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Modellazione agli elementi finiti di un’Unità Funzionale Spinale

Informazioni tesi

  Autore: Alessandro Marrocu
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2006-07
  Università: Università degli Studi di Cagliari
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria meccanica
  Relatore: Pierluigi Priolo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 215

Lo scopo dello studio affrontato, è stato quello di stabilire un protocollo da seguire per la generazione del modello agli elementi finiti (ricostruzione della geometria, mesh, contatto, condizioni al contorno e proprietà dei materiali) ed investigare il livello di stabilità primaria che può essere raggiunta con una particolare protesi anatomica. Lo studio è stato condotto su di una protesi usata largamente in chirurgia, ed ha stabilito un iter che, partendo dai dati forniti dall’Università di Bruxelles (ULB, Belgio), ha portato alla generazione del modello agli elementi finiti e alla successiva analisi numerica.
Nella trattazione, si sono analizzate nel dettaglio la risposta della struttura del disco intervertebrale ad uno stato di compressione uniassiale e il comportamento viscoelastico del gel che costituisce il nucleo polposo che è attribuibile alle interazioni fisiche e topologiche tra le macromolecole idrate di proteoglicani.
Lo studio affrontato, ha consentito di impostazione una procedura da seguire per la generazione del modello agli elementi finiti di un’unità funzionale spinale; si è potuta realizzare un’analisi statistica che ha tenuto conto della variabilità dei dati d’ingresso (carico applicato, materiali, tipo e taglia della protesi, stato iniziale all’interfaccia osso-protesi) e fanno ben sperare per il proseguimento dello studio che dovrà cercare di simulare e stabilire la variabilità reale dei dati d’ingresso e la loro influenza effettiva sul comportamento complessivo del modello.

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Introduzione La modellazione agli elementi finiti è un argomento di ricerca agli inizi nell’ambito della biomeccanica computazionale; l’interesse nei confronti di questo settore è aumentato con lo sviluppo di tecniche avanzate di visualizzazione e ambienti in realtà virtuale per la chirurgia. In questo lavoro di tesi è stato affrontato il problema della realizzazione di un modello agli elementi finiti di un’unità funzionale spinale in grado di consentire l’analisi dello stato di sforzo e deformazione della struttura, con l’obbiettivo di poterlo usare in ambito di progettazione per la realizzazione di protesi spinali. L’utilizzo di superfici anatomiche reali, caratterizzate da geometrie irregolari, ha reso la fase di modellazione solida (boundary recover) estremamente delicata; in alcuni casi gli elementi appartenenti alle zone più irregolari sono costretti a deformarsi eccessivamente (es. ASPECT RATIO fuori dai limiti di warning) per inseguire la geometria. La difficoltà maggiore è legata, però, alla ricerca di proprietà del materiale che siano attendibili; mentre non si sono riscontrati grossi problemi sulla caratterizzazione meccanica dei vari costituenti ossei, per quel che riguarda i tessuti molli che costituiscono il disco si sono utilizzate due metodologie di lavoro differenziate. Lo scopo dell’elaborato svolto è stato quello di stimare la reazione della struttura sotto l’effetto dei carichi applicati, con particolare attenzione rivolta verso il disco intervertebrale, per il quale è stata, pure, prevista una sua sostituzione con una protesi di tipo TLIF e di largo impiego presso la clinica Quartu S. Elena. La stesura di questa tesi si è articolata nelle seguenti sezioni:

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Parole chiave

analisi fem
colonna vertebrale
modellazione agli elementi finiti
unita funzionale spinale
spina dorsale
materiale ortotropo
iperelasticità

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