Caratterizzazione meccanica di chiodi endomidollari a fini certificativi = Mechanical characterization of intramedullary nails for certification purposes

Tra le patologie del femore, la frattura è uno degli eventi maggiormente riscontrati e può essere trattata mediante l’utilizzo di un chiodo endomidollare, con il fine di velocizzarne la guarigione, sollecitando nel modo più fisiologico possibile la matrice ossea. Tale dispositivo deve soddisfare i requisiti minimi dettati dalle norme internazionali in termini di proprietà meccaniche per l’acquisizione della certificazione. Verrà analizzato meccanicamente il chiodo endomidollare denominato ELOS, prodotto dall’azienda Intrauma in diverse dimensioni, realizzato in lega di titanio di grado medicale e accoppiato con una vite cefalica, una vite diafisaria in posizione distale e in modo opzionale con una vite prossimale. L’utilizzo del chiodo endomidollare permette di avere un carico di primo impianto elevato e un’ampia stabilità, garantendo un processo di guarigione rapido. I test sperimentali sono stati eseguiti seguendo le norme ASTM F384 e F1264, le quali descrivono rispettivamente dei metodi per l’esecuzione di test quali flessione per compressione, torsione e flessione a 4 punti. Dunque, sono state condotte tre tipologie di prove sperimentali: la prima che prevede dei test di flessione per compressione, statici e di fatica, su una configurazione composta dal chiodo Elos, con lunghezza 180 mm, accoppiato con la vite cefalica, vincolato mediante supporti metallici; in seguito una seconda prova che consiste nei test di torsione sul chiodo Elos lungo 400 mm, vincolato mediante dei mandrini cilindrici, poi confrontato con il chiodo Gamma di dimensioni equivalenti, ma prodotto da un’altra azienda e già presente in commercio; infine, un’ultima prova che consta in dei test di flessione a 4 punti, statici e dinamici, eseguiti sui chiodi lunghi Elos e Gamma (400 mm), vincolati e caricati mediante dei supporti di rotolamento cilindrici. In parallelo ai test sperimentali, sono state svolte delle simulazioni numeriche, sfruttando il metodo degli elementi finiti in ambiente ANSYS®, su una configurazione che prevede il chiodo Elos accoppiato con la vite come nei test di flessione per compressione. Le simulazioni sui modelli con chiodo e vite sono state svolte con un supporto circolare, utilizzati per sostituire quelli originali e applicare il carico sul dispositivo, con l’obiettivo di ricavare la distribuzione delle tensioni in termini di tensione equivalente di Von-Mises e di visualizzare le regioni del dispositivo dove le tensioni si concentravano, individuando così degli eventuali punti critici nella geometria. Dai risultati dei test sperimentali sono state stimate le caratteristiche meccaniche dei chiodi endomidollari, quali rigidezza flessionale e torsionale, resistenza alla flessione, carico di snervamento e resistenza alla fatica ad un milione di cicli. Infine, sono state ottenute le curve di Wöhler e quelle di momento-spostamento. In conclusione, dai test statici e di fatica sul chiodo corto accoppiato con la vite è stata ricavata una rigidezza pari a circa 59 N/mm, un carico di snervamento di 627 N, un limite di fatica ad un milione di cicli per un’ampiezza di 600 N e la rottura per ampiezze maggiori. Dai test di torsione e di flessione a 4 punti, è emerso che il chiodo lungo Elos presentasse una rigidezza torsionale maggiore, una rigidezza flessionale pressoché identica, ma un carico di snervamento e un limite di fatica inferiore rispetto al chiodo Gamma. Per un miglioramento, si potrebbe rinforzare con un trattamento termico il dispositivo.