Parafusos pediculares são primordialmente responsáveis por manter a estabilidade de implantes na região posterior da coluna vertebral sob várias condições de carregamento. Diferentes fatores influenciam a integridade do conjunto osso-parafuso quando submetido a esses esforços, dentre eles estão as características morfométricas dos pedículos e propriedades geométricas dos parafusos. Parafusos cônicos foram projetados com o propósito de aprimorar a ancoragem ao pedículo e resistência mecânica em relação aos de configuração cilíndrica, entretanto, pesquisas indicam que a ancoragem de parafusos cônicos ao osso depende do tipo de conicidade existente. Este trabalho teve por objetivo avaliar a distribuição de tensões internas geradas no osso por parafusos com diferentes tipos de conicidade implantados em modelos anatômicos de vértebra L5, quando submetidos a uma força axial no sentido de arrancamento. Um exemplar apresenta alargamento do diâmetro interno na região próxima à cabeça (COP) e o outro apresenta afunilamento nos diâmetros interno e externo, na região distal, ou próxima à ponta (COD). Simulações computacionais foram executadas pelo Método dos Elementos Finitos em 4 modelos: 2 modelos planos obtidos pela seção da vértebra L5 na região de interesse e 2 modelos de vértebras íntegras instrumentados com cada parafuso. Os modelos planos foram validados pela técnica experimental da fotoelasticidade de forma qualitativa e quantitativa, em seguida foram empregados como base na modelagem das vértebras íntegras. Não foram observadas diferenças significativas nas médias das tensões cisalhantes provocadas pelos dois parafusos, porém, as simulações em vértebras íntegras revelaram que os maiores valores de tensão máxima principal foram atribuidos ao parafuso COD e estão localizados na interface osso-parafuso imediatamente próxima à ponta do implante. Os resultados obtidos sugerem que o afunilamento de parafusos pediculares em sua porção distal, próximo a ponta, pode ser um fator de concentração de tensão dentro do osso, o que desfavorece seu uso perante parafusos que não possuem essa característica. Além desse resultado, também foram observados que maiores valores de tensão foram geradas no osso cortical em relação ao osso trabecular, indicativo de que o osso cortical é responsável por suportar maior parte do carregamento aplicado, com isso, sua ausência pode reduzir a resistência da vértebra ao arrancamento.

Pedicle screws are primarily responsible for maintaining the stability of implants in the posterior region of the spine under various loading conditions. Different factors influence the integrity of the bone-screw construct when submitted to these loads, among them are the morphometric characteristics of the pedicles and geometric properties of the screws. Conical screws were designed with the purpose of improving the anchorage to the pedicle and mechanical strength in relation to those with a cylindrical configuration, however, research indicates that the anchorage of tapered screws to the bone depends on the type of existing taper and the methodology used. The goal of this study was to investigate the internal stress distribution generated in the bone by screws with different types of taper implanted in anatomical models of L5 vertebrae, when applied an axial force in the pullout direction. One screw specimen has a widening of the inner diameter near the head (COP) and the other has a taper in the inner and outer diameters, in the distal region, or near the tip (COD). Computational simulations were performed using the Finite Element Method on 4 models: 2 plane models obtained by sectioning the L5 vertebra in the region of interest and 2 intact bone models instrumented with each screw. The plane models were qualitatively and quantitatively validated by the experimental technique of photoelasticity, and then used as the basis for modeling the whole vertebrae. No significant differences were found in the average stress between the screws, however, the simulations in the intact vertebrae revealed higher maximum principal stress values due to COD screw, which occurred in the bone area immediately next to screw tip. These findings suggest that tip tapering design can lead to stress concentrations inside the bone, disfavoring its use. Besides that, higher stress values were found in the cortical bone if compared to trabecular bone, this result indicates that the cortical bone is important for the load-bearing bone response and its absence can decrease the bone resistance to axial pullout force.