STUDIO DI UNO STABILIZZATORE SPORTIVO PER GINOCCHIO. SCANSIONE 3D, REVERSE ENGINEERING E ANALISI AGLI ELEMENTI FINITI. = STUDY OF A KNEE BRACE FOR SPORTS PURPOSES. 3D SCANNING, REVERSE ENGINEERING AND FINITE ELEMENTS ANALYSIS.

I tutori sono dispositivi medici usati per supportare le articolazioni in caso di perdita di stabilità e forza. Essi sono utilizzati a scopo preventivo o curativo, e possono essere divisi in modelli ‘standard’ e ‘patient-specific’. Possono anche essere utilizzati come protezione negli sport. Il presente progetto analizza il tutore per ginocchia modello XC1X prodotto dalla ditta KEYPOWER. Questo tutore è un dispositivo patient-specific utilizzato da atleti di motocross di alto livello. Esso previene il ginocchio dall’iperestensione e/o dalla rotazione, che sono le principali cause di danni ai legamenti nella pratica del motocross. Quindi i danni principali che coinvolgono il legamento crociato anteriore, il menisco e il legamento crociato mediale solitamente sono una conseguenza di atterraggi eseguiti ad alta velocità (durante i quali il ginocchio è in completa estensione), e curve (nel caso in cui il piede è usato come supporto). Lo scopo del progetto di tesi è studiare la risposta meccanica del tutore in differenti condizioni di carico, così come può accadere durante la pratica sportiva. Esso è stato condotto utilizzando strumenti avanzati quali reverse engineering e analisi agli elementi finiti (FEA). In particolare, per il processo di reverse engineering, il tutore è stato disassemblato nei suoi componenti; successivamente il modello 3D di ciascuna parte è stato acquisito con uno scanner 3D. Il post-process dei file è stato eseguito usando il software 3Matic®, mentre la geometria dei componenti è stata ricostruita usando il software SpaceClaim™ e i suoi strumenti di reverse engineering. Per ottenere un modello ad alta fedeltà dell’assieme del tutore, esso è stato vestito su un modello di arto inferiore fornito da un volontario, anch’esso ottenuto utilizzando lo scanner 3D. Le componenti interne dell’arto sono state prese da un dataset di immagini DICOM di proprietà del Laboratorio Bio&NanoMechanics, ricostruendo le strutture segmentate e adattando l’arto a tale modello. Successivamente è stata eseguita l’analisi FEA. Lo studio generale è stato diviso in due differenti analisi a causa dell’alto livello di complessità del modello. Nel primo step l’assieme arto inferiore e tutore è stato modellato considerando l’arto composto solo dai tessuti molli e dalle relative ossa (tibia e femore). Per simulare il gesto sportivo in questa prima analisi sono stati applicati i carichi impulsivi come condizioni al contorno. Le forze risultanti sono utilizzate come condizioni al contorno per la seconda analisi che sarà oggetto di sviluppi futuri. In questo futuro modello le ossa e i legamenti sono modellati in dettaglio. Lo scopo della seconda analisi sarà valutare le forze e le deformazioni che agiscono sui legamenti, e se il tutore è in grado di prevenire, o almeno ridurre, i danni.