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e-MPLATE: a digital platform for the Modeling and testing of bone PLATEs

Ulyana Konopada

e-MPLATE: a digital platform for the Modeling and testing of bone PLATEs.

Rel. Cristina Bignardi, Alberto Audenino, Mara Terzini, Federico Andrea Bologna. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica, 2022

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Abstract:

Introduzione: l’obiettivo principale dei dispositivi per il trattamento della frattura femorale è garantire la stabilità primaria e secondaria promuovendo la crescita ossea. Le molteplici configurazioni e i design influenzano la stabilità in situ del dispositivo per l’osteosintesi. L’analisi agli elementi finiti fornisce un importante supporto alle decisioni nell’ambito biomeccanico. Tuttavia, i modelli computazionali non sono pienamente riconosciuti nell’ambito clinico a causa dell’insufficiente accuratezza dei modelli e della mancanza di metodologie sistematiche nei processi di verifica, validazione e quantificazione dell’incertezza. L’interfaccia grafica sviluppata in questo lavoro ha lo scopo di fornire uno strumento di supporto per progettazione e decisione clinica attraverso il posizionamento e la configurazione della placca, nonché lo studio di convergenza della mesh nell’ottica dei processi di verifica e validazione. Materiali e metodi: l’interfaccia grafica per posizionamento, mesh e analisi di placche ortopediche si compone da tre principali sezioni: •??osso: si seleziona una delle tre taglie del femore disponibili, si determina la taglia della mesh e si seleziona il modello di frattura. Successivamente, il modello osseo per l’analisi viene sviluppato automaticamente nel background dell’applicativo. •??placca: si carica la geometria della placca, si seleziona il materiale, si posiziona la placca sull’osso attraverso rotazione e traslazione e, infine, si seleziona la configurazione desiderata del costrutto placca-viti •??analisi agli elementi finiti: si divide in simulazione di una singola prova e in analisi della convergenza della mesh. Lo studio di convergenza della mesh è un processo automatizzato, al termine del quale l’utente può consultare i risultati in un file Excel. La relazione contiene i risultati del test di convergenza, verifica della qualità degli elementi, rappresentazione grafica delle tensioni di Von Mises sulla placca, lo stress massimo e la configurazione osso-placca. Sarà inoltre disponibile una breve descrizione della placca (in particolare del il materiale) e del tipo di frattura . Conclusioni: l'ottimizzazione del posizionamento e della configurazione placca-osso-viti attraverso un'interfaccia grafica rappresenta un approccio soddisfacente per superare le difficoltà legate ai modelli computazionali e alle decisioni di pianificazione chirurgica preoperatoria. L'app consente di esplorare diversi modelli di frattura, materiali della placca, posizionare e configurare l’insieme placca-osso-viti per ottimizzare la fissazione della frattura femorale ed effettuare lo studio di convergenza della mesh in maniera automatizzata. Tuttavia, bisogna approfondire almeno tre campi principali: materiali, carichi e condizioni al contorno, studio del modello. In aggiunta, il costrutto placca-viti è una configurazione virtuale senza includere alcun tipo di contatto tra l’osso, le viti e la placca; questo semplifica ulteriormente il modello computazionale. L’ostacolo principale da superare è rendere i modelli computazionali “credibili”¬ attraverso processi di verifica e validazione. Inoltre, esiste ancora un margine di miglioramento riguardante gli algoritmi per il meshing automatico e per la verifica della qualità degli elementi. In conclusione, questo studio cerca di potenziare la comprensione dei fallimenti dei dispositivi nell'ottimizzazione del design, nel miglioramento della guida chirurgica e nel rendere il mondo in silico "più credibile" per gli esperti clinici.

Relatori: Cristina Bignardi, Alberto Audenino, Mara Terzini, Federico Andrea Bologna
Anno accademico: 2021/22
Tipo di pubblicazione: Elettronica
Numero di pagine: 82
Soggetti:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica
Classe di laurea: Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-21 - INGEGNERIA BIOMEDICA
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/23785
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