SVILUPPO DI UN MODELLO MULTIBODY PER LO STUDIO DELLA BIOMECCANICA DEL GIUNTO TEMPORO-MANDIBOLARE: CONFRONTO TRA CASO FISIOLOGICO E PROTESIZZATO = MULTIBODY MODELLING OF THE TEMPOROMANDIBULAR JOINT BIOMECHANICS: COMPARISON BETWEEN PHYSIOLOGICAL AND PROSTHETIC CASE

L'articolazione temporo-mandibolare (ATM) può essere affetta da molteplici disturbi (ipermobilità, bruxismo, artropatia temporo-mandibolare) causa di dolore, diminuzione del movimento e disabilità funzionale. In casi come tumori o gravi malformazioni, per trattare disturbi intra-articolari è necessario ricorrere a resezioni di massa ossea e a ricostruzioni della mandibola. In passato l’utilizzo di protesi dell’ATM non ha avuto larga diffusione, sia a causa dei costi delle tecniche di produzione e dell’irreversibilità del trattamento sia perché molte protesi si sono rivelate non idonee. Negli ultimi anni, con il miglioramento dei materiali, della componentistica e la possibilità di realizzazione con stampa 3D si è assistito ad una loro diffusione. In questo lavoro di tesi è stato messo a punto un modello multibody in grado di replicare la biomeccanica della mandibola al fine di realizzare uno strumento numerico utile per lo studio della sostituzione dell’ATM. Nel modello sono stati modellati i principali muscoli, attivi nelle operazioni di apertura/chiusura, mentre il giunto temