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Projeto de ortótese para imobilização articular mão-antebraço
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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| 10 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
A evolução das técnicas de imobilização ortopédica tem alterado bastante a perspetiva de tratamento de lesões ósseas, superando algumas das adversidades encontradas aquando da utilização do gesso tradicional. Entre essas soluções, destacam-se as ortóteses morfologicamente adaptadas, que visam otimizar o tratamento e a recuperação do utente, utilizando materiais diferentes e tecnologias avançadas, como a impressão tridimensional, para proporcionar uma imobilização personalizada. O presente trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma ortótese morfologicamente adaptada que garanta a imobilização articular entre a mão e o antebraço, com base em ferramentas computacionais de projeto assistido por computador. A metodologia de obtenção de imagem para capturar a morfologia da mão e antebraço foi estabelecida com base em critérios de precisão, eficácia e facilidade de uso, sendo identificados a tomografia computadorizada e o processo de fotogrametria como ferramentas de engenharia inversa. Com base na imagem morfológica foi desenvolvido um modelo de desenho assistido por computador para a ortótese. Foram realizadas simulações de elementos finitos para avaliar a resistência estrutural e a capacidade de imobilização da ortótese, revelando que a mesma suportou uma carga de 100 N, com uma tensão máxima de von Mises de 19,774 MPa, um coeficiente de segurança de 1,8 e uma deformação máxima de 2,48 mm. Adicionalmente, um estudo de otimização topológica permitiu reduzir a massa da ortótese em 17%, mantendo a capacidade de suportar 100 N. Nas condições mais críticas, a tensão máxima foi de 29,66 MPa, com um coeficiente de segurança de 1,2 e uma deformação máxima de 2,85 mm. Estes resultados confirmam que a ortótese desenvolvida é estruturalmente resistente e adequada para imobilização em situações quotidianas.
Abstract The evolution of orthopedic immobilization techniques has significantly changed the approach to treating bone injuries, overcoming many challenges posed by traditional plaster casts. Among these solutions, anatomically adapted orthoses stand out, aiming to optimize patient treatment and recovery by utilizing different materials and advanced technologies, such as three-dimensional printing, to provide personalized immobilization. The main objective of this work is the development of a morphologically adapted orthosis that ensures joint immobilization between the hand and the forearm, based on Computed Aided Design tools. The methodology for acquiring images to capture the morphology of the hand and forearm was established based on criteria of precision, effectiveness, and ease of use, with computed tomography and photogrammetry being identified as reverse engineering tools. Based on the morphological image, a computer-aided design model was developed for the orthosis. Finite element simulations were conducted to assess the structural strength and immobilization capacity of the orthosis, revealing that it withstood a load of 100 N, with a maximum von Mises stress of 19,774 MPa, a safety factor of 1,8, and a maximum deformation of 2,48 mm. Additionally, a topological optimization study allowed for a 17% reduction in the mass of the orthosis while maintaining the ability to support 100 N. Under the most critical conditions, the maximum stress was 29,660 MPa, with a safety factor of 1,2 and a maximum deformation of 2,85 mm. The results confirm that the developed orthosis is structurally sound and suitable for everyday immobilization needs.
Abstract The evolution of orthopedic immobilization techniques has significantly changed the approach to treating bone injuries, overcoming many challenges posed by traditional plaster casts. Among these solutions, anatomically adapted orthoses stand out, aiming to optimize patient treatment and recovery by utilizing different materials and advanced technologies, such as three-dimensional printing, to provide personalized immobilization. The main objective of this work is the development of a morphologically adapted orthosis that ensures joint immobilization between the hand and the forearm, based on Computed Aided Design tools. The methodology for acquiring images to capture the morphology of the hand and forearm was established based on criteria of precision, effectiveness, and ease of use, with computed tomography and photogrammetry being identified as reverse engineering tools. Based on the morphological image, a computer-aided design model was developed for the orthosis. Finite element simulations were conducted to assess the structural strength and immobilization capacity of the orthosis, revealing that it withstood a load of 100 N, with a maximum von Mises stress of 19,774 MPa, a safety factor of 1,8, and a maximum deformation of 2,48 mm. Additionally, a topological optimization study allowed for a 17% reduction in the mass of the orthosis while maintaining the ability to support 100 N. Under the most critical conditions, the maximum stress was 29,660 MPa, with a safety factor of 1,2 and a maximum deformation of 2,85 mm. The results confirm that the developed orthosis is structurally sound and suitable for everyday immobilization needs.
Description
Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, na Área de Especialização de Manutenção e Produção
Keywords
Imobilização ortopédica Engenharia inversa Análise estrutural Elementos finitos Otimização topológica Orthopedic immobilization Reverse engineering Structural analysis Finite elements Topology optimization
Citation
ESTEVES, Íris de Castro – Projeto de ortótese para imobilização articular mão-antebraço. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. 2024. Dissertação de Mestrado.