Sviluppo di un modello computazionale per la valutazione della resistenza statica e a fatica del meccanismo di interconnessione in un sistema di fissazione spinale commerciale

Spinal fixation is a common surgical intervention for treating spinal pathologies: the spinal rods are present in a fixing system composed of pedicle screws and various sub-components of an interconnection mechanism. In particular, the screws ensure the connection with the vertebrae while a nut guarantees the stability of the screw-bar connection. The ASTM F1717 standard is used to study the behavior of the components of a spinal implant in vitro: it uses two polyethylene blocks (UHMWPE) which represent the vertebrae. Two pedicle bar-screw systems are constrained to them by double fixing. In literature there are both computational and experimental studies concerning the ASTM F1717 setup: in particular, the computational model is equipped with huge simplifications as the nut-pedicle screw-bar interconnection mechanism. The aim of the work is to create an accurate computational model that takes into account the effects of the tightening torque and the stresses in the different components. This is a more realistic and reliable interpretation of the static and fatigue behavior of the spinal system.

La fissazione spinale è un comune intervento per il trattamento di patologie della colonna vertebrale: le barre spinali sono contestualizzate in un sistema di fissaggio composto da viti peduncolari ed un meccanismo di interconnessione costituito da vari sub-componenti. In particolare, le viti permettono il collegamento con le vertebre mentre un grano di serraggio garantisce la stabilità del collegamento vite-barra. Per studiare il comportamento dei componenti di un impianto spinale in vitro si fa riferimento alla norma ASTM F1717: essa prevede l'utilizzo di due blocchetti di polietilene (UHMWPE) che rappresentano le vertebre. Ad essi sono vincolati con doppio fissaggio due sistemi barre-viti peduncolari. In letteratura sono presenti studi sia a livello computazionale che sperimentale inerenti al setup ASTM F1717: in particolare, a livello computazionale son state effettuate grandi semplificazioni per quanto riguarda il meccanismo di interconnessione grano-vite-barra. Questo lavoro vuole creare un modello computazionale accurato che possa tener in considerazione gli effetti del serraggio del grano e dunque le tensioni annesse nei diversi componenti. Questo consente una più realistica ed affidabile interpretazione del comportamento statico e a fatica del sistema.