Analisi numerica dei micromovimenti alla giunzione conica di una protesi totale d’anca: influenza dei parametri geometrici e delle condizioni di carico durante il ciclo del passo = Numerical analysis of micromotions at the taper junction of a total hip prosthesis: influence of geometric parameters and loading conditions during the walking cycle

Attualmente l’artroplastica totale dell’anca è una delle procedure più eseguite in ambito ortopedico, con lo scopo di ripristinare il corretto funzionamento dell’articolazione dell’anca e ridurre il dolore in seguito a gravi patologie ossee o infortuni. L’impiego di protesi modulari consente al chirurgo di poter scegliere diversi componenti protesici sulla base dell’anatomia, età e livello di attività del paziente. Nonostante i suoi potenziali vantaggi, l’uso di protesi modulari implica la presenza di micromovimenti relativi tra i componenti accoppiati, con conseguente aumento di probabilità di fenomeni di usura. In particolare, la trunnionosis, ossia l’usura alla giunzione cono Morse, rappresenta circa il 3% di tutte le cause di revisione delle artroprotesi d’anca. È stato dimostrato che fattori geometrici quali diametro della testa, offset femorale, bracci di leva tra componenti e forze applicate condizionano notevolmente i micromovimenti all’interfaccia conica delle protesi d’anca modulari. Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di esaminare l’insorgenza dei micromovimenti alla giunzione conica in funzione della variazione di alcuni parametri geometrici (offset femorale, lunghezza del collo femorale, lunghezza del cono Morse) e delle condizioni di carico. Perciò, sono stati implementati sette modelli agli elementi finiti di protesi d’anca rappresentanti l’accoppiamento testa-collo. Il primo modello, preso come caso di riferimento, presenta un cono e un collo lunghi 18.7 mm e 38.0 mm, rispettivamente. Nei restanti sei modelli questi parametri sono stati variati di ± 4 mm in modo da ottenere due configurazioni con offset femorale costante, in cui sono stati modificati entrambi i parametri contemporaneamente, e quattro con offset variabile, due relative alla sola variazione della lunghezza del collo e due modificando unicamente le dimensioni del cono. L’analisi agli elementi finiti è stata sviluppata utilizzando il software Abaqus/CAE, simulando per ciascun modello la fase di assemblaggio tra testa e collo (forza d’impatto di 4 kN) e la fase di ciclo del passo. Per ogni configurazione, le simulazioni hanno previsto l’applicazione di carichi specifici, ricavati da analisi multibody preesistenti, o uguali al caso di riferimento. Inoltre, è stata investigata l’influenza del punto di applicazione delle forze. I risultati ottenuti dalla simulazione della fase di assemblaggio sono stati verificati analiticamente in termini di pressioni medie di contatto e spostamento longitudinale all’interfaccia testa-collo, riscontrando un errore inferiore al 1 %. Nelle simulazioni relative alla fase del ciclo del passo si è osservato che il punto di applicazione dei carichi riveste un ruolo cruciale nel determinare l’entità dei micromovimenti. Si è inoltre dimostrato che le variazioni geometriche del cono Morse hanno un forte impatto sui micromovimenti relativi, determinando delle differenze visibili tra le configurazioni variate e il caso di riferimento. In conclusione, mediante il lavoro di tesi è stata confermata l’influenza delle variazioni geometriche sui micromovimenti che si innescano all’accoppiamento cono Morse, dimostrando che la configurazione con lunghezza del cono Morse pari a + 4 mm è quella più critica in termini di micromovimenti relativi (valore massimo pari a 2.81 µm) e, conseguentemente, in termini di usura.