Lo scii alpino è uno degli sport invernali più praticati al mondo sia agonisticamente che per hobby. Essendo una disciplina molto veloce, porta ad un numero elevato di infortuni agli arti inferiori. Nell’ultimo decennio lo sviluppo di nuovi scarponi da scii e nuovi sistemi di rilascio degli stessi ha portato ad una diminuzione degli infortuni alla caviglia e alla tibia ma un aumento di infortuni al ginocchio, questo perché i carichi si spostano in alto. Si conta come il 50% degli infortuni nello scii alpino sia al ginocchio e in particolare porti ad una lesione al legamento crociato anteriore ACL. Per questa ragione D’Air Lab in collaborazione con l’università di Padova ha realizzato un nuovo prototipo di ginocchiera dotato di tecnologia airbag la SKB 2.0 . La funzione della ginocchiera è proteggere il ginocchio da quei movimenti pericolosi in particolare abduzione e intra rotazione che tendenzialmente causano infortuni all’ ACL. Per sviluppare e testare questa ginocchiera, ma anche altre tipologie in modo da metterle a confronto, si è sviluppato negli anni il progetto SKB che si basa sulla realizzazione di un surrogato del ginocchio in grado di replicare i movimenti principali dello stesso quindi: abduzione, flessione e intra rotazione. In parallelo si è portata avanti la costruzione di un banco prova in grado di movimentare il ginocchio surrogato. Questa tesi si basa sull’analisi del funzionamento del ginocchio surrogato IKS 2.0 utilizzando il banco prova 1.1. Al ginocchio è stata inserita una nuova cella di carico in corrispondenza della tibia e un sistema in grado di tensione e applicare al ginocchio il muscolo quadricipite. Sono state realizzate anche delle prove con la macchina MiniBionix questo per valutare il funzionamento dei legamenti e la loro rigidezza con o senza molle e anche per valutare la tenuta dei morsetti utilizzati per fissare i legamenti artificiali Lars al ginocchio. Parallelamente a queste attività si è completato l’assemblaggio di un nuovo banco automatico per la movimentazione del ginocchio composto da tre motori elettrici uno per ogni grado di libertà, il banco 2.0. I test alla MiniBionix hanno evidenziato come la presenza delle molle , non sia fedele dal punto di vista anatomico in quanto diminuisce della metà la rigidezza dei legamenti Lars, che sono conformi alla rigidezza dei legamenti reali questo per l’ACL, MCL, PCL ma non per l’LCL che presenta una rigidezza maggiore. Durante le prove si è notato uno slittamento dei legamenti a causa dei morsetti non idonei questo ha portato a realizzarne di nuovi che si sono rivelati utili a risolvere il problema. Con le prove del ginocchio IKS sul banco 1.1 si è visto che il ginocchio risponde in maniera adeguata, la risposta del ACL è conforme alle aspettative. La cella di carico della tibia permette di misurare tutte le forze e i momenti che vengono applicati al ginocchio e valutare l’efficacia delle ginocchiere. Genufit protegge per la rotazione interna mentre l’SKB per la rotazione interna e per l’abduzione. La costruzione del banco 2.0 ha permesso di montare tutti e tre i motori elettrici, sono state realizzate delle analisi cinematiche iniziali per vedere problemi nei movimenti: flessione e intra rotazione rispondono a dovere mentre a causa dei cavi che generano il carico assiale della tibia in abduzione c’è una collisione tra i cavi medesimi e la struttura del portale flessione del banco. I range di movimento abduzione sono maggiori fino a 20°. Si è cominciata la sensorizzazione del banco con potenziometri per la rotazione interna e per la flessione. Nuovi sviluppi del progetto sarà la realizzazione dei fermi meccanici per i motori del banco 2.0, il completamento della sua sensorizzazione e la messa in funzione dei tre motori. La realizzazione del ginocchio in alluminio.

