Analisi comparativa di piedi protesici mediante modellazione e simulazione dinamica dell'amputato transtibiale

The continuous evolution of the transtibial amputees’ prostheses design allows more and more walking performances coinciding with the physiological gait of the patient. The socket, which is the contact between the prostheses and the stump, and the prosthetic foot, which represents the contact with the ground, are therefore of significant importance. Prosthetic alignment tests are, however, currently conducted by orthopaedic technicians directly on the patient with the only aid sometimes of Gait Analysis tests. The purpose of this project is to provide support for preliminary analyses of the positioning and alignment of prosthetic components on lower limb amputees with a focus on the alignment of tibial pylon and on the orientation of the laminae of the prosthetic foot. In this respect, a musculoskeletal model, implemented through the SimWise4D software, of a transtibial amputee has been proposed for this purpose and static and dynamic alignment tests have been performed with two different types of ESR prosthetic feet. The dynamic tests were carried out by first seeking a correct alignment, which corresponded to the values present in the studies conducted on patients, and subsequently by varying the length of the tibial pylon, plantar, dorsal and outer angle of the prosthetic foot and shift of pylon in the sagittal and frontal planes. The parameters extracted from the tests are mainly the vertical reaction force to the ground, measured between the tibial pylon and the stump, and the trend of the height of the subject's center of gravity. The results highlighted an increase in the reaction force, duration of the Stance phase and amplitude of the oscillations of the pelvis in cases of lengthening of the pylon and plantarflexion of the foot and decrease of the same parameters with shortening of the pylon and dorsiflexion of the foot.

La continua evoluzione del design delle protesi per amputati transtibiali permette sempre più una prestazione di deambulazione fedele al cammino fisiologico del paziente. Di rilevante importanza sono dunque l’invasatura, che costituisce il contatto tra protesi e moncone, e il piede protesico, che rappresenta il contatto con il terreno. Le prove di allineamento dei componenti protesici sono però ad oggi condotte dai tecnici ortopedici direttamente sul paziente con l’ausilio talvolta di test di Gait Analysis. Lo scopo di questo progetto è dunque quello di fornire un supporto alle analisi preliminari di posizionamento e allineamento dei componenti protesici sui pazienti con un focus sull’allineamento del pilone tibiale nei tre piani e sull’angolazione delle lamine che costituiscono il piede protesico. E’ stato a tal fine proposto un modello muscoloscheletrico, implementato tramite il software SimWise 4D, di un amputato transtibiale e sono state eseguite prove di allineamento statico e dinamico con due diverse tipologie di piede protesico a restituzione di energia. I test dinamici sono stati eseguiti ricercando dapprima un allineamento corretto, che corrispondesse ai valori presenti negli studi in letteratura condotti su soggetti reali, e successivamente variando la lunghezza del pilone tibiale, l’angolo di flessione plantare e dorsale e rotazione esterna del piede protesico e lo shift del pilone tibiale nei piani sagittale e frontale. I parametri estratti in output dalle prove sono principalmente la forza verticale di reazione al terreno, misurata tra il pilone tibiale e il moncone, e l’andamento della quota del baricentro del soggetto. I risultati hanno evidenziato un aumento della forza di reazione, durata della fase di Stance e ampiezza delle oscillazioni del bacino in casi di allungamento del pilone e di plantarflessione del piede e diminuzione degli stessi parametri con accorciamento del pilone e dorsiflessione del piede.