e-MPLATE: a digital platform for the Modeling and testing of bone PLATEs

Introduzione: l’obiettivo principale dei dispositivi per il trattamento della frattura femorale è garantire la stabilità primaria e secondaria promuovendo la crescita ossea. Le molteplici configurazioni e i design influenzano la stabilità in situ del dispositivo per l’osteosintesi. L’analisi agli elementi finiti fornisce un importante supporto alle decisioni nell’ambito biomeccanico. Tuttavia, i modelli computazionali non sono pienamente riconosciuti nell’ambito clinico a causa dell’insufficiente accuratezza dei modelli e della mancanza di metodologie sistematiche nei processi di verifica, validazione e quantificazione dell’incertezza. L’interfaccia grafica sviluppata in questo lavoro ha lo scopo di fornire uno strumento di supporto per progettazione e decisione clinica attraverso il posizionamento e la configurazione della placca, nonché lo studio di convergenza della mesh nell’ottica dei processi di verifica e validazione. Materiali e metodi: l’interfaccia grafica per posizionamento, mesh e analisi di placche ortopediche si compone da tre principali sezioni: •??osso: si seleziona una delle tre taglie del femore disponibili, si determina la taglia della mesh e si seleziona il modello di frattura. Successivamente, il modello osseo per l’analisi viene sviluppato automaticamente nel background dell’applicativo. •??placca: si carica la geometria della placca, si seleziona il materiale, si posiziona la placca sull’osso attraverso rotazione e traslazione e, infine, si seleziona la configurazione desiderata del costrutto placca-viti •??analisi agli elementi finiti: si divide in simulazione di una singola prova e in analisi della convergenza della mesh. Lo studio di convergenza della mesh è un processo automatizzato, al termine del quale l’utente può consultare i risultati in un file Excel. La relazione contiene i risultati del test di convergenza, verifica della qualità degli elementi, rappresentazione grafica delle tensioni di Von Mises sulla placca, lo stress massimo e la configurazione osso-placca. Sarà inoltre disponibile una breve descrizione della placca (in particolare del il materiale) e del tipo di frattura . Conclusioni: l'ottimizzazione del posizionamento e della configurazione placca-osso-viti attraverso un'interfaccia grafica rappresenta un approccio soddisfacente per superare le difficoltà legate ai modelli computazionali e alle decisioni di pianificazione chirurgica preoperatoria. L'app consente di esplorare diversi modelli di frattura, materiali della placca, posizionare e configurare l’insieme placca-osso-viti per ottimizzare la fissazione della frattura femorale ed effettuare lo studio di convergenza della mesh in maniera automatizzata. Tuttavia, bisogna approfondire almeno tre campi principali: materiali, carichi e condizioni al contorno, studio del modello. In aggiunta, il costrutto placca-viti è una configurazione virtuale senza includere alcun tipo di contatto tra l’osso, le viti e la placca; questo semplifica ulteriormente il modello computazionale. L’ostacolo principale da superare è rendere i modelli computazionali “credibili”¬ attraverso processi di verifica e validazione. Inoltre, esiste ancora un margine di miglioramento riguardante gli algoritmi per il meshing automatico e per la verifica della qualità degli elementi. In conclusione, questo studio cerca di potenziare la comprensione dei fallimenti dei dispositivi nell'ottimizzazione del design, nel miglioramento della guida chirurgica e nel rendere il mondo in silico "più credibile" per gli esperti clinici.