L’articolazione coxo-femorale. Cenni di anatomia e cinematica. Valutazione “in vivo” delle forze applicate sull’articolazione durante il cammino ed altre attività quotidiane.
Struttura delle artroprotesi totali d’anca. Criteri di progettazione. Tecniche di ancoraggio: le protesi cementate e non cementate. Il fallimento delle protesi d’anca. Alternative: l’hip resurfacing.
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Seminario “L’analisi del cammino”
Esercitazione pratica in laboratorio sull’utilizzo del sistema di motion capture per lo studio del cammino umano. Preparazione del partecipante, acquisizione, elaborazione della prova e generazione della reportistica.
Esempi di cinematica del cammino in soggetti patologici
Cenni di artrologia. L’articolazione di ginocchio: anatomia e cinematica. Il contatto tra condili femorali e piatto tibiale, l’importanza dei menischi. Le principali patologie che conducono alla sostituzione dell’articolazione: artrosi e artrite.
I parametri di progetto dell’Artroprotesi Totale di Ginocchio: raggi dei condili femorali e del piatto tibiale in AP e ML, la congruenza. Lo spessore del piatto tibiale. Scelta dei materiali. Fenomeni di fallimento.
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Generalità sull’usura. Ruolo dell’usura nel corretto funzionamento degli accoppiamenti articolari. Classificazione dei meccanismi di usura: adesiva, abrasiva e fretting. Il caso particolare dell’usura da terzo corpo nelle protesi d’anca. I simulatori di usura per le protesi d’anca e di ginocchio. Intervento del progettista per limitare i fenomeni di usura.
I fenomeni di contatto: distinzione tra area nominale e area reale di contatto. Importanza del contatto negli accoppiamenti articolari: esempio di approccio sperimentale e numerico alla progettazione della protesi totale di ginocchio. Il caso del valgismo. L’approccio teorico di Hertz al contatto. Ipotesi base della teoria di Hertz, espressione dell’area nominale di contatto e della distribuzione delle pressioni al suo interno. Andamento della sollecitazioni normali e tangenziali al variare della distanza dalla superficie di contatto (in profondità).
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Esercizi di progettazione e verifica statica
Il danneggiamento cumulativo. L’approccio di Miner-Palmgren e i suoi limiti.
L’effetto del valor medio sul limite di fatica. Il diagramma di Haigh, costruzione sperimentale ed approssimata. Calcolo del coefficiente di sicurezza. Esercizi riepilogativi
Tutte le slides sulla fatica (lezioni 26, 28 e 30) si trovano a questo link
Seminario “Analisi del cammino”
L’analisi tridimensionale del cammino con la stereofotogrammetria optoelettronica.Principi del metodo, le telecamere e la calibrazione dello spazio del laboratorio. Le fasi della gait analysis: preparazione del paziente, markerizzazione, standing e walking. Tracking ed elaborazione dei dati. La reportistica
La verifica a fatica di componenti a funzione strutturale con il metodo dello sforzo. Dal limite di fatica per il provino al limite di fatica per il componente. Fattori che influenzano la resistenza a fatica. Fattore di finitura superficiale, fattore dimensionale, fattore di affidabilità, fattore di temperatura, fattore di intaglio e fattori generici ambientali e di trattamento superficiale.
Esercizi riepilogativi
Prima prova intermedia
Introduzione alla progettazione a fatica. Excursus storico: le osservazioni di Wohler. Morfologia del collasso per fatica. L’approccio globale (alla Wohler) e quello locale (meccanica della frattura). Cicli di carico sinusoidali: concetto di sollecitazione alterna e media, rapporto di sollecitazione e rapporto di ampiezza. Alcuni cicli di sollecitazione tipici per i dispositivi medici a funzione strutturale. Il caso della flessione rotante. La macchina di Moore per la caratterizzazione dei materiali a fatica: schema statico e principio di funzionamento. Il diagramma di Wohler sperimentale e semplificato. Il concetto di limite di fatica.
Ancora sui criteri di resistenza. Il Criterio di Mohr. Varianti Mohr-Coulomb duttile/fragile e Mohr-modificato per materiali fragili. Considerazioni sulla scelta del criterio più opportuno
Esercizi di verifica. Calcolo del coefficiente di sicurezza a partire da stati tensionali piani noti.
Esercizi di preparazione alla prova intermedia
Tutte le slides delle lezioni relative ai criteri di resistenza (lezioni 24 e 25) si trovano a questo link
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