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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Otimização de guias cirúrgicas para osteotomia periacetabular utilizando scripting em python e método dos elementos finitos
Autor(es): Rodrigues, Ewerson dos Santos
Primeiro Orientador: Bastos, Flávia de Souza
Membro da banca: Assis, Lahis Souza de
Membro da banca: Campos, Joventino de Oliveira
Resumo: A Displasia do Desenvolvimento do Quadril (DDQ) é uma deformidade anatômica que frequentemente exige intervenção cirúrgica, sendo a Osteotomia Periacetabular (OPA) o tratamento de escolha para pacientes esqueleticamente maduros. O uso de guias cirúr- gicas personalizadas, manufaturadas via impressão 3D, tem aumentado a precisão deste procedimento; contudo, o volume excessivo destes dispositivos pode ampliar a invasivi- dade cirúrgica. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma rotina computacional automatizada para otimização topológica dessas guias, visando a redução de massa sem comprometimento estrutural. Para superar as dificuldades de manipulação direta de ma- lhas órfãs (STL) e erros de continuidade topológica identificados em estudos preliminares, adotou-se uma metodologia baseada em geometria paramétrica simplificada. Utilizando a linguagem Python e a interface de scripting do software Abaqus/CAE, implementou-se um algoritmo heurístico que ajusta dinamicamente pontos de controle da geometria em resposta aos níveis de tensão de Von Mises. O método foi aplicado a um grupo de teste contendo uma geometria base e nove geometrias personalizadas de pacientes reais. Os resultados demonstraram uma redução de volume variando entre 23,40% e 57,40%, com média de aproximadamente 45%, mantendo o volume de material plastificado abaixo do critério de segurança estabelecido de 10%. Conclui-se que a abordagem paramétrica automatizada é eficaz para o design de instrumentos cirúrgicos mais eficientes, reduzindo tempo de impressão e potencializando a aplicação clínica de guias menos invasivas.
Abstract: Developmental Dysplasia of the Hip (DDH) is an anatomical deformity that often requires surgical intervention, with Periacetabular Osteotomy (PAO) being the treatment of choice for skeletally mature patients. The use of patient-specific surgical guides, manufactured via 3D printing, has improved the precision of this procedure; however, the excessive volume of these devices can increase surgical invasiveness. This work aimed to develop an automated computational routine for the topology optimization of these guides, seeking mass reduction without structural compromise. To overcome the difficulties of direct manipulation of orphan meshes (STL) and topological continuity errors identified in preliminary studies, a methodology based on simplified parametric geometry was adopted. Using the Python language and the Abaqus/CAE scripting interface, a heuristic algorithm was implemented to dynamically adjust geometry control points in response to Von Mises stress levels. The method was applied to a test group containing one base geometry and nine real patient-specific geometries. The results showed a volume reduction ranging from 23.40% to 57.40%, with an average of approximately 45%, keeping the volume of plastified material below the established 10% safety criterion. It is concluded that the automated parametric approach is effective for the design of more efficient surgical instruments, reducing printing time and enhancing the clinical application of less invasive guides.
Palavras-chave: Otimização topológica
Guias cirúrgicas
Python
Abaqus
Osteotomia periacetabular
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20472
Data do documento: 14-Jan-2026
Aparece nas coleções:Engenharia Computacional - TCC Graduação



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