Avaliação da vida em fadiga de placas ósseas metálicas sob condições pre-operatórias

Abstract

Placa óssea é o nome designado para os implantes sintéticos utilizados como suporte – a fim de auxiliar na consolidação óssea − quando por algum motivo ocorrer fratura do sistema ósseo do corpo humano. Esta tese investiga o comportamento em fadiga de placas ósseas, do tipo DCP (Dynamic Compression Plate), utilizadas no tratamento de fraturas do fêmur, fabricadas em aço inoxidável e submetidas a condições pré-operatórias. A deformação pré-operatória é uma prática comum realizada antes da operação cirúrgica, a qual consiste no encurvamento do componente, com o objetivo de ajustar a placa à anatomia do osso, aumentando a compressão nos ossos fraturados e facilitando a consolidação óssea. O encurvamento da placa gera deformação plástica permanente no metal, sendo previsto na norma de placas ósseas da série ABNT NBR 15676 (equivalente à ASTM F 382). Contudo, na mesma série de normas, é recomendado que o ensaio de fadiga em flexão seja conduzido sem a deformação da placa, o que não condiz com a realidade de utilização do componente. Desta forma, uma investigação aprofundada sobre as tensões residuais impostas pelo encurvamento da placa, e suas consequências na vida em fadiga foram analisadas, com o intuito de verificar a influência deste procedimento na resistência do componente. Para isto, 30 placas foram avaliadas quanto aos seguintes requisitos: acabamento superficial (lupa), tensões residuais (difratômetro de raio X), flexão estático e fadiga (máquina de ensaios mecânicos servo-hidráulica), superfície de fratura (microscópio eletrônico de varredura) e aspecto microestrutural (microscópio ótico). Os resultados indicam que o dobramento controlado pode contribuir para resistência da placa, porém se o dobramento for realizado de forma descontrolada, a resistência à fadiga é reduzida, expondo o paciente a um risco de fratura do componente metálico dentro do corpo.

Bone plate is the name designated to the synthetic implants used to give support to a fractured bone of the human skeletal system. This thesis investigates the fatigue behavior of DCP (Dynamic Compression Plate) plate bone, which is used for treatment of femoral fractures, treatment of femoral fractures manufactured in stainless steel and subjected to preoperative conditions. Preoperative deformation, or contouring, is a common practice performed before surgical operation, which consists to bend the component, in order to adjust it to the bone anatomy, increasing the compression on the fractured bones and facilitating bone healing. This practice is predicted in the bone plates standard (ABNT NBR 15676/ASTM F382). However, the test method recommends that the test should be conducted without contouring, but this is not consistent with the reality of the component use. Thus, a thorough investigation of residual stresses imposed by the plate bending and their consequences on fatigue limit were analyzed, in order to check the influence of this procedure on the strength of the component. Therefore, 30 plates were evaluated against the following requirements: surface finish (stereoscopic microscope), residual stress (X-ray diffractometer), static and dynamic bend testing (Servo Hydraulic Mechanical Testing Machines), fracture surface analysis (scanning electron microscope) and microstructural aspects (optical microscope). The results indicate that controlled bending contributes to plate strength, but if uncontrolled bending is carried out, the fatigue strength is reduced, exposing the patient to a risk of breaking the component inside the body.