Modello agli elementi finiti e analisi tramite Digital Image Correlation di un femore umano sintetico = Finite Elements Model and Digital Image Correlation analysis of a synthetic human femur

Gli ultimi anni sono stati sempre più caratterizzati dallo sviluppo di modelli predittivi, in grado di simulare esperimenti in vitro, ex vivo e in vivo. Spesso le tecniche utilizzate per eseguire le analisi cliniche sui pazienti sono invasive o difficili da effettuare: questi software potrebbero essere molto promettenti per la ricerca scientifica e la pratica clinica. Alcune delle applicazioni in campo biomedico prevedono, ad esempio, la realizzazione o la verifica di dispositivi medici, la simulazione del loro corretto posizionamento in caso di impianti chirurgici o la scelta del dispositivo da impiegare in presenza di fratture. Lo scopo della tesi è quello di validare un modello di femore umano agli elementi finiti (FE) in modo da creare un test-bench virtuale di un osso femorale per la successiva valutazione di elementi di fissaggio come placche viti e chiodi endomidollari per fratture ossee. Nella fase iniziale del lavoro è stato utilizzato un algoritmo presente in letteratura e basato sul linguaggio Matlab capace di identificare i punti di repere di un femore generico e tracciare in maniera automatica gli assi di riferimento con origine sulla testa del femore. L’obiettivo è stato quello di modificare il codice per poter inserire anche tre inserzioni muscolari, in questo modo sono state ottenute le coordinate scalate sul femore di interesse del tensore della fascia lata, del vasto laterale e del vasto mediale, muscoli fondamentali per rappresentare correttamente il comportamento dell’osso femorale. Successivamente, sono state condotte delle analisi agli elementi finiti tramite il software Abaqus, simulando un carico sulla testa del femore e ottenendo così le deformazioni che ne derivano da tale sollecitazione. Il modello è stato orientato in modo tale da ottenere una risultante verticale sulla testa femorale. Nell’ultima fase della tesi è stato sviluppato un setup sperimentale per poter attuare delle prove su un femore umano sintetico orientato come il modello computazionale. Tramite Digital Image Correlation (DIC) è stato possibile confrontare i risultati sperimentali con quelli numerici: da tale confronto è emerso che le distribuzioni delle deformazioni trovano una buona corrispondenza tra i due modelli. La prospettiva per gli sviluppi futuri sarà quella di considerare anche la presenza delle forze muscolari all’interno del setup sperimentale e di testare infine il modello con una placca di fissaggio.