Sistema híbrido indutivo-capacitivo para operações de estimulação e monitorização em implantes ósseos instrumentados

• Autor(a) principal: Bernardo, Rodrigo Farinha
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/31247
• topic: Dispositivo médico; Dispositivo biomagnético; Dispositivo implantável; Sensor capacitivo eletromagnético; Osseointegração; Descolamento asséptico

As desordens músculo-esqueléticos são um problema de grande incidência atual com tendência a aumentar nas próximas décadas. Atualmente são realizadas mais de um milhão de cirurgias de substituição por ano que, apesar da elevada taxa de sucesso, apresentam ainda taxas de falha superiores a 10%. Ainda assim, o número de cirurgias primárias e de revisão tende a aumentar. Estes dados têm motivado o desenvolvimento de implantes instrumentados com capacidade de monitorizar o estado da interface osso-implante e de aplicar estímulos biofísicos personalizados quando são detetados estados de descolamento. Este trabalho tem cinco objetivos: (i) desenvolvimento de modelos computacionais que realizem a predição de resultados experimentais já realizados em trabalhos anteriores, relativos à variação da capacidade elétrica para diferentes interfaces osso-implante através de sensores capacitivos planares; (ii) desenvolvimento de uma arquitetura híbrida indutiva-capacitiva quasi-planar que permita operações de monitorização de interfaces osso-implante e estimulação magnética de baixa potência elétrica; (iii) desenvolvimento de modelos computacionais que realizem a predição dos estímulos magnéticos aplicados pela arquitetura híbrida indutiva capacitiva quasi-planar em células ósseas; (iv) desenvolvimento de modelos computacionais que realizem a predição da variação da capacidade elétrica para diferentes interfaces osso-implante; (v) validação experimental dos modelos computacionais relativos à arquitetura híbrida indutiva-capacitiva na sua operação de monitorização. Foram observadas correlações superiores a 93,84, para um intervalo de confiança de 99%, entre os modelos computacionais desenvolvidos e os resultados experimentais para a arquitetura capacitiva planar. A arquitetura híbrida é capaz de aplicar estímulos osteogénicos na gama de 0,1-7 mT, assegurando excitações de corrente elétrica na gama de 0,06-4,3 mA. Foram medidas variações na capacidade elétrica in vitro entre 0,9862 e 1,2362 pF, onde a capacidade elétrica relativa à região zona que antecede o contacto e pós contacto da estrutura óssea com a interface sensorial corresponde a ≈48,4% do aumento da capacidade elétrica total nesta gama. Relativamente aos ensaios de descompressão in vitro, a capacidade elétrica variou entre 1,2379 e 1,0359 pF. Foram observadas maiores diminuições da capacidade elétrica logo após a remoção da força até à região de póscontacto, correspondendo a ≈65,8% da gama de capacidades elétricas correlações de 99,24%. foram obtidos na validação dos modelos computacionais. Estes resultados mostram o grande potencial da arquitetura capacitiva planar como sistema de monitorização, assim como da arquitetura híbrida como sistema de estimulação/monitorização da interface osso-implante.