Sviluppo di una protesi d'anca innovativa con caratteristiche anti-lussazione: analisi biomeccanica, modellazione CAD e simulazioni agli elementi finiti (FEM) = Development of an innovative hip prosthesis with anti-dislocation features: biomechanical analysis, CAD modeling, and finite element simulations (FEM)

La protesizzazione d’anca è diventata oramai una procedura chirurgica molto frequente. Nonostante l’evoluzione e i notevoli progressi nella progettazione e implementazione delle protesi d’anca, la lussazione rimane uno dei problemi più frequenti che si verificano. A seguito dell’intervento di protesizzazione dell’anca possono sorgere problemi legati ai materiali utilizzati, all’intervento stesso o ai movimenti del paziente che possono portare al fallimento della protesi e alla lussazione della testa femorale dal cotile. Si stima che la frequenza di lussazione si verifichi tra il 5% e il 10% dei pazienti operati e possa essere causata da diversi fattori, tra cui l’errato posizionamento della protesi, la scarsa funzionalità dei muscoli o dei legamenti, l’usura o la deformazione dei materiali, l’impingement, il range of motion o la microseparazione laterale. Lo scopo di questa tesi di laurea magistrale è quello di analizzare in maniera approfondita le cause della lussazione, studiare le soluzioni attualmente presenti in letteratura, condurre una ricerca brevettuale sulle soluzioni innovative anti-lussazione e presentare nuove proposte innovative di protesi d’anca antilussanti. Infine, si intende progettare, tramite software di modellazione CAD, una protesi d’anca in grado di prevenire o ridurre il rischio di lussazione e testarne le prestazioni mediante l’uso della modellazione agli elementi finiti (FEM). A partire dalle soluzioni commerciali attualmente disponibili e dalla ricerca di brevetti innovativi di protesi d’anca anti-lussazione, sono stati ideati tre modelli di protesi anti-lussazione. Una soluzione prevede l’uso di una rete di cavi in nitinol, un’altra un anello in nitinol con reti di cavi in elastina e l’ultima un sistema di cotile e testina magnetici. Per l’analisi agli elementi finiti è stata scelta la soluzione dell’anello in nitinol con rete di cavi in elastina. Dopo un confronto con la ricerca brevettuale, è emerso che esiste un brevetto relativo a una protesi d'anca simile a quella ideata, ma che non è mai stato sviluppato. Di conseguenza, è stata presa la decisione di analizzare questa soluzione per l'analisi. La protesi antilussante ideata è stata disegnata mediante l’uso del software di modellazione CAD – Solidworks. In particolare, sono stati progettati la coppa acetabolare, il rivestimento, l’inserto, la testina, lo stelo, due anelli e 9 cavi. Sono stati creati due modelli per confrontare i risultati, uno con l’innovazione anti-lussazione e uno senza. In seguito, è stata condotta un’analisi FEM, concentrandosi sulla microseparazione laterale della testina che può provocare la lussazione. L’analisi FEM dei due modelli è stata condotta tramite il software Ansys, descrivendo la geometria, i materiali, i contatti tra le superfici, i carichi applicati e le condizioni al contorno per ciascun modello. I risultati ottenuti dal confronto tra i due modelli analizzati, hanno mostrato una distribuzione delle tensioni in prossimità della testina e dell’inserto, coerentemente con quanto trovato in letteratura. In conclusione, i risultati dimostrano che la protesi ideata ha la capacità di ridurre o prevenire il rischio lussazione, rispondendo così all’ obiettivo principale di questa tesi.