Studio biomeccanico tramite simulazione agli elementi finiti del complesso calcagno-navicolare nelle fratture da stress in condizioni dinamiche

This thesis aims to investigate the biomechanical behavior of the calcaneus–navicular complex in the study of stress fractures by means of finite element (FE) simulations under dynamic conditions. Starting from three-dimensional anatomical models of the foot, numerical models were developed using different representations of bone tissue, comparing homogeneous and heterogeneous configurations, with a distinction between cortical and trabecular bone. The simulations were performed under dynamic loading conditions representative of the gait cycle, in order to evaluate stress and strain distributions within the analyzed bony structures. Particular attention was devoted to the identification of highly stressed regions potentially associated with the onset of stress fractures. The results highlight the influence of heterogeneous bone modeling on the biomechanical response of the calcaneus–navicular complex, providing useful insights for a better understanding of the mechanisms underlying stress fractures and for the development of more realistic biomechanical models.

La presente tesi si propone di analizzare il comportamento biomeccanico del complesso calcagno–navicolare nello studio delle fratture da stress, mediante simulazioni agli elementi finiti (FEM) in condizioni dinamiche. A partire da modelli anatomici tridimensionali del piede, sono stati sviluppati modelli numerici caratterizzati da differenti rappresentazioni dei tessuti ossei, confrontando configurazioni omogenee ed eterogenee, con distinzione tra osso corticale e trabecolare. Le simulazioni sono state condotte in condizioni di carico dinamico rappresentative del ciclo del passo, al fine di valutare la distribuzione degli stress e delle deformazioni all’interno delle strutture ossee analizzate. Particolare attenzione è stata rivolta all’identificazione delle aree maggiormente sollecitate, potenzialmente correlate all’insorgenza di fratture da stress. I risultati ottenuti consentono di evidenziare l’influenza della modellazione eterogenea dell’osso sulla risposta biomeccanica del complesso calcagno–navicolare, fornendo indicazioni utili per una migliore comprensione dei meccanismi alla base delle fratture da stress e per lo sviluppo di modelli biomeccanici più realistici.