Broca cônica experimental versus broca cilíndrica convencional com e sem macheamento : avaliações termográficas, torques de introdução e resistência ao arrancamento axial de parafusos em corpos de prova de poliuretano

Abstract

A produção de inovações no campo da área cirúrgica busca reduzir as taxas de complicações. O desenvolvimento de aparatos ortopédicos cônicos está relacionado à necessidade de aumentar a estabilidade das fixações ósseas. Neste contexto, grande parte das cirurgias de síntese óssea envolvem perfurações com brocas ortopédicas, e a termonecrose óssea é complicação que frequentemente está associada a altas temperaturas durante a perfuração do osso. O torque de introdução e a resistência ao arrancamento axial dos parafusos são parâmetros mecânicos de grande importância no desenvolvimento de aparatos ortopédicos e odontológicos, e estão relacionados com a estabilidade das fixações ósseas. O objetivo do presente estudo foi avaliar o comportamento térmico de perfurações em corpos de prova de poliuretano e pesquisar o potencial biomecânico dos parafusos implantados em orifícios confeccionados por broca cônica experimental, comparando os com as perfurações de broca ortopédica cilíndrica convencional com e sem o macheamento prévio a inserção do parafuso. Também foram avaliadas imagens microtomográficas de um orifício de cada grupo, buscando analisar estruturalmente os aspectos de cada amostra. A avaliação termográfica foi realizada em estúdio climatizado, empregando o uso de câmera com tecnologia infravermelho para captação das temperaturas máximas de perfuração e do tempo de perfuração. Não houve diferença entre as temperaturas máximas de perfuração da broca c ô nica experimental e a broca ortopédica cilíndrica convencional. Também observou se que a broca cônica experimental tem tendência a esquentar menos em perfurações mais lentas. Já para a execução dos testes biomecânicos, parafusos corticais 3,5mm foram implantados nos corpos de prova, e os torques de introdução foram aferidos por meio de torquímetro axial digital. O torque de introdução foi aferido em quatro momentos, que incluíram o torque inicial, intermediário, final e médio de cada parafuso. Na realização dos testes de resistência ao arrancamento axial, má quina universal de testes foi utilizada, registrando a resistência máxima de cada parafuso implantado. O grupo que apresentava parafusos implantados em orifícios perfurados pela broca cônica experimental apresentou maiores torques de introdução em cada momento e maior resistência axial ao arrancamento quando comparado aos grupos que foram perfurados pela broca ortopédica cilíndrica convencional com ou sem macheamento. As avaliações microtomográficas demonstraram, por meio de cálculos do volume do orifício das amostras avaliadas, que a broca cônica experimental apresentou menor volume interno do orifício na comparação às perfurações realizadas pela broca ortopédica cilíndrica convencional com ou sem macheamento, o que pode ter influenciado nos resultados dos torques de introdução e na resistência ao arrancamento axial dos parafusos do grupo. Neste estudo, a broca cônica experimental apresentou temperaturas máximas de perfuração semelhantes às perfurações realizadas com a broca cilíndrica ortopédica convencional. Também produziu orifícios de menor volume, que proporcionaram maiores torques de introdução e maior resistência ao arrancamento axial dos parafusos implantados em corpos de prova de poliuretano, quando comparados aos parafusos implantados em orifícios confeccionados pela broca ortopédica cilíndrica convencional com ou sem macheamento. Evidenciou se o potencial da broca cônica experimental, encorajando futuros ensaios clínicos para avaliar o comportamento térmico e biomecânico em ossos naturais.

The production of innovations in the field of surgery aims to reduce complication rates. The development of conical orthopedic devices is related to the need to increase the stability of bone fixations. In this context, most bone synthesis surgeries involve drilling with orthopedic drill bits, and bone thermonecrosis is a complication that is often associated with high temperatures during bone drilling. The introduction torque and resistance to axial screw pullout are mechanical parameters of great importance in the development of orthopedic and dental devices, and are related to the stability of bone fixations. The aim of the present study was to evaluate the thermal behavior of perforations in polyurethane blocks and to evaluate the biomechanical potential of screws implanted in holes performed by an experimental conical drill bit, comparing them with the perforations of a conventional cylindrical orthopedic drill bit, with and without tapping prior to screw insertion. Microtomographic images of a hole from each group were also evaluated, aiming to structurally analyze the aspects of each sample. The thermographic evaluation was carried out in a climatized studio, using a camera with infrared technology to capture the maximum drilling temperatures and drilling times. There was no difference between the maximum drilling temperatures of the experimental conical drill bit and the conventional cylindrical orthopedic drill bit. It was also observed that the experimental conical drill bit tends to heat up less during longer drilling. To carry out the biomechanical tests, 3.5mm cortical screws were implanted in the polyurethane blocks, and their introduction torques were measured using a digital torque screwdriver. The introduction torque was measured at four moments, which included the initial, intermediate, final and mean torque of each screw. When carrying out the axial pullout resistance tests, a universal testing machine was used, recording the maximum resistance of each implanted screw. The group that had screws implanted in holes drilled by the experimental conical drill bit showed higher insertion torques at each moment and greater axial resistance to pullout when compared to the groups that were drilled with the conventional cylindrical orthopedic drill bit, with or without tapping. The microtomographic evaluations demonstrated, through calculations of the volume of the hole of the evaluated samples, that the experimental conical drill bit had a smaller internal volume of the hole when compared to the perforations performed by the conventional cylindrical orthopedic drill bit, with or without tapping, which may have influenced the results of the introduction torques and the resistance to axial pullout of the screws in the group. In this study, the experimental conical drill bit presented maximum drilling temperatures similar to drillings performed with the conventional orthopedic cylindrical drill bit. It also produced smaller volume holes, which provided greater introduction torques and greater resistance to axial pullout of screws implanted in polyurethane blocks, when compared to screws implanted in holes made using a conventional cylindrical orthopedic drill bit, with or without tapping. The potential of the experimental conical drill bit was highlighted, encouraging future clinical trials to evaluate its thermal and biomechanical behavior in natural bones.