Sviluppo di un modello multibody personalizzato di ginocchio con legamenti deformabili per la predizione della cinematica articolare sotto carico

L’articolazione del ginocchio unisce due aspetti funzionali apparentemente opposti: stabilità e mobilità. I legamenti e le superfici articolari sono i principali elementi passivi che guidano il moto relativo tra femore e tibia e stabilizzano l’articolazione. Il ginocchio è sottoposto a carichi che possono arrivare fino a otto volte il peso corporeo per cui deve offrire un ampio supporto, resistere alle oscillazioni degli arti inferiori ed assorbire stress meccanici durante il cammino. E' predisposto a malattie degenerative e a danneggiamenti dei tessuti connettivi che portano spesso ad interventi chirurgici. Il ripristino del corretto funzionamento articolare si ottiene ristabilendo il naturale equilibrio tra la geometria articolare e legamentosa. La conoscenza del moto relativo aiuta a capire la fisiologia articolare, ad identificare patologie, a progettare dispositivi artificiali personalizzati sempre più accurati. Il concetto di rigidezza articolare è ampiamente dibattuto nella comunità scientifica poiché è un aspetto complesso da realizzare computazionalmente a causa dell’ampia variabilità delle strutture legamentose. L’obiettivo è stato realizzare un modello multibody personalizzato di ginocchio in MSC Adams, implementando i legamenti come strutture deformabili, per la predizione della cinematica articolare naturale e sotto carico. Il primo modello considera le sole fibre isometriche dei legamenti principali (ACL, PCL, MCL, LCL, ALL). In un secondo modello oltre alle fibre isometriche, i legamenti principali sono stati mappati con 21 fibre. A questi si sono poi aggiunte 12 fibre dei legamenti secondari. Dalla fase di analisi emerge come i legamenti crociati, i legamenti collaterali ed il legamento laterale anteriore siano i principali stabilizzatori passivi dell’articolazione tibio-femorale. Il modello con i soli legamenti principali ha mostrato una buona capacità predittiva per la ricostruzione della cinematica naturale personalizzata e per piccoli carichi.