Procedura di progettazione di protesi a basso costo per l'arto inferiore
Creators: name: Borghi, Corrado <1979>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2009
Subjects: ING-IND/34 Bioingegneria industriale
ING-IND/13 Meccanica applicata alle macchine

description: L'attività di ricerca descritta in questa tesi fornisce linee guida per la progettazione di arti protesici inferiori, con particolare riferimento alla progettazione di protesi a basso costo. La necessità di efficienti protesi a basso costo risulta infatti sentita nei Paesi in via di sviluppo ma anche dalle fasce meno abbienti dei paesi occidentali.
Al fine di comprendere le strategie adottate dall'apparato locomotorio per muoversi con le protesi sono analizzati il cammino fisiologico, le protesi presenti sul mercato ed infine le modalità con cui le loro prestazioni sono valutate.
Con il presente lavoro, dopo aver osservato la presenza di una scarsa strutturazione della metodologia di progettazione che riguarda specialmente il settore del basso costo, si propone una metodologia il più possibile oggettiva e ripetibile tesa ad individuare quali sono gli aspetti essenziali di una protesi per garantire al paziente una buona qualità di vita. Solo questi aspetti dovranno essere selezionati al fine di ottenere la massima semplificazione della protesi e ridurre il più possibile i costi.
Per la simulazione delle attività di locomozione, in particolare del cammino, è stato elaborato un apposito  modello spaziale del cammino. Il modello proposto ha 7 membri rigidi (corrispondenti a piedi, tibie, femori e bacino) e 24 gradi di libertà. Le articolazioni e l'appoggio dei piedi al suolo sono modellati con giunti sferici. La pianta del piede consente tre possibili punti di appoggio.
I criteri di realizzazione delle simulazioni possono comprendere aspetti energetici, cinematici e dinamici considerati come obiettivo dall'apparato locomotorio.
In questa tesi vengono trattati in particolare gli aspetti cinematici ed è mostrata un'applicazione della procedura nella quale vengono dapprima identificati i riferimenti fisiologici del cammino e quindi simulato il cammino in presenza di una menomazione al ginocchio (eliminazione della flessione in fase di appoggio).
Viene quindi lasciato a sviluppi futuri il completamento della procedura e la sua implementazione in un codice di calcolo.
description: Inexpensive and efficient prostheses are needed both for developing and Western countries. The research activity described in this thesis aims at providing guidelines for the development of lower limb prostheses, referring in particular to the design of low cost prostheses. 
Physiological gait, commercial prostheses and prostheses evaluation methods are analyzed in order to understand the strategies adopted by the human locomotion system to walk with such artificial devices. 
This work outlines a lack of systematic approaches for the design prostheses, in particular for the low cost ones. This lack is overcome by suggesting a metodology, which is as much objective and repeatable as possible, oriented to the definition of the essential aspects that provide the patient with a good quality of life. Only these aspects should be selected to design the low cost prostheses, i.e. in order to obtain the maximum simplification and thus the maximum cost reduction.
A model for the simulation of gait has been implemented. The spatial model presented is made up of 7 rigid members (correspondent to feet, shanks, thighs and pelvis) and has 24 degrees of freedom. The articular joints and the contact of the foot with ground are modeled as spherical joints. The foot sole allows three different supporting points. The simulations are executed utilizing criteria that consider the energetic, kinematic and dynamic issues as addressed by the locomotion system.
An application of the procedure is shown. The identification of the kinematic physiological parameters and the simulation of a maimed gait (without stance knee flexion) are presented.