Tesi etd-11082020-171800 |
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Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
ANTONINI, GLORIA
URN
etd-11082020-171800
Titolo
Workflow for designing and development of a Unicompartmental Knee Prosthesis Replacement and worst case assessment approach
Dipartimento
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Relatori
relatore Prof. Vozzi, Giovanni
tutor Ing. Lavecchia, Eleonora Carolina
tutor Ing. Lavecchia, Eleonora Carolina
Parole chiave
- Finite Element Analysis
- Design and Development Workflow
- Unicondylar Knee Replacement
Data inizio appello
04/12/2020
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
04/12/2090
Riassunto
ABSTRACT
Knee joint replacement is a surgical procedure to resurface a knee damaged by arthritis, in order to restore mobility and relieve pain to patients. I have conducted my internship in Rejoint, a start-up located in Bologna. Rejoint creates, designs and produces its devices, following a subject-specific approach. Rejoint aims to revolutionize and modernize reconstructive medicine, combining the use of 3D printing technologies and the application of Artificial Intelligence.
Object of this thesis is to support Rejoint in the design and development of new device: a unicondylar prosthetic system. The unicondylar knee device targets young and active patients, whom have been affected by the arthritis on one or maximum two compartments and have intact and functional ligaments. The quality of life of these patients can be restored, obtaining good satisfaction, clinical feedback and delaying more invasive surgeries.
The aim of this project is the design and development of a new medical device, a unicondylar knee implant. Among the stages involved in the design and development process, this study will focus mainly on two of these: the clinical evaluation of the device and the design verification steps required to introduce the device to the market. The clinical evaluation report (CER) is a document that guarantees to third parties the purposes envisaged by the device. The CER evaluation and writing process will be described and its phases will be followed during this thesis. The design verification steps are intended to verify that a device meets the design inputs and outputs and its final intended use. During this study, verification tests were carried out through Finite Element analysis in Ansys, evaluating how design and material properties affects its mechanical behavior. Moreover, worst case assessment was performed to identify the implant size to be used for the mechanical tests, according to the ASTM F3140 standard.
SOMMARIO
Le protesi di ginocchio sono necessarie per tutti quei pazienti che presentano una grave lesione all’articolazione, in modo da ripristinare una certa mobilità e alleviare la sensazione di dolore. Rejoint, una start-up bolognese, in cui ho condotto il mio internship, nasce in questo contesto, per dar vita ai suoi dispositivi, progettati e realizzati ad hoc per il singolo paziente. Rejoint ha come scopo quello di rivoluzionare e modernizzare la medicina ricostruttiva, unendo l’utilizzo di tecnologie di stampa 3D all’avanguardia e l’applicazione di Intelligenza Artificiale.
Il presente lavoro di tesi è nato dalla volontà di Rejoint di realizzare un nuovo dispositivo: un sistema protesico monocompartimentale, volto principalmente a pazienti più giovani e attivi, con un danno articolare limitato ai soli compartimenti dei condili e con dei legamenti sani e funzionanti. L’utilizzo di tale dispositivo consente al paziente di tornare alla propria qualità di vita in maniera soddisfacente, ritardando un intervento più invasivo altrimenti necessario.
Il lavoro ha avuto come obiettivo la progettazione dello sviluppo del design del dispositivo monocompartimentale. Tra le varie fasi coinvolte nella progettazione, l’elaborato si focalizzerà principalmente su due di queste: la valutazione clinica del dispositivo e i test di verifica necessari per introdurlo nel mercato. La Clinical Evaluation Report (CER) è un documento che garantisce a terzi gli scopi previsti dal dispositivo; in questo lavoro di tesi sono descritti tutti gli step seguiti per la stesura del documento. I test di verifica del design sono necessari per verificare che il dispositivo sia stato progettato rispettando i criteri di progetto, garantendone la funzionalità. Durante questo lavoro, i test di verifica sono stati effettuati tramite analisi degli Elementi Finiti in Ansys, per valutare il comportamento meccanico del dispositivo al seguito di variazioni di dimensioni, di geometria e di materiali. Inoltre, è stata condotta una valutazione del worst case per identificare la taglia più critica da utilizzare nei test meccanici secondo lo standard ASTM F3140.
