Analisi numerica della funzionalità biomeccanica di una protesi per amputati transfemorali

Lo studio mira all’ottimizzazione della funzionalità biomeccanica del ginocchio di una protesi per amputati transfemorali: questa si inserisce nel progetto dell’associazione Time for Peace di Genova volto alla realizzazione di protesi ortopediche a Bukavu, in Congo. Perché sia autosostenibile e il suo utilizzo possa diffondersi la protesi deve essere semplice ed economica, ma allo stesso tempo efficiente. Essa è di tipo endoscheletrico e si compone dell’invaso, di un piede “a ritorno d’energia” in poliuretano e di un ginocchio monoassiale in Delrin con un meccanismo di blocco in estensione del giunto rappresentato da un fermo in alluminio. L’intento è ottimizzare il disegno del ginocchio in modo che una volta costruito dia buoni risultati ai test strutturali della normativa internazionale e si dimostri così sicuro e funzionale. A tal fine si costruiscono tre modelli agli Elementi Finiti dell’articolazione: la geometria di partenza è la stessa, ma ognuno prevede un diverso sistema di bloccaggio. Sui modelli si simulano una prova in torsione e tre test sul dispositivo di blocco, due statici ed uno ciclico; l’ottimizzazione si concentra sul meccanismo di fermo, poiché si prevede che l’amputato ne faccia un ampio utilizzo per sostenersi con sicurezza sulla gamba artificiale. The study aims at the optimization of the biomechanical functionality of the knee joint of a prosthesis for transfemoral amputees: this is part of a project of the Genovese organization Time for Peace aiming at producing orthopaedic prostheses in Bukavu, Congo. In order to achieve sustainability and widespread use, the prosthesis must be simple and relatively cheap, without however compromising efficiency. It is of an endoskeletal type and is composed of the socket, an “energy storing” polyurethane foot and a uniaxial knee in Delrin with a manual locking system constituted by an aluminium device that locks the joint in extension. The objective is to streamline the design of the knee so that once completed it will guarantee good results in the structural tests set by international standards and will therefore prove to be safe and functional. For this purpose three Finite Element models of the knee joint will be built: the starting geometry is the same, however each requires a different locking system. The models will undergo a numerical simulation through one torsion test and three tests on the knee lock, two of which static and one cyclic. The optimization focuses on the locking system, as the amputee will be making great use of it in order to support himself safely on the artificial limb