Validazione del protocollo sperimentale per la caratterizzazione strutturale di corpi vertebrali mediante correlazione di immagini digitali. = Validation of the experimental protocol to characterize vertebral bodies using Digital Image Correlation.

Un terzo dei pazienti malati di tumore sviluppano metastasi nella colonna vertebrale. Le metastasi indeboliscono la colonna vertebrale e determinare il collasso della struttura anche durante normali attività quotidiane. Il rischio di instabilità della colonna vertebrale è stimato con lo Spinal Instability Neoplastic Score (SINS). Il SINS non consente di definire in modo univoco l’approccio da seguire quando il punteggio rientra nel range intermedio, di incerta valutazione. Il limite del SINS è che si basa su valutazioni qualitative, trascurando la biomeccanica della colonna e dei singoli corpi vertebrali. Il mio lavoro di tesi si inserisce in un progetto il cui obiettivo è integrare il SINS con valutazioni quantitative, relative sia alla resistenza meccanica dei singoli corpi vertebrali che al comportamento biomeccanico della porzione della colonna affetta da metastasi. L’obiettivo del mio lavoro è stato validare il modello sperimentale, ideato e implementato nel Laboratorio di Tecnologia Medica, necessario per determinare il comportamento di corpi vertebrali in condizioni di carico controllate, con lo scopo di acquisire dati necessari alla validazione delle predizioni dei modelli numerici sviluppati da immagini TC degli stessi corpi vertebrali. Il modello sperimentale contempla un sistema di carico che permette di eseguire le prove di caratterizzazione dei corpi vertebrali in controllo di carico, assicurando una distribuzione omogenea delle pressioni di contatto tra il sistema di carico ed il piatto vertebrale, ovvero condizioni al contorno facilmente implementabili nei modelli numerici. Per validare il nuovo protocollo di prova sono state svolte delle prove preliminari su pseudovertebre realizzate in materiale omogeneo e isotropo con pareti verticali. Per esse è possibile calcolare, per via teorica, le deformazioni superficiali che dovrebbero essere misurati sperimentalmente. Le pseudovertebre sono state realizzate mediante lavorazione meccanica sulla base di una scansione TC ottenendo lo stesso profilo superiore delle vertebre, mentre la superficie inferiore era piana. Un sensore di pressione posto sotto questa superficie consentiva di misurare la distribuzione delle pressioni di contatto. Successivamente sono state condotte prove preliminari su vertebre di cadavere (L3, L4, L5). Le prove prevedevano l’acquisizione degli spostamenti e deformazioni superficiali su tutti e tre i lati (anteriore destro, anteriore sinistro e posteriore) e cinque ripetizioni per ogni lato. Tutti i campioni sono stati sottoposti a due livelli di carico. I risultati ottenuti sulle pseudovertebre hanno evidenziato una distribuzione omogenea delle deformazioni superficiali sui tre lati e delle pressioni di contatto sulla superficie inferiore, confermando la funzionalità del modello sperimentale. Le prove preliminari eseguite sulle vertebre hanno permesso di verificare l’applicabilità del protocollo. Inoltre, i risultati preliminari suggeriscono che i corpi vertebrali sottoposti ad un carico omogeneamente distribuito sul piatto vertebrale, si deformano in modo disomogeneo. Il mio lavoro di tesi ha dimostrato la funzionalità del nuovo sistema di carico. Inoltre, i dati acquisiti su vertebre di cadavere suggeriscono una risposta asimmetrica del corpo vertebrale, comportamento dovuto sia all’anatomia che alla disomogeneità della sua struttura. Le prove pianificate nel progetto avranno l’obiettivo di confermare o confutare questi risultati preliminari.