OTTIMIZZAZIONE DI SISTEMI PIEZOELETTRICI PER CHIRURGIA OSSEA = OPTIMIZATION OF PIEZOELECTRIC SYSTEMS FOR BONE SURGERY

Il trasduttore piezoelettrico ultrasonico ad alta potenza è un dispositivo il cui compito è quello di convertire l’energia elettrica in vibrazione meccanica. Questa vibrazione comporta modifiche irreversibili nel tessuto in cui va a diffondersi. Questo progetto di tesi si inserisce all’interno di una ricerca svolta dall’azienda Mectron S.p.a. L’azienda ha tra gli obbiettivi per il 2024 il miglioramento delle prestazioni di taglio e di asportazione di osso negli strumenti per chirurgia ossea attualmente in produzione (Piezosurgery plus), cercando soluzioni alternative in termini di design e materiali mantenendo la compatibilità con le unità di pilotaggio elettronico attualmente usate. La trattazione si è focalizzata principalmente sulla riduzione del numero di filetti ingaggiati nell’accoppiamento, sul cambio di materiale del bullone interno al trasduttore, passando da acciaio 316L a titanio Ti6Al4V, e sull’aumento del prestress applicato sulle piezoceramiche. Dall’analisi dei parametri elettromeccanici si evince che l’introduzione di un alberino in titanio e la riduzione della filettatura interna ad accordatore e concentratore hanno un effetto incrementale sul keff2, mentre il prestress ha un effetto migliorativo sul Qm del sistema. Le configurazioni degli assiemi con alberino in titanio e precarico a 30 MPa forniscono un incremento medio nel keff2 rispetto alle configurazioni standard in tutti i casi. Tale incremento risulta più evidente nelle configurazioni con riduzione dei filetti. Inaspettatamente, i valori ottenuti nei campioni con prigioniero in titanio e precarico a 45 MPa risultano peggiori rispetto a quelli standard. Dalla misura dell’ampiezza di vibrazione tramite laser, invece, sembra che i manipoli in titanio con precarico a 30 MPa abbiano una minore potenza vibrazionale rispetto agli altri, mentre i campioni in titanio con prestress a 45 MPa sembrano vibrare leggermente di più rispetto alle altre configurazioni. Questo potrebbe essere dovuto soprattutto all’incremento del Qm che permette di sfruttare una maggior potenza elettrica convertendola in potenza meccanica. A conferma di ciò, anche dai test di prestazione risulta che i manipoli in titanio con precarico a 45 MPa sono quelli caratterizzati da maggior velocità di taglio e quindi migliori prestazioni. In conclusione, sono state proposte altre possibili modifiche per migliorare ulteriormente le prestazioni di taglio e di asportazione di osso negli strumenti per chirurgia ossea.