress ( 318.5N) Ao realizar-se esta simulação procurou-se analisar o comportamento da prótese aquando sujeita a uma força de 318,5N (estimativa da força a que a articulação do joelho em média está submetida). Simulação de Temperatura ( 318.5N) Com esta simulação procurou-se verificar qual o comportamento dos diferentes materiais que contituem as distintas peças com a temperatura natural do corpo, que tal como identificado na figura 6, resultou no aquecimento esperado até à temperatura natural do corpo humano (37 ). 5