Ottimizzazione di una procedura di misura per la valutazione della trasmissibilità di vibrazione di una tibia per la stima del grado di guarigione

Bone fractures are common injuries that can occur due to trauma, accidents, or medical conditions that weaken the bones. This thesis specifically addresses tibial fractures. The stabilization of tibial fractures is achieved through the use of an external fixator. The tibia is a crucial bone for supporting body weight, and it is essential that healing is complete, but this requires time and frequent monitoring. According to the current procedure for monitoring fracture healing, the patient is exposed to ionizing radiation from the X-ray machine. This study aims to develop a procedure that is less harmful to the patient while providing reliable and accurate results. For this purpose, vibrational analysis is used, particularly in the form of modal and transmissibility analysis, first in the laboratory on a tibia model, and subsequently on a patient. A vibration is generated on the fixator, measured using an accelerometer at all points of the fixator itself and, only in the laboratory, on the tibia. The obtained data are then processed to obtain the vibration modes of the tibia and fixator through modal analysis, and the amount of vibration transmitted along the examined body through transmissibility analysis. To eliminate noise and better discriminate the signal, the data are filtered in specific ranges obtained by overlapping the FRFs of three specific cases. The study appears to have results consistent with expectations, suggesting that this methodology could indeed be used in routine clinical practice, promoting a less harmful approach for the patient. Additionally, the analysis could be conducted on new types of fixators and on body parts other than the tibia that require support.

Le fratture ossee sono lesioni comuni che possono verificarsi a causa di traumi, incidenti o condizioni mediche che indeboliscono le ossa. In questo lavoro di tesi viene trattata, in particolare, la frattura tibiale. La stabilizzazione della frattura tibiale avviene tramite l’ausilio di un fissatore esterno. La tibia è un osso cruciale per il sostegno del peso corporeo, ed è fondamentale che la guarigione sia completa, ma questo richiede tempo e un monitoraggio frequente. Secondo l’attuale procedura di monitoraggio della guarigione delle fratture, inoltre, il paziente viene esposto alle radiazioni ionizzanti erogate dalla macchina radiografica. Questo studio ha l’obiettivo di elaborare una procedura che possa essere meno dannosa per il paziente ma che, contemporaneamente, dia risultati attendibili e accurati. A questo scopo, si utilizza l’analisi vibrazionale, in particolare nella forma di analisi modale e di trasmissibilità, prima in laboratorio, su un modello di tibia, successivamente su paziente. Viene generata una vibrazione sul fissatore, misurata, tramite accelerometro, su tutti i punti del fissatore stesso e, solo in laboratorio, della tibia. I dati ottenuti vengono poi elaborati per ottenere i modi di vibrare di tibia e fissatore, tramite l’analisi modale, e la quantità di vibrazione trasmessa lungo il corpo in esame, tramite l’analisi di trasmissibilità. Per eliminare il rumore e discriminare meglio il segnale, i dati vengono filtrati in range specifici, ottenuti mediante la sovrapposizione delle FRF di tre specifici casi. Lo studio sembra avere un risultato coerente con le aspettative, suggerendo che questa metodologia potrebbe essere effettivamente utilizzata nella pratica clinica ordinaria, favorendo un approccio meno dannoso per il paziente. Si potrebbe, inoltre, condurre l’analisi su nuove tipologie di fissatori, su parti del corpo differenti dalla tibia, ma che ne richiedono l’apporto.