Caratterizzazione biomeccanica del piede sano e diabetico: analisi agli elementi finiti con integrazione di dati da gait analysis

Il diabete è una malattia cronica estremamente diffusa in Italia e nel mondo. Tra le varie complicanze ad essa associate vi sono lo sviluppo della neuropatia diabetica periferica, che si presenta in oltre il 20% dei soggetti malati, ed il cosiddetto piede diabetico, caratterizzato da un’anomala distribuzione delle pressioni plantari durante movimenti quotidiani; tale condizione può evolvere in deformità del piede o pericolose ulcere plantari, che possono infettarsi ed andare incontro a gangrena, richiedendo una parziale o totale amputazione del piede. I modelli computazionali agli elementi finiti forniscono un importante supporto nella comprensione della meccanica plantare fisiologica e patologica: modelli computazionali attendibili permettono di esplorare aspetti della meccanica interna difficilmente analizzabili in vivo e possono supportare la progettazione di dispositivi mirati al trattamento della patologia, quali ortesi correttive. È possibile associare a tali modelli dati ottenuti da analisi del ciclo del passo: l’imposizione di condizioni reali di carico permette di ottenere risultati più fedeli alla realtà. Nel presente lavoro di tesi sono state valutate eventuali differenze nella meccanica plantare durante alcune fasi del ciclo del passo tra un soggetto sano ed un soggetto diabetico; il modello utilizzato in questa tesi proviene da immagini mediche di un soggetto sano e comprende le componenti ossee, la fascia plantare, i legamenti ed il tessuto adiposo. Il comportamento meccanico dei tessuti biologici è stato descritto da modelli e parametri costitutivi ottenuti da prove meccaniche precedentemente svolte nel Laboratorio di Meccanica dei Materiali Biologici dell’Università degli Studi di Padova oppure ricavati dalla letteratura. È stata posta particolare attenzione alla formulazione della meccanica dell’aponeurosi plantare: sono state sviluppate specifiche subroutine per descrivere l’anisotropia del materiale attraverso una distribuzione realistica delle fibre e mediante l’utilizzo di un modello costituzionale anisotropo adeguato. Come condizioni al contorno sono stati applicati carichi ed angoli ricavati da analisi del ciclo del passo; le acquisizioni, svolte su un soggetto sano, sono avvenute nel laboratorio di Bioingegneria del Movimento dell’Università degli Studi di Padova. In un secondo momento, è stata aggiunta l’azione di cinque componenti muscolari. Per la simulazione del ciclo del passo di un soggetto diabetico sono stati modificati adeguatamente i parametri costitutivi dei tessuti biologici, in modo coerente con la clinica della patologia, e sono stati applicati carichi ottenuti dalla letteratura. I risultati hanno evidenziato una differenza nella biomeccanica plantare tra il soggetto sano e diabetico, confermando un'eccessiva pressione plantare e un’anomala distribuzione delle tensioni nel caso patologico.