Effetti del setup sulla deambulazione con protesi transfemorale

The thesis focuses on the study of walking assisted by a passive mechanical transfemoral prosthesis; the aim is the identification of the effects that different setup configurations can have on artificial limb performance and, consequently, on the quality of prosthetic walking. Through a scientific literature review concerned with the Gait Analysis and the gait with prostheses, the main features of the walk of a healthy subject and a transfemoral amputee were analyzed. This allowed the definition in Matlab environment of the laws of motion of major joints of artificial limb. In particular, it came out that the knee joint, which allows a relative mobility between the different parts connected to it, is of particular interest for the analysis of the stability of the prosthesis during the motion, one of the key aspects of proper prosthetic ambulation. The mathematical model developed allows one to locate and analyze at each instant of the motion the position of the CIR of the knee, compared to the straight line of action of foot-ground contact force. Similarly to what happen with the different configurations of the setup in input, even the output of the model, characterized by a diagram which is representative of the quality of prosthetic gait, is displayed in an Excel spreadsheet, to make it more oriented towards the operator and of wider use. Although the model has been developed for a transfemoral prostheses with a polycentric four-bar linkage prosthetic knee, the approach is replicable for different types of prostheses.

La tesi è incentrata sullo studio della deambulazione assistita da protesi meccanica transfemorale passiva; lo scopo dell’elaborato consiste nell’individuazione degli effetti che diverse configurazioni di setup hanno sulle prestazioni dell’arto artificiale e, di conseguenza, sulla qualità della camminata protesica. Attraverso una ricerca bibliografica della letteratura scientifica relativa alla Gait Analysis ed alla deambulazione protesica, sono stati analizzati gli aspetti salienti della camminata di un soggetto sano e di un amputato transfemorale. Questo ha permesso la definizione in ambiente Matlab delle leggi di moto caratteristiche delle principali articolazioni dell’arto artificiale. In modo particolare l’articolazione di ginocchio, che permette una mobilità relativa tra le parti ad esso connesse, è risultata particolarmente interessante per l’analisi della stabilità della protesi durante l’atto di moto, uno degli aspetti fondamentali di una corretta deambulazione protesica. Il modello matematico sviluppato permette di analizzare in ogni istante del moto la posizione del CIR del ginocchio rispetto alla retta d’azione della forza di contatto piede-terreno. Analogamente alle diverse configurazioni di setup in input, anche l’output del modello, caratterizzato da un diagramma rappresentativo della qualità della deambulazione protesica, viene visualizzato in un apposito foglio Excel, in modo da renderlo più orientato verso l’operatore e di più ampia utilizzazione. Sebbene il modello sia stato elaborato per una protesi transfemorale con ginocchio policentrico a quadrilatero articolato, l’approccio adottato è replicabile per tipologie di protesi diverse.