Modelli agli elementi finiti per la stima dell'usura di una protesi di ginocchio con inserto mobile ultracongruente

L’artroplastica totale di ginocchio rappresenta una soluzione efficace per diverse patologie che colpiscono l’articolazione del ginocchio al fine di migliorare lo stile di vita del paziente. Uno dei motivi del fallimento delle protesi di ginocchio è l’usura dell’inserto tibiale, che oggi può essere studiata con metodi in silico. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è sviluppare dei modelli agli elementi finiti di una protesi di ginocchio ad inserto mobile ultracongruente comprensivi della componente tibiale che implementano la stima dell’usura dell’inserto in polietilene. I modelli computazionali sono stati sviluppati a partire dalla geometria di una protesi commerciale, mentre la normativa a cui si fa riferimento per la definizione delle condizioni di carico e di cinematica è la ISO 14243. In una fase preliminare si è verificata la possibilità di includere nel modello la componente tibiale. Si è inoltre dimostrato che le condizioni al contorno che simulano i test d’usura in controllo di forza definite considerando lo standard ISO 14243-1 sono compatibili con la geometria della protesi. I parametri di interesse estratti dalle simulazioni sono pressione di contatto, volume perso, area di contatto e profondità d’usura sulle due superfici articolari dell’inserto. Confrontando i risultati ottenuti dai modelli delle taglie differenti della protesi, si è osservato che la perdita di volume dell’inserto è proporzionale all’aumento della taglia. Infine, un’analisi di convergenza al variare della mesh ha dimostrato che la dimensione degli elementi ha un’influenza minima sul volume usurato e sulle aree di contatto.