Knee joint replacement is a surgical procedure to resurface a knee damaged by arthritis, in order to restore mobility and relieve pain to patients. I have conducted my internship in Rejoint, a start-up located in Bologna. Rejoint creates, designs and produces its devices, following a subject-specific approach. Rejoint aims to revolutionize and modernize reconstructive medicine, combining the use of 3D printing technologies and the application of Artificial Intelligence.
Object of this thesis is to support Rejoint in the design and development of new device: a unicondylar prosthetic system. The unicondylar knee device targets young and active patients, whom have been affected by the arthritis on one or maximum two compartments and have intact and functional ligaments. The quality of life of these patients can be restored, obtaining good satisfaction, clinical feedback and delaying more invasive surgeries.
The aim of this project is the design and development of a new medical device, a unicondylar knee implant. Among the stages involved in the design and development process, this study will focus mainly on two of these: the clinical evaluation of the device and the design verification steps required to introduce the device to the market. The clinical evaluation report (CER) is a document that guarantees to third parties the purposes envisaged by the device. The CER evaluation and writing process will be described and its phases will be followed during this thesis. The design verification steps are intended to verify that a device meets the design inputs and outputs and its final intended use. During this study, verification tests were carried out through Finite Element analysis in Ansys, evaluating how design and material properties affects its mechanical behavior. Moreover, worst case assessment was performed to identify the implant size to be used for the mechanical tests, according to the ASTM F3140 standard.
SOMMARIO
Le protesi di ginocchio sono necessarie per tutti quei pazienti che presentano una grave lesione all’articolazione, in modo da ripristinare una certa mobilità e alleviare la sensazione di dolore. Rejoint, una start-up bolognese, in cui ho condotto il mio internship, nasce in questo contesto, per dar vita ai suoi dispositivi, progettati e realizzati ad hoc per il singolo paziente. Rejoint ha come scopo quello di rivoluzionare e modernizzare la medicina ricostruttiva, unendo l’utilizzo di tecnologie di stampa 3D all’avanguardia e l’applicazione di Intelligenza Artificiale.
Il presente lavoro di tesi è nato dalla volontà di Rejoint di realizzare un nuovo dispositivo: un sistema protesico monocompartimentale, volto principalmente a pazienti più giovani e attivi, con un danno articolare limitato ai soli compartimenti dei condili e con dei legamenti sani e funzionanti. L’utilizzo di tale dispositivo consente al paziente di tornare alla propria qualità di vita in maniera soddisfacente, ritardando un intervento più invasivo altrimenti necessario.
Il lavoro ha avuto come obiettivo la progettazione dello sviluppo del design del dispositivo monocompartimentale. Tra le varie fasi coinvolte nella progettazione, l’elaborato si focalizzerà principalmente su due di queste: la valutazione clinica del dispositivo e i test di verifica necessari per introdurlo nel mercato. La Clinical Evaluation Report (CER) è un documento che garantisce a terzi gli scopi previsti dal dispositivo; in questo lavoro di tesi sono descritti tutti gli step seguiti per la stesura del documento. I test di verifica del design sono necessari per verificare che il dispositivo sia stato progettato rispettando i criteri di progetto, garantendone la funzionalità. Durante questo lavoro, i test di verifica sono stati effettuati tramite analisi degli Elementi Finiti in Ansys, per valutare il comportamento meccanico del dispositivo al seguito di variazioni di dimensioni, di geometria e di materiali. Inoltre, è stata condotta una valutazione del worst case per identificare la taglia più critica da utilizzare nei test meccanici secondo lo standard ASTM F3140.
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