Sviluppo di un invaso protesico per amputato transtibiale mediante CAD e analisi agli elementi finiti dell'interazione tra moncone e invasatura

Nowadays most of prosthetic sockets for lower limb amputees are realized manually. The prosthetic technician adapts the socket to the stump of the patient in order to generate a state of stress on the residual limb that is able to ensure stability without causing pain in the patient. Recently, a computational method is used together with the traditional method of prosthesis construction. The new method consists in the realization of the socket through a CAD software and the prediction of the state of stress at the interface residual limb-socket through finite element analyses. This allows to save time and materials with respect to the procedure of manual construction. This work of Thesis is based on the development of a transtibial socket using Solidworks software, starting from the model of the stump obtained from a previous work. Then a series of finite element analyses is performed using Abaqus in order to evaluate the interaction between the socket and the residual limb, considering normal pressures and shear stresses. The simulations consider the positioning of the socket on the residual limb, followed by an analysis in which an orthostatic load is applied and the evaluation of five phases of the gait cycle considered significant. Finally, socket doffing is performed. It can be asserted that the results obtained from these tests are consistent with data coming from literature and the subject doesn’t feel pain during the deambulation.

Oggigiorno la maggior parte degli invasi per protesi di arto inferiore viene realizzata manualmente. Il tecnico ortopedico modella l’invasatura adattandola all’arto residuo del paziente in modo da generare sul moncone una distribuzione di pressioni e di sforzi che non causi dolore all’individuo e tale da assicurare stabilità al complesso protesi-arto residuo. Al metodo tradizionale viene recentemente affiancata una tecnica computazionale che prevede la realizzazione dell’invasatura attraverso un software CAD e la predizione dello stato di sforzo all’interfaccia invaso-moncone tramite l’analisi agli elementi finiti. Questo nuovo metodo consente di risparmiare materiali e tempo rispetto alla costruzione manuale. Il presente lavoro di Tesi si basa sullo sviluppo di un invaso per amputato transtibiale attraverso l’utilizzo di Solidworks, partendo dal modello del moncone del paziente importato da un precedente lavoro. Viene in seguito valutata l’interazione che si genera tra l’invasatura e l’arto residuo in termini di pressioni e di sforzi tangenziali, attraverso delle analisi agli elementi finiti sviluppate in Abaqus. Le simulazioni realizzate considerano il posizionamento dell’invaso sul moncone a cui segue un’analisi in condizione di carico ortostatico e la valutazione di cinque fasi del ciclo del passo ritenute significative. Viene infine realizzato lo sfilamento dell’invaso dall’arto residuo. Si può affermare che i risultati ottenuti sono in linea con i dati ricavati dalla letteratura e che il soggetto non prova dolore durante la deambulazione.