Analisi agli elementi finiti dell'interazione fra moncone transfemorale e invasatura in una protesi subischiatica ibrida

This Thesis has the purpose of analyzing the stresses generated by the subischial hybrid socket projected for transfemoral amputees, recently developed by ITOP S.p.A. Officine Ortopediche. It is a new typology of socket and its main innovation is to have the upper edge positioned below the trochanter and the ischium of the patient. Another novelty is the composition of the socket, which is composed by a flexible casing made of silicone and by a rigid support frame made of carbon fibers. The geometric model, come from the scan of the patient and his prosthesis, is imported into Abaqus: it is made of femur, transfemoral left stump shod liner and socket. A finite element analysis is done to study the contact pressures and shear stresses at the interface, during the donning and orthostatic phases. Values higher than the pain threshold are obtained, due to the compression of soft tissues in correspondence of the medial flap of the support frame and the upper edge of the socket. To evaluate the analysis, these results are compared to the patient’s feeling, who feels hyper-pressure in the same areas highlighted in this analysis. This proves the correctness of the results obtained. According to the high values of the contact pressure and shear stress obtained, the patient should not manage to wear the prosthesis because of the painful sensations. However, in the reality the prosthesis is used daily by the patient. This mismatch between the model and the reality may be due to the complexity of the model and to the high number of parameters that can influence the results. Sensitivity analysis are made about some of these parameters in order to evaluate their contribution.

Il presente lavoro di Tesi si pone come obiettivo l’analisi degli sforzi generati da un’invasatura subischiatica ibrida per amputati transfemorali, recentemente sviluppata da ITOP S.p.A. Officine Ortopediche. Si tratta di una nuova tipologia di invasatura, la cui innovazione principale risiede nell'avere una linea di taglio al di sotto del trocantere e dell’ischio dell’utilizzatore. Un altro aspetto innovativo consiste nella sua composizione: è costituita da un involucro flessibile in silicone e un telaio rigido in fibra di carbonio. Il modello geometrico derivante dalla scansione eseguita su un paziente e sulla sua protesi è stato importato nel software Abaqus: risulta costituito da femore, moncone sinistro transfemorale con liner calzato e invasatura. Su di esso è stata svolta un’analisi a elementi finiti per valutare le pressioni di contatto e gli sforzi di taglio all'interfaccia, durante la fase di calzata e quella ortostatica. Sono stati ottenuti valori superiori alla soglia del dolore, causati dalla compressione dei tessuti molli in corrispondenza dell’aletta mediale del telaio e del bordo superiore dell’invaso. Per valutare questi risultati, essi sono stati confrontati con le sensazioni espresse dal paziente, il quale percepisce un senso di iperpressione del moncone nelle stesse zone evidenziate dall'analisi. Ciò conferma la correttezza delle analisi svolte. Secondo i valori elevati di pressione e sforzo riscontati, il paziente non dovrebbe riuscire ad indossare la protesi a causa delle sensazioni dolorose. Nella realtà tuttavia, il paziente riesce ad utilizzarla quotidianamente. Questa discrepanza fra modello e realtà può essere attribuibile all'elevata complessità del modello stesso e all'elevato numero di parametri che possono influenzare l’analisi. Su alcuni di questi sono state effettuate delle analisi di sensitività per valutare la loro influenza sui risultati.