Estudo da viabilidade da determinação de osteoporose em ossos longos por meio do método de resposta em frequência

• Processo: 24/22969-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Bruno Agostinho Hernandez
• Beneficiário: Gustavo Bortonio de Carvalho
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia (FE). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
• Assunto(s): Método dos elementos finitos Osteoporose
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Impedância Mecânica em ossos | Método dos Elementos Finitos | osteoporose | Resposta em frequência de osso | Simulações Biomecânicas | Bioengenharia, Elementos Finitos, Análise de tensões

Resumo

A osteoporose é uma doença que ocorre frequentemente em pessoas idosas, a qual consiste na diminuição da densidade mineral dos ossos, tornando-os frágeis e mais suscetíveis a fraturas. O principal meio de diagnóstico desta doença advém da densitometria óssea, a qual consiste na emissão de feixes de raios-X de baixa intensidade, e posterior medição da quantidade de radiação absorvida pelo tecido ósseo. Entretanto, há preocupações quanto a exposição do paciente a raios-X, a baixa oferta nos sistema público de saúde e o alto custo deste exame. Uma alternativa a densitometria pode ser o uso da técnica de impedância mecânica. Nesta, uma excitação é induzida no corpo em análise e o comportamento vibratório na forma de uma resposta em frequência é obtido. Essa resposta é função direta da densidade. Portanto, tem-se como objetivo deste trabalho, realizar uma análise exploratória sobre o comportamento vibratório de ossos longos, tais como o fêmur e a tíbia, e assim analisar a viabilidade de uma técnica de diagnóstico da doença a partir de uma análise da resposta em frequência do osso, empregando a técnica de impedância mecânica. Para este projeto, modelagem numérica em elementos finitos e experimentos estão planejados. Na modelagem numérica, imagens de tomografia de ossos sintéticos, um na condição normal e outro na condição de osteoporose (severa), serão obtidas e geometrias serão criadas através do software Simpleware (v2022, Synopsys, INC, EUA). Então, a resposta vibratória será simulada em elementos finitos utilizando o software Ansys (v22R2, Ansys INC, EUA). Em seguida, planeja-se realizar ensaios de impedância nos dois ossos escaneados. Estes ossos serão pendurados de forma a simular uma condição (livre-livre) e serão utilizados sensores do tipo acelerômetros (tear drop) de sensitividade nominal de 100 mV/g. Um martelo de impacto instrumentado será utilizado para medir a força aplicada ao osso. Os sinais serão obtidos no tempo e gravados por um sistema de aquisição de sinais e posteriormente pós-processados para o domínio da frequência utilizando um estimador de função de transferência do tipo H1. Sequencialmente, tomografias de pacientes reais serão utilizadas para reproduzir, por meio do software de modelagem e de elementos finitos, modelos de ossos saudáveis e na condição de osteoporose (severa), para analisar a similaridade das respostas. Por fim, pretende-se construir modelos matemáticos e experimentais para analisar a viabilidade de um diagnóstico mais rápido e facilitado da osteoporose através da identificação das respostas em frequências em diferentes direções.