Analisi agli elementi finiti (FEA) e prove meccaniche per la progettazione di uno scaffold mammario = Finite element analysis (FEA) and mechanical testing for a breast scaffold design

La ricostruzione mammaria è un intervento chirurgico che viene solitamente eseguito dopo l’intervento di mastectomia attraverso l’impianto di protesi mammarie o mediante lembi di tessuto autologo. Tuttavia, entrambe le modalità di intervento presentano diversi limiti e svantaggi sia per le pazienti che per i chirurghi. Da un lato, il risultato estetico della ricostruzione mediante protesi potrebbe risultare privo di naturalezza mentre lo svantaggio principale della ricostruzione mediante l’impiego di tessuto autologo risiede nella necessità di eseguire un ulteriore intervento in un distretto corporeo diverso da quello di interesse. Dall’altro lato, i chirurghi lamentano delle difficoltà nella procedura di inserimento degli impianti poiché possiedono una forma che si adatta difficilmente all’anatomia del seno. Il seguente lavoro di Tesi è nato da un confronto con la Dott.ssa Federica Bergamin, Chirurgo Plastico specializzato in Ricostruzione mammaria presso l’Ospedale di Ivrea (ASL TO4) e si pone l’obiettivo di superare i limiti associati all’intervento ricostruttivo tradizionale attraverso la realizzazione di uno scaffold mammario patient-specific. Per quanto riguarda l’inserimento, prima dell’impianto lo scaffold dovrà ricevere delle iniezioni di tessuto adiposo autologo e sarà ricoperto da una matrice dermica acellulare per garantire una prima integrazione cellulare ed evitare un risultato estetico insoddisfacente in posizione subpettorale. Lo scaffold deve soddisfare diversi requisiti quali una porosità e una resistenza meccanica adeguate ed essere bioriassorbibile. In particolare, il seguente lavoro di Tesi è incentrato sulla realizzazione della geometria macroscopica dello scaffold e sulla proposta di diverse microstrutture interne. Il primo passo è stato la ricostruzione del modello 3D realizzata mediante il software Materialise Mimics a partire da immagini di risonanza magnetica della mammella in modo da adattare la forma dell’impianto alle dimensioni del seno della paziente ed alle esigenze chirurgiche. L’ottimizzazione del modello è stata condotta in ambiente Materialise 3-Matic. Prima di indagare l’influenza della porosità sulla resistenza meccanica dell’intero dispositivo, si è deciso di valutarla realizzando dei provini cubici con diverse strutture ( honey-comb, octahedral e TPMS) attraverso i software Grasshopper e nTopology. Fissato il tipo di microstruttura, per ciascun provino è stata variata la dimensione delle singole celle unitarie ottenendo dei provini con tre porosità differenti. La valutazione dell’impatto della porosità sulla resistenza meccanica dei provini è stata eseguita inizialmente attraverso delle analisi agli elementi finiti (FEA) effettuate con il software Ansys Mechanical simulando un test di compressione. Una volta individuata la struttura TPMS come quella ottimale, stante che mostra il miglior compromesso tra porosità e resistenza meccanica, si è passati alla stampa 3D dei provini da sottoporre a prove meccaniche di compressione. Infine, i risultati sperimentali sono stati confrontati con quelli numerici ed è stata scelta la geometria che dovrà essere impiegata per la realizzazione dell’intero dispositivo. Gli sviluppi futuri riguarderanno l’ottimizzazione della macrostruttura, la scelta di una miscela polimerica per la realizzazione dell’intero dispositivo, le simulazioni FEA per la sua validazione, la stampa 3D e la sua caratterizzazione meccanica.