Analisi agli elementi finiti di un bacino ricostruito con protesi emipelvica custom-made a seguito di resezione oncologica e simulazione di istanti del cammino con dati da gait analysis = Finite element analysis of a reconstructed pelvis with custom-made hemipelvic prosthesis after oncological resection and simulation of walking instants with gait analysis data

Negli ultimi anni si è assistito ad un aumento dell’utilizzo di protesi pelviche di tipo custom-made, giustificato da tempi chirurgici ridotti e miglior ripristino anatomico. Questa tesi s’inserisce in un progetto del Laboratorio di Bioingegneria Computazionale dell’IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna, presso cui è stato svolto il lavoro. Il progetto è teso a valutare i fattori di sicurezza di protesi e osso nel lungo termine attraverso lo studio di cinematica, cinetica, tensioni interne e deformazioni su una coorte di pazienti portatori di protesi pelvica custom a seguito di chirurgia oncologica. Nella fase preliminare del progetto sono stati analizzati i dati relativi alla gait analysis e ai modelli muscoloscheletrici da essa derivati, osservando un ottimo recupero funzionale nonostante la presenza di asimmetrie nelle forze muscolari ed articolari tra emipelvi sana e operata. Il mio lavoro si è incentrato sull’ottimizzazione di una procedura, precedentemente sviluppata nel laboratorio, per costruire modelli personalizzati agli elementi finiti (FE) di pazienti con ricostruzione pelvica a seguito di chirurgia oncologica ed eseguire un’analisi strutturale biomeccanica nella fase di follow-up post-operatorio con condizioni al contorno che simulano le attività motorie quotidiane. Nello specifico: -??la procedura di costruzione del modello FE è stata resa più rapida e riproducibile; -??su un caso clinico si è simulato l’istante di picco della reazione all’anca durante il cammino, sia per il lato operato che sano, utilizzando come condizioni di carico i risultati del modello muscoloscheletrico dello stesso soggetto; -??sono state testate due condizioni di vincolo, una prima semplificata e una seconda presa dalla letteratura (Kurosawa et al., Scientific Reports 10:13683, 2020), ipotizzata più fisiologica in quanto consente il movimento di nutazione e contronutazione del sacro. I risultati delle simulazioni sono stati analizzati in termini di deformazioni per l’osso e tensioni per la protesi, con il fine di valutare eventuali zone a rischio di frattura o riassorbimento per l’osso e stimare la sicurezza della protesi a lungo termine. Dalle simulazioni eseguite si possono trarre i seguenti risultati: -??nonostante notevoli differenze nei risultati di spostamento, le deformazioni ottenute con le due diverse condizioni di vincolo non presentano differenze significative; -??la componente protesica non risulta sotto tensione ad eccezione della linguetta pubica, con le relative viti, e il peg iliaco, rimanendo però nei limiti di sicurezza; -??la zona soggetta a maggior deformazione (a compressione) risulta essere quella relativa alla grande incisura ischiatica. Nel lato sano si osservano valori appartenenti al range fisiologico del cammino, mentre in quello operato risultano molto più elevati. Questi ultimi potrebbero essere spiegati dalla dimensione molto ridotta della componente ossea dopo la resezione e dalla modalità di fissaggio della protesi che si interfaccia con una superficie ossea molto sottile. È stato infine confrontato con il modello dell’unico altro caso clinico realizzato precedentemente all’interno del laboratorio, evidenziando una similitudine negli andamenti degli spostamenti e delle deformazioni, ma una discrepanza nei moduli, a causa delle differenze di forze muscolari e dimensioni e geometria della protesi. Come futuri sviluppi si prevede l’analisi di altri task motori e la realizzazione dei modelli dei rimanenti quattro casi clinici.