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dc.creatorKalinowski, Alessandra-
dc.date.accessioned2022-04-08T14:56:00Z-
dc.date.available2022-04-08T14:56:00Z-
dc.date.issued2021-12-06-
dc.identifier.citationKALINOWSKI, Alessandra. Análise biomecânica e cinesiológica humana utilizando redes de bragg em fibra ótica. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27909-
dc.description.abstractOne of the categories of surgical treatment for complex, infected and/or unconsolidated bone fractures is external fixation. Successful treatment with external fixators requires the right time for removal and therefore a reliable consolidation assessment. Early fixator removal can lead to bone refracture, while delayed removal results in unnecessarily prolonged and expensive treatments. Currently, fixator removal follows radiographic evaluation, as the main information resource. This method has disadvantages, patients may be exposed to radiation many times during their treatment and depends on subjective evaluation. Radiographs provide non-specific information about the mechanical quality of the bone callus, só quantitative data are needed to optimize treatment. This work aims to create a new non-invasive tool for the analysis of bone consolidation using optical sensors, optical fiber Bragg gratings – FBG. This work consists of simulation, instrumentation and characterization of the mechanical behavior of Schanz pins of a circular external fixator instrumented to a fêmur. The study of the external fixator was done through finite element analysis, experimental analysis in the laboratory and in vivo analysis. Each analysis was performed in two stages: static and dynamic studies. The results of the static study with the synthetic fêmur showed that at the beginning of the bone union phase, the forces were concentrated on the pins close to the fracture and as the consolidation occurs, the forces gradually began to be concentrated on the more distal pins, according to the results of numerical analysis. The evolution of tension/compression on the pins from the fractured fêmur to the intact fêmur was greater than 90% in all pins. It was possible to differentiate the bone callus stiffness through the deformation detected in the Schanz pins. The results of the dynamic analysis indicated that among all the resonant frequencies, the first seems to be more related to the bone healing process, showing a variation of approximately 22% between the fracture situation and the union, as measured by FBG sensors. In the preliminary in vivo tests, the FBG sensor results demonstrated its technical feasibility to detect the bone callus healing stage. As a non-invasive technology, it has the potential to become an important tool to assist medical staff in analyzing bone consolidation.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/pt_BR
dc.subjectFibras ópticaspt_BR
dc.subjectBiomecânica - Análisespt_BR
dc.subjectFraturas - Fixação externapt_BR
dc.subjectCinesiologiapt_BR
dc.subjectDetectores ópticospt_BR
dc.subjectAnálise numéricapt_BR
dc.subjectOptical fiberspt_BR
dc.subjectBiomechanics - Analysispt_BR
dc.subjectExternal Skeletal fixation (Surgery)pt_BR
dc.subjectKinesiologypt_BR
dc.subjectOptical detectorspt_BR
dc.subjectNumerical analysispt_BR
dc.titleAnálise biomecânica e cinesiológica humana utilizando redes de bragg em fibra óticapt_BR
dc.title.alternativeBiomechanical and kinesiological analysis using fiber bragg gratingspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoUma das categorias de tratamento cirúrgico de fraturas ósseas complexas, infectadas e/ou não consolidadas é a fixação externa. O tratamento bem-sucedido com fixadores externos requer o momento correto para sua remoção e, portanto, uma avaliação de consolidação confiável. A remoção precoce do fixador pode levar à refratura óssea, enquanto a remoção retardada resulta em tratamentos desnecessariamente prolongados e caros. Atualmente, a remoção do fixador segue a avaliação radiográfica como principal recurso de informação. Esse método apresenta desvantagens, pois os pacientes podem ser expostos à radiação muitas vezes durante seu tratamento e o mesmo depende de uma avaliação subjetiva. Radiografias fornecem informações não específicas sobre a qualidade mecânica do calo ósseo, portanto, dados quantitativos são necessários para otimizar o tratamento. Este trabalho tem por objetivo criar uma nova ferramenta não invasiva de análise de consolidação óssea utilizando sensores óticos, redes de Bragg em fibra ótica – FBG. Este trabalho é composto por simulação, instrumentação e caracterização do comportamento mecânico dos pinos de Schanz de um fixador externo circular instrumentado à um fêmur. O estudo do fixador externo foi feito através da análise de elementos finitos, análise experimental em laboratório e análise in vivo – estudo de caso. Cada análise foi realizada em duas etapas: estudos estático e dinâmico. Os resultados do estudo estático com o fêmur sintético demonstraram que no início da fase de consolidação óssea, as forças se concentraram nos pinos próximos a fratura e conforme ocorre a consolidação, as forças gradualmente passam a se concentrar sobre os pinos mais distais, conforme os resultados da análise numérica. A diminuição da tração/compressão sobre os pinos do fêmur fraturado para o fêmur íntegro foi maior do que 90% em todos os pinos. Foi possível diferenciar a rigidez do calo ósseo por meio da deformação detectada nos pinos de Schanz. Os resultados da análise dinâmica indicaram que, entre todas as frequências ressonantes, a primeira parece estar mais relacionada com o processo de consolidação óssea, apresentando uma variação de aproximadamente 22% entre a situação da fratura até a consolidação, medida pelos sensores FBG. Nos testes preliminares in vivo, os resultados do sensor FBG demonstraram sua viabilidade técnica para detectar o estágio de consolidação do calo ósseo. Por ser uma tecnologia não invasiva, ela tem potencial para se tornar uma ferramenta importante para auxiliar a equipe médica na análise de consolidação óssea.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-0572-0678pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9721393168228744pt_BR
dc.contributor.advisor1Silva, Jean Carlos Cardozo da-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9949032159595994pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Karam, Leandro Zen-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/ 0000-0003-0008-1851pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3098825752151765pt_BR
dc.contributor.referee1Frizera Neto, Anselmo-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-0687-3967pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8928890008799265pt_BR
dc.contributor.referee2Ramos, Antonio Manuel de Amaral Monteiro-
dc.contributor.referee2Lattes.pt_BR
dc.contributor.referee3Abe, Ilda-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-1142-8996pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6430809426743411pt_BR
dc.contributor.referee4Silva, Jean Carlos Cardozo da-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/9949032159595994pt_BR
dc.contributor.referee5Domingues, Maria de Fatima Fonseca-
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrialpt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

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