Definizione della procedura per la progettazione ottimizzata di protesi craniche
Le attività di ricerca dell’UO3 sono riassunte negli step schematizzati in figura.
Partendo da un estesa attività di ricerca bibliografica comprendente anche le norme internazionali di prodotto, l’attenzione è stata focalizzata sullo studio di un caso clinico riferito ad un paziente con sfondamento della calotta cranica. Tale patologia richiede la costruzione di una protesi custom-made che assommi ai requisiti di compatibilità anatomica, biologica, funzionale e chirurgica, ulteriori requisiti estetici. Alla luce delle loro caratteristiche di biocompatibilità e di affidabilità meccanica, per la costruzione della protesi si è deciso di utilizzare tre tipi di leghe di Titanio (Ti-Gr2, Ti-Gr5 e Ti-Gr23).
Quale punto di partenza, è stato scelto un modello polimerico di cranio, anatomicamente identico a quello umano, con la superficie esterna rivestita da un’apposita vernice radiopaca funzionale alle successive indagini diagnostiche (RX, TAC). Come mostrato nella figura, il difetto nel cranio è stato realizzato asportando una porzione di calotta cranica nella parte fronto-apicale.
Il cranio, così danneggiato, è stato quindi sottoposto a TAC presso l’Istituto Ortopedico Galeazzi di Milano utilizzando una macchina con settaggi tipici utilizzati durante le indagini cliniche su pazienti. Le immagini diagnostiche acquisite sono state poi importate nel software di gestione di immagini MIMICS ed il modello virtuale tridimensionale del cranio difettato è stato ricostruito. Utilizzando tecniche di mirroring è stata quindi definita la geometria della protesi (forma della superficie superiore atta a colmare il difetto osseo).
Partendo da queste geometria di base di riferimento, la UO si è preoccupata di realizzare un Decision support tool in grado di guidare il chirurgo nella definizione del migliore sistema di ancoraggio, in grado di tenere in conto la variazione della dimensione e della posizione del danno. Il decision support tool, come sinteticamente descritto dalla figura che segue, è stato creato partendo da un dataset di dati numerici originati tramite Modelli agli Elementi Finiti (FEM), dal quale è stato poi individuato il modello di previsione polinomiale in grado di quantificare lo stato tensionale sull’osso sottoposto a carico statico. Nota l’area del difetto ed eventuali ulteriori vincoli clinici, il tool permette di definire la dimensione della protesi (ovvero di quanto deve essere estesa rispetto al contorno del difetto) ed il calibro del gambo delle viti da utilizzare.
