Biomeccanica del piede: un approccio computazionale

In questa tesi viene descritto lo sviluppo di un modello computazionale del piede e dei suoi tessuti, finalizzato alla valutazione della risposta delle strutture biologiche in esso presenti al variare delle condizioni di carico imposte. La configurazione geometrica del modello è stata definita sulla base di immagini biomedicali relative ad un soggetto senza patologie. L’acquisizione delle immagini ha avuto luogo in condizioni di riposo. I modelli solidi virtuali delle componenti ossee sono stati costruiti avvalendosi di immagini da tomografia computerizzata, mentre i modelli dei tessuti molli sono stati ricavati grazie a dati da risonanza magnetica. Il modello tridimensionale del piede risulta quindi composto dai principali elementi scheletrici della caviglia, quali la tibia, la fibula, il talo ed il calcagno, dai suoi legamenti, dalle ossa del tarso e del metatarso, dalle falangi, dalle cartilagini e, dalla fascia plantare, dal tendine d’Achille e dal tessuto adiposo, il quale rappresenta la componente tissutale connettivale nel modello. La discretizzazione agli elementi finiti dei modelli solidi virtuali ha avuto luogo attraverso il software Abaqus CAE 2019 (Dassault Systèmes Simulia Corp., Providence, RI, USA). Sempre in ambiente Abaqus si è provveduto alla definizione costitutiva dei vari tessuti biologici. Nello specifico, modelli e parametri costitutivi sono stati identificati sulla base di dati da prove sperimentali meccaniche. Ulteriormente, si è provveduto alla definizione delle condizioni di interazione tra le varie strutture costituenti il piede, delle condizioni di carico, assumendo come obiettivo l’analisi, sia in condizioni statiche che dinamiche, della risposta e della funzionalità dei diversi tessuti e strutture del piede. Il modello sviluppato presenta quindi notevoli potenzialità, potendo essere utilizzato quale strumento per l’analisi della funzionalità meccanica del piede sia in condizioni sane che degenerative.