Análise fotoelástica de parafuso de sistema de fixação vertebral / The photoelastic analisys of vertebral fixation system screws

INTRODUÇÃO: A fotoelasticidade é utilizada para avaliar as tensões/deformações produzidas nos materiais fotoelásticos, quando submetidos a determinado carregamento, através da observação de efeitos óticos. O desempenho do parafuso e as funções mecânicas estão diretamente relacionados com a qualidade da fixação dos parafusos nas vértebras. A fotoelasticidade é uma ferramenta importante para realizar estudos comparativos desta natureza. OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi comparar por meio da fotoelasticidade, as tensões internas produzidas pelo parafuso com 6 mm de diâmetro externo, quando submetido a duas diferentes forças de arrancamento. MATERIAIS E MÉTODOS: Para isso, foram confeccionados quatro modelos fotoelásticos. A simulação foi realizada utilizando duas forças de arrancamento 0,75 e 1,50 kgf. As tensões cisalhantes foram calculadas nos 19 pontos em torno dos parafusos, utilizando o método de compensação de Tardy. RESULTADOS: Os valores das tensões cisalhantes foram maiores quando utilizada a força de arrancamento de 1,50 kgf. CONCLUSÃO: Assim sendo, o parafuso estará mais suscetível ao arrancamento com a aplicação de força de maior intensidade. De acordo com as análises realizadas verificamos também que o local de maior tensão cisalhante foi observado no pico das cristas, principalmente próxima às pontas dos parafusos, independente da força utilizada.

INTRODUCTION: The photoelasticity is used for assessing the tensions/deformations involved in photoelastic materials when submitted to a given load by the observation of optical effects. The screw performance and mechanical functions are directly associated to the quality of the screws fixation in the vertebrae. Photoelasticity is an important tool to perform comparative studies of this nature OBJECTIVE: The aim of this study was to compare, by using photoelasticity, internal stresses produced by the screw with an external diameter of 6 mm, when submitted to two different pullout strengths. MATERIALS AND METHODS: For this, four photoelastic models were produced. The simulation was conducted by using two pullout strengths: 0.75 and 1.50 kgf. The maximum shear stresses were calculated on 19 points around the screws, using the Tardy compensation method. RESULTS: The values of maximum shear stress were higher with the load of 1.50 kgf. CONCLUSION: Thus, the screw will be more susceptible to pullout when heavier loads are applied. According to our analysis, we also found that the site with the highest maximum shear stress was found to be at the peak of creast, particularly near the tips of the screws, regardless of the load employed.

Análise fotoelástica de um modelo de vértebra humana com parafuso pedicular / Photoelastic analisys of a human vertebra model with pedicular screw

INTRODUÇÃO: O sistema de fixação vertebral utilizando o parafuso pedicular é um dos métodos mais eficientes no tratamento de patologias da coluna vertebral. Quando o parafuso estiver submetido á força de arrancamento, este gera tensões ao seu redor, principalmente próximas do canal medular, situação esta que pode ser analisada pela técnica da fotoelasticidade. OBJETIVO: Foram analisadas as tensões internas geradas próximas ao canal medular de modelos fotoelásticos de vértebras utilizando diferentes medidas de parafusos do sistema de fixação vertebral submetidos à força de arrancamento. MÉTODO: Foi utilizado um modelo de vértebra lombar em material fotoelástico utilizando três medidas de parafusos pediculares (5, 6 e 7mm) do tipo USS1. As tensões internas ao redor do parafuso foram avaliadas em 12 pontos pré-determinados utilizando um polariscópio de transmissão plana. RESULTADOS: As regiões de maiores concentrações de tensões foram observadas entre o canal medular e as curvas do processo transverso. Nas comparações das médias das tensões cisalhantes máximas entre os parafusos 5 e 7, e 6 e 7 foram observadas diferenças estatísticas significativas e entre 5 e 6 não. CONCLUSÃO: Foi observada que as tensões internas são mais elevadas em áreas irregulares próxima ao canal medular, mostrando ser uma região crítica.

INTRODUCTION: The vertebrae fixation system using pedicular screws is one of the most efficient methods to treat vertebral spine pathologies. When the screw is submitted to pullout strength, it causes internal tension near the medullar canal and this situation can be analyzed by using the photoelasticity technique. OBJECTIVE: Were analyzed those internal tensions near the medullar canal of photoelastic vertebra models using different sizes of screws of the vertebral fixation system submitted to pullout strength. METHODS: A lumbar vertebral model made of photoelastic material with three different USS1-type pedicular screw sizes (5, 6, and 7mm) was used. The internal tensions around the screw were tested in 12 predetermined points by a plain transmission polaroscope. RESULTS: The areas of greater tension concentration were between the medullar canal and the curves of the transverse process. Comparing the maximum average pulling tension, statistical differences were observed between screws 5 and 7, and 6 and 7. On the other hand, for screws 5 and 6, there were no significant differences. CONCLUSION: The study evidenced that the internal tensions are greater in irregular areas, next to the medullar canal, showing that this is a critical region.