Issue 22

D. Cerniglia et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 22 (2012) 56-68; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.22.07 57 elementi finiti ha richiesto l’acquisizione, tramite tecniche di reverse engineering, e la modellazione CAD delle varie componenti della protesi. Successivamente sono state messe a punto le simulazioni FEM considerando due diverse condizioni di carico. Al fine di rendere paragonabili i dati calcolati, le stesse configurazioni di carico sono state utilizzate per le prove sperimentali tramite tecnica ultrasonora. In questo caso, è stato necessario effettuare alcune prove preliminari per tarare il sistema in dipendenza delle particolari caratteristiche dei materiali, delle geometrie e delle finiture superficiali della protesi. I risultati ottenuti mostrano un buon grado di correlazione fra i dati rilevati seguendo i due differenti approcci e, di conseguenza, un buon livello di affidabilità delle procedure messe a punto per la determinazione numerica e sperimentale dell’area di contatto. La procedura numerica può essere usata per determinare l’area per diversi angoli e per diversi carichi, ma soprattutto in fase di progettazione. La tecnica ad ultrasuoni può essere usata per validare i dati numerici. P AROLE C HIAVE . Protesi di ginocchio; Ultrasuoni; Reverse engineering; Analisi FEM. I NTRODUZIONE ’ articolazione del ginocchio umano è una complicata struttura che deve soddisfare contemporaneamente due esigenze apparentemente contrastanti: consentire un’adeguata mobilità per permettere la normale locomozione e possedere la necessaria stabilità per dare un corretto supporto ai compiti motori da eseguire. A causa di traumi e patologie, la sua funzionalità può essere compromessa a tal punto da rendere indispensabile intervenire chirurgicamente mediante ricostruzione parziale o totale dell’articolazione stessa. Gli interventi correlati vanno sotto il nome di artroplastica totale o parziale di ginocchio, per cui le parti danneggiate dell’articolazione vengono sostituite con protesi, grazie alle quali l’articolazione riacquista la normale funzionalità. La vita utile di una protesi è difficile da calcolare, ma grazie ai continui progressi tecnologici i pazienti possono contare su impianti protesici di durata sempre maggiore. Proprio su questa linea guida, in questo lavoro si è studiato uno dei principali problemi che portano al fallimento dell’impianto protesico: l’usura dell’inserto in polietilene. Geometrie articolari a bassa conformità riducono lo stress trasmesso alle interfacce di fissazione ma garantiscono ridotte aree di contatto predisponendo all’usura precoce ed allo slaminamento del cuscinetto in polietilene, in quanto il carico si ripartisce in un area di dimensioni inferiore [1]. Lo stress di contatto rilevato sperimentalmente sulle superfici di adesione del polietilene risulta infatti inversamente proporzionale all’estensione della superficie di congruenza tra i capi articolari giustapposti [2]. Di contro, però, all’aumentare del grado di conformità si riduce la mobilità e si incrementano gli sforzi torsionali e di taglio. Le tecniche utilizzabili per la valutazione dell’area di contatto possono essere sia di tipo numerico [3] che sperimentale. La letteratura riporta alcuni risultati relativi all’utilizzo di tecniche sperimentali quali tecniche ad inchiostro, joint-casting, stereofotogrammetria, pellicole pressosensibili [4, 5], tecniche ultrasoniche. In generale, però, le tecniche sperimentali che interpongono un mezzo di riscontro tra le superfici accoppiate, possono variare lo stato del contatto fra le interfacce, falsando in modo indiretto i risultati ottenuti. L’applicazione di metodi di indagine ultrasonora allo studio di problemi di contatto si basa essenzialmente sulla nota tecnica pulse-echo, ampiamente utilizzata nei controlli non-distruttivi in campo industriale [6-12]. L’obbiettivo del presente lavoro è quello di caratterizzare il contatto tra le superfici di accoppiamento di un impianto protesico attraverso due diversi approcci, numerico e sperimentale, e confrontarne i risultati. Le prove numeriche sono state eseguite attraverso analisi agli elementi finiti mentre, l’indagine sperimentale è stata sviluppata impiegando la tecnica ultrasonora. Le prove sono state effettuate per due differenti livelli di carico associati a due diversi angoli di inclinazione. G INOCCHIO ED ENDOPROTESI ORTOPEDICHE ’ articolazione del ginocchio è sicuramente una delle più complesse, sia dal punto di vista anatomico che funzionale. Pur disponendo di un'elevata mobilità tra femore e tibia durante la marcia, ha un'ottima stabilità durante le fasi di carico statico dovuta alla presenza di una complessa struttura legamentosa. La flessione del ginocchio non è un semplice movimento di rotolamento della tibia rispetto al femore, bensì un rotolamento seguito da uno scivolamento. L L