Projeto de prótese persolanizada de ATM com análise estrutural e de fadiga utilizando ensaios meãnicos e método de elementos finitos (MEF)

Abstract

Próteses personalizadas de Articulação Temporomandibular (ATM) são desenvolvidas para cada paciente, possuindo um planejamento multidisciplinar para a melhor recuperação dos movimentos e das funções básicas. Essa solução multidisciplinar integra ferramentas da engenharia, técnicas avançadas de cirurgia médica, tomografia computadorizada, simulações computacionais, ensaios mecânicos e técnicas de produção para obter uma perfeita adaptação à região do corpo que se deseja substituir, integrando aspectos funcionais tais como proteção, ajuste, forma e resistência mecânica no design da peça anatômica a ser implantada. No Brasil, prótese personalizada de ATM, através da resolução RDC nº305 de 2019 estabelece os requisitos para os fabricantes de dispositivos médicos e exige notificação de cada produto personalizado fabricado. Porém, não especifica normas para ensaio de ATM e a ausência de resultados que deem suporte aos órgãos de fiscalização. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de uma prótese personalizada de ATM e a análise (estática e de fadiga) pelo método dos elementos finitos e ensaios mecânicos, e demonstrar o potencial uso do método de elementos finitos como auxiliar no projeto e confecção de próteses de ATM. Através do caso mais crítico, baseado na literatura, foi definida a maior força de mordida com 300N e que a prótese deveria suportar 5 milhões de ciclos, o ensaio estático foi capaz de suportar, em média, uma carga de 802.2N e o ensaio de fadiga atingiu o critério de runout com 320N. Os resultados gerados demonstraram que com o uso da análise por elementos finitos pode-se ter uma previsibilidade que a prótese suportaria os esforços e confirmado com os ensaios mecânicos em laboratório, auxiliando na validação deste método para a obtenção da prótese de ATM, servindo como dados auxiliares aos órgãos de fiscalização e possibilitando a utilização dos dados para desenvolvimento de novas próteses.

Custom Temporomandibular Joint (TMJ) prostheses are developed for each patient, with multidisciplinary planning for better recovery of basic movements and functions. This planning integrates engineering tools, advanced medical surgery techniques, computed tomography, computer simulations, mechanical tests and production techniques to achieve a perfect adaptation to the desired body region, integrating functional aspects such as protection, shape and mechanical resistance in the design of the anatomical part to be implanted. In Brazil, a sanitary legal instrument RDC No. 305 of 2019 establishes the requirements for medical device manufacturers and turns mandatory notification of each customized product manufactured. However, it does not specify the stardards for TMJ tests and the absence of results that gives support to the inspection authorities. The objectives of this work were the development and manufacture of a customized TMJ prosthesis, and to demonstrate the potential use of the finite element method as an aid in the design of TMJ prostheses. To achieve this, the static and the fatigue analysis were realized using the finite element method and mechanical tests were performed to complement the results. The most critical case was standardized on bite force at 300N and that the prosthesis should handle it in 5 million cycles. The static test has shown that the prosthesis was able to handle, on average, 802.2N load. The fatigue test showed that the prosthesis reached out the criteria of run out at 320N. The generated results demonstrated that the finite element analysis can predict the probable foible region to the prosthesis along with laboratory mechanical tests, supporting the validation of this method to obtain the TMJ prosthesis. Plus, it could be used as support to inspection authorities and as a data generator to develop new prostheses.