Biofidelity improvement of a sensorized knee surrogate for the comparison of knee braces effectiveness

VALLICELLA, NICOLA
2021/2022

Abstract

Lo scii alpino è uno degli sport invernali più praticati al mondo sia agonisticamente che per hobby. Essendo una disciplina molto veloce, porta ad un numero elevato di infortuni agli arti inferiori. Nell’ultimo decennio lo sviluppo di nuovi scarponi da scii e nuovi sistemi di rilascio degli stessi ha portato ad una diminuzione degli infortuni alla caviglia e alla tibia ma un aumento di infortuni al ginocchio, questo perché i carichi si spostano in alto. Si conta come il 50% degli infortuni nello scii alpino sia al ginocchio e in particolare porti ad una lesione al legamento crociato anteriore ACL. Per questa ragione D’Air Lab in collaborazione con l’università di Padova ha realizzato un nuovo prototipo di ginocchiera dotato di tecnologia airbag la SKB 2.0 . La funzione della ginocchiera è proteggere il ginocchio da quei movimenti pericolosi in particolare abduzione e intra rotazione che tendenzialmente causano infortuni all’ ACL. Per sviluppare e testare questa ginocchiera, ma anche altre tipologie in modo da metterle a confronto, si è sviluppato negli anni il progetto SKB che si basa sulla realizzazione di un surrogato del ginocchio in grado di replicare i movimenti principali dello stesso quindi: abduzione, flessione e intra rotazione. In parallelo si è portata avanti la costruzione di un banco prova in grado di movimentare il ginocchio surrogato. Questa tesi si basa sull’analisi del funzionamento del ginocchio surrogato IKS 2.0 utilizzando il banco prova 1.1. Al ginocchio è stata inserita una nuova cella di carico in corrispondenza della tibia e un sistema in grado di tensione e applicare al ginocchio il muscolo quadricipite. Sono state realizzate anche delle prove con la macchina MiniBionix questo per valutare il funzionamento dei legamenti e la loro rigidezza con o senza molle e anche per valutare la tenuta dei morsetti utilizzati per fissare i legamenti artificiali Lars al ginocchio. Parallelamente a queste attività si è completato l’assemblaggio di un nuovo banco automatico per la movimentazione del ginocchio composto da tre motori elettrici uno per ogni grado di libertà, il banco 2.0. I test alla MiniBionix hanno evidenziato come la presenza delle molle , non sia fedele dal punto di vista anatomico in quanto diminuisce della metà la rigidezza dei legamenti Lars, che sono conformi alla rigidezza dei legamenti reali questo per l’ACL, MCL, PCL ma non per l’LCL che presenta una rigidezza maggiore. Durante le prove si è notato uno slittamento dei legamenti a causa dei morsetti non idonei questo ha portato a realizzarne di nuovi che si sono rivelati utili a risolvere il problema. Con le prove del ginocchio IKS sul banco 1.1 si è visto che il ginocchio risponde in maniera adeguata, la risposta del ACL è conforme alle aspettative. La cella di carico della tibia permette di misurare tutte le forze e i momenti che vengono applicati al ginocchio e valutare l’efficacia delle ginocchiere. Genufit protegge per la rotazione interna mentre l’SKB per la rotazione interna e per l’abduzione. La costruzione del banco 2.0 ha permesso di montare tutti e tre i motori elettrici, sono state realizzate delle analisi cinematiche iniziali per vedere problemi nei movimenti: flessione e intra rotazione rispondono a dovere mentre a causa dei cavi che generano il carico assiale della tibia in abduzione c’è una collisione tra i cavi medesimi e la struttura del portale flessione del banco. I range di movimento abduzione sono maggiori fino a 20°. Si è cominciata la sensorizzazione del banco con potenziometri per la rotazione interna e per la flessione. Nuovi sviluppi del progetto sarà la realizzazione dei fermi meccanici per i motori del banco 2.0, il completamento della sua sensorizzazione e la messa in funzione dei tre motori. La realizzazione del ginocchio in alluminio.
2021
Biofidelity improvement of a sensorized knee surrogate for the comparison of knee braces effectiveness
Knee
Biofidelity
Surrogate
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/29650