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Tesi etd-01252012-181440


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
BALISTRERI, LUCA
URN
etd-01252012-181440
Title
Accuratezza predittiva di modelli ad elementi finiti subject-specific del femore umano in condizione di caduta laterale: valutazione tramite confronto con misure sperimentali
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Commissione
relatore Ing. Taddei, Fulvia
relatore Prof.ssa Di Puccio, Francesca
Parole chiave
  • FEM
  • subject-specific
  • validazione
  • modelli
  • Femore
Data inizio appello
21/02/2012;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
La possibilità di determinare il campo delle sollecitazioni meccaniche indotte nelle ossa umane dalle attività fisiologiche è un fattore di grande importanza sia nella ricerca scientifica che nella pratica clinica, per permettere di effettuare scelte cliniche più efficaci, sia dal punto di vista diagnostico, che del trattamento.<br>L&#39;unico modo per poter avere una stima delle sollecitazioni meccaniche sulle ossa in vivo è mediante una modellazione agli elementi finiti subject-specific.<br>Lo scopo del presente lavoro di tesi è stato quello di validare le predizioni degli strain in campo elastico e a rottura di modelli ad elementi finiti subject-specific per la predizione del rischio di frattura nella porzione prossimale di femori umani, mediante confronto con misure sperimentali in vitro.<br>Il lavoro ha previsto dunque uno studio di validazione combinato numerico-sperimentale e grazie all’utilizzo di modelli subject-specific agli elementi finiti, in grado di predire accuratamente gli strain, è stato applicato un criterio di rottura basato sui massimi strain principali abile ad identificare le caratteristiche di frattura dell’osso.<br>Il lavoro ha utilizzato i dati sperimentali relativi ad 11 femori di cadavere testati in campo elastico in configurazioni sia fisiologiche (Single leg stance) che parafisiologiche (Sidefall) e infine testati a rottura nello scenario di carico, clinicamente rilevante, della caduta laterale.<br>L’importanza e la generalità dei risultati ottenuti risiede innanzitutto in un rappresentativo numero di femori utilizzati per lo studio, nel grande numero di estensimetri utilizzati, molti dei quali concentrati nella porzione più prossimale del femore, nonché nei molti scenari di carico considerati che hanno permesso di avere una grande quantità di dati numerici di deformazione.<br>Questo lavoro ha permesso di ottenere dei risultati importanti relativamente alla capacità di questi modelli di predire i livelli di rischio di frattura nel femore prossimale. Ciò è necessario poiché un requisito preliminare fondamentale per future applicazioni cliniche è una validazione in vitro delle predizioni dei modelli FE.<br><br><br>The ability to determine the range of the mechanical stresses induced by the physiological activities in human bone is a factor of great importance both in scientific research or clinical practice, to allow either clinical choices most effective, both from the diagnostic point of view, that of the treatment.<br>The only way to have an estimate of the mechanical stress on bone in vivo using a finite element modeling subject-specific.<br>The purpose of this thesis was to validate the predictions of the strain in the elastic and fracture of finite element models for predicting subject-specific risk of fracture in the proximal portion of human femurs, by comparison with experimental measurements in vitro.<br>The work has thus provided a validation study combined experimental and numerical models through the use of subject-specific finite element, able to accurately predict the strain was applied as a failure criterion based on maximum principal strain able to identify the characteristics of bone fracture.<br>The work has used experimental data for the 11 cadaver femurs tested in the elastic field configurations in both physiological (Single leg stance) that paraphysiological (Sidefall) and finally tested to failure load scenario, clinically relevant fall off.<br>The importance and the generality of the results obtained resides primarily in a representative number of femurs used for the study, the large number of strain gauges used, many of which are concentrated in the portion more proximal of the femur, as well as in many load scenarios considered that allowed to have a large amount of numerical data of deformation.<br>This work has yielded important results regarding the ability of these models to predict levels of risk of fracture in the proximal femur. This is necessary as an essential prerequisite for future clinical applications.