Studio di un modello quantitativo per la correzione di difetti posturali. Sviluppo e prototipazione di un dispositivo indossabile sensorizzato e customizzato mediante ricostruzione 3D di immagini DICOM = Study of a quantitative model for the correction of postural defects. Development and prototyping of a sensorized and customized wearable device through 3D reconstruction of DICOM images

Il seguente lavoro di tesi pone l’obiettivo di realizzare un corsetto ortopedico, customizzato e sensorizzato sul paziente, al fine di monitorarne e migliorarne i difetti posturali. In letteratura sono già presenti studi del genere, nei quali, attraverso l’analisi degli elementi finiti (FEA, finite element analysis), viene costruito un modello molto semplice di colonna. In questo studio, invece, si è cercato di realizzare un modello di tipo sartoriale molto più accurato e preciso. Partendo dalle immagini DICOM del paziente, come TAC o risonanze magnetiche, è stato possibile ricostruire le sue parti anatomiche con elevata precisione realizzando un modello anatomico che si avvicina sensibilmente alla reale biomeccanica della colonna vertebrale. Tutto ciò ha permesso di ricostruire modelli 3D di vertebre, costole, dischi intervertebrali, organi interni, muscoli e tessuto adiposo ottenendo una struttura precisa e specifica del singolo paziente e non un modello generico, come riportato dai lavori presenti in letteratura. Nel corso dello studio sono stati realizzati due modelli differenti: il primo, più approssimativo, il secondo più accurato. Per quanto riguarda il primo, si è proceduto ottenendo un modello 3D della colonna vertebrale di un paziente affetto da scoliosi idiopatica. Utilizzando il software Ansys sono state quindi effettuate simulazioni che hanno permesso di valutare l’intensità, la posizione e la direzione delle forze che, applicate sulla colonna, fossero in grado di correggere la postura del paziente. Acquisiti i valori di queste forze, è stato realizzato un modello preliminare di corsetto ortopedico. In una seconda fase è stato costruito un modello più accurato, con l’obiettivo di ottenere l’intera struttura del tronco del paziente partendo sempre dalla ricostruzione tridimensionale di immagini DICOM. Una volta riportato il tronco nella postura desiderata - sempre attraverso il software Ansys – si è proceduto a modellare un corsetto direttamente sulla struttura priva di difetti posturali. Entrambi i corsetti ottenuti sono stati sottoposti a verifica di qualità effettuando simulazioni per valutare se fossero presenti deformazioni ed eventualmente ottenere una mappatura delle sollecitazioni su di essi. I dati ottenuti dalle varie simulazioni hanno permesso di asportare materiale nelle zone meno sollecitate del corsetto per ridurre eventuali problematiche di compliace, per migliorarne l’indossabilità e per diminuire il peso dello stesso. Hanno inoltre permesso di valutare quale fosse il modo migliore per sensorizzare il modello al fine di monitorare, in tempo reale, il progresso della patologia scoliotica e valutare se il prototipo è stato indossato correttamente dal paziente.