ANÁLISE DE FALHA EM IMPLANTES ORTOPÉDICOS EXPLANTADOS: QUATRO CASOS DE PRÓTESE DE SISTEMA DE QUADRIL Cínthia Gabriely Zimmer 1 , Ralf Welis Souza 1 , Silvando Vieira dos Santos 2 , Sandro Griza 2 , Afonso Reguly 1 , Telmo Roberto Strohaecker 1 1 Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Metalúrgica, de Minas e Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil 2 Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, Brasil E-mail: [email protected]Resumo. O número de cirurgias para implante de próteses ortopédicas está aumentando de forma expressiva nos últimos anos, contudo, ainda existe um número significativo de próteses que são explantadas por motivos de falha ou não compatibilidade. A durabilidade da prótese implantada no organismo humano depende de alguns fatores, dentre os quais podemos citar: fatores biológicos inerentes do paciente, técnica cirúrgica e qualidade dos implantes. Neste trabalho foi analisada a qualidade de próteses explantadas e as possíveis causas que provocaram a sua falha. Os casos estudados foram provenientes de conjuntos de prótese de quadril envolvendo os seguintes componentes: Caso A: parafuso fraturado; Caso B: componente acetabular metálico não fraturado, porém que causou processo inflamatório no paciente; Caso C e D: hastes de quadril fraturadas. Os componentes foram submetidos às seguintes análises: lupa, dimensional, microestrutural, química e Microscopia Eletrônica de Varredura, baseado nos requisitos das normas vigentes. Os resultados das análises mostraram que no Caso A houve problemas de projeto e acabamento superficial; no Caso B o componente acetabular metálico apresentou erro na seleção de material e processo de fabricação inadequado; no Caso C a impressão de marcações em local impróprio gerou concentrador de tensões, propiciando a falha prematura da haste de quadril; e no Caso D a haste foi fabricada por processo de fabricação impróprio gerando uma microestrutura desfavorável em fadiga. Os resultados das análises mostraram que os componentes, em cada caso específico, falharam devido a fatores atribuídos ao descumprimento das normas, tais como seleção de material e projeto inadequado e processo de fabricação impróprio. Palavras chave: Análise de Falha, Prótese de Quadril, Fadiga, Normas Vigentes. 1. INTRODUÇÃO O número de cirurgias para implante de próteses ortopédicas está aumentando de forma expressiva nos últimos anos. O aumento da expectativa de vida e das atividades em pacientes com faixa etária mais avançada é apontado pelos especialistas como as principais razões do crescimento do número de cirurgias para implantes ortopédicos (ALVES, 2010), contudo, ainda existe um número significativo de próteses que são explantadas por motivos de falha ou não compatibilidade. A durabilidade de uma prótese implantada no organismo humano depende de vários fatores, dentre os quais:
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ANÁLISE DE FALHA EM IMPLANTES ORTOPÉDICOS EXPLANTADOS: QUATRO CASOS DE PRÓTESE DE SISTEMA DE QUADRIL
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ANÁLISE DE FALHA EM IMPLANTES ORTOPÉDICOS
EXPLANTADOS: QUATRO CASOS DE PRÓTESE DE SISTEMA
DE QUADRIL
Cínthia Gabriely Zimmer
1, Ralf Welis Souza
1, Silvando Vieira dos Santos
2, Sandro
Griza2, Afonso Reguly
1, Telmo Roberto Strohaecker
1
1Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Metalúrgica, de Minas e Materiais, Universidade Federal
do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil
2Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Universidade Federal de Sergipe,
1.4.3 Análise Química da grade sobreposta via Microssonda EDS
O arame da grade sobreposta no componente acetabular foi submetido à análise
qualitativa via microssonda EDS onde foram observados picos predominantes na
frequência do ferro, cromo e níquel, bem como alumínio molibdênio e manganês,
conforme mostra a Figura 7.
A composição do arame é compatível a uma liga de aço inox, contudo o pico
elevado na frequência do alumínio pode comprometer a qualidade do material quando
exposto aos fluidos corpóreos, pois o alumínio é um elemento tóxico ao corpo humano.
Figura 7 - Espectro de microssonda EDS indicando picos de frequência nos elementos.
1.4.4 Análise Microestrutural do Componente Acetabular Metálico
A microestrutura do componente acetabular metálico se apresentou austenítica
com tamanho de grão médio 5,5 (ASTM E 112, 2010) e com a presença de uma
segunda fase chamada ferrita delta, conforme mostra a Figura 8a. A fase ferrita delta
apresenta resistência à corrosão menor do que a matriz austenítica podendo acelerar o
processo corrosivo do componente.
A Figura 8b mostra a interface entre a região soldada, do arame e a matriz, na
qual pode ser observada a presença de um defeito de soldagem – falta de penetração. É
recomendado que materiais soldados passassem por um processo de tratamento térmico
após sua utilização, pois as modificações microestruturais causadas pelo processo
podem gerar precipitação de carbonetos sensitizando o material.
(a) (b)
Figura 8 – (a) Microestrutura apresentando matriz austenítica e uma segunda fase chamada ferrita delta. (b) Micrografia mostrando interface de solda e material base.
1.5 Caso C: Haste de Quadril Fraturada
1.5.1 Análise Visual da Haste de Quadril Fraturada
A haste de quadril apresentou marcas de identificação e rastreabilidade,
conforme é solicitado pela norma (ABNT NBR ISO 14630, 2010), porém a marcação
foi colocada em local impróprio. A ruptura da haste coincidiu com a marcação do
componente, como podemos observar na Figura 9, a qual foi realizada com laser que
por sua vez causou modificações microestruturais favorecendo assim a formação de
uma trinca e a consequente fratura. A norma ABNT NBR ISO 21535, recomenda que a
marcação seja posta em local que não irá sofrer solicitações mecânicas, porém a região
onde foi realizada a marcação é um ponto de alta concentração de tensão quando a
pessoa com a prótese implantada, se encontra em movimento.
Figura 9 – Fratura coincidindo com marcas de identificação.
1.5.2 Análise da Superfície da Haste de Quadril Fraturada
A superfície de fratura apresentou um intenso grau de amassamento devido à
compressão das duas partes sob forma cíclica, como mostrado na Figura 10a.
Entretanto, em algumas regiões menos danificadas, especialmente junto a uma das
laterais, onde as tensões de compressão foram reduzidas, foi possível verificar no MEV
a formação de estrias de fadiga (Figura 10b).
(a) (b)
Figura 10 – (a) Superfície de fratura mostrando grande grau de amassamento. (b) Estrias
de fadiga observadas em MEV na superficie de fratura.
1.5.3 Análise Química da Haste de Quadril Fraturada
A haste de quadril apresentou similar aos valores especificados pela norma
(ABNT NBR ISO 5832-9, 2008) estando todos os elementos analisados dentro da faixa