Desenvolvimento de um transdutor de deslocamentos para a avaliação biomecânica in vitro da coluna vertebral humana

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Desenvolvimento de um transdutor de deslocamentos para a avaliação biomecânica in vitro da coluna vertebral humana

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Título: Desenvolvimento de um transdutor de deslocamentos para a avaliação biomecânica in vitro da coluna vertebral humana
Autor: Carvalho, Juliana Martins de
Resumo: Doenças degenerativas da coluna são problemas clínicos frequentemente associados a alterações morfológicas ou disfunções mecânicas da coluna. Várias medições in vitro e in vivo da cinemática da coluna vertebral humana têm sido realizadas na tentativa de quantificar o movimento vertebral de modo que as alterações morfológicas que produzem ou acompanham as desordens na coluna possam ser compreendidas. Mediante a aplicação de carregamentos fisiológicos simulados, estes ensaios biomecânicos in vitro buscam medir o comportamento da coluna na situação normal ou fisiológica, na situação patológica e na situação tratada com implantes ou próteses, para planejar a abordagem cirúrgica mais apropriada e/ou auxiliar no projeto de novos implantes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um transdutor que possibilite mensurar, em ensaios biomecânicos in vitro, os movimentos relativos entre segmentos adjacentes da coluna vertebral humana. Para essa aplicação, foi desenvolvido um transdutor e um dispositivo mecânico de calibração de movimentos em cada um dos seis graus de liberdade: três translações e três rotações nos eixos ortogonais. O transdutor de deslocamentos desenvolvido é baseado em strain-gages e possui seis clip-gages distribuídos em sua estrutura. O dispositivo de calibração desenvolvido permite aplicar, sobre o transdutor, separadamente, cada um dos seis graus de liberdade que descrevem o movimento de um corpo rígido no espaço. A medição de deslocamento em cada um dos seis clip-gages é obtida através da leitura de sinais elétricos de cada elemento sensor, os quais são diretamente relacionados com o deslocamento, tendo como base a calibração prévia. Foi realizado em CAD um ensaio de simulação dos movimentos realizados pelo transdutor para obter parâmetros de comparação entre o resultado obtido pela calibração e o comportamento real. <br>Abstract : Degenerative spinal diseases are clinical problems often associated with morphological or mechanical disorders of the spine. Several in vitro and in vivo measurements of the kinematics of the human spine have been performed in an attempt to quantify the vertebral motion so that the morphological changes that produce or accompanying disorders column can be understood. By applying simulated physiologic loads, these in vitro biomechanical tests aim to measure the behavior of the spine in physiological or pathological condition, in condition treated with implants or prostheses, to plan the most appropriate surgical approach and/or assist in project of new implants. In this context, the goal of this work is the development of a transducer which makes possible to measure relative motion between two spinal segments in in vitro biomechanical tests. For this application, was developed a transducer and a mechanical device for the calibration of the motions in each one of six degrees of freedom: three translations and three rotations on orthogonal axes. The developed displacement transducer was based on strain-gages and has six clip-gages distributed throughout its structure. The calibration device allows to apply over the transducer separately each one of the six degrees of freedom of a rigid body in three-dimensional space. The displacement in each of the six clip-gages is obtained by reading of electrical signals from each sensing element. The calibration guarantees the direct correspondence between an electrical signal and a displacement, based on the previous calibration. CAD simulations of transducer movements were performed to collect parameters in order to compare the calibration and the real behavior.
Descrição: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013.
URI: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/107222
Data: 2013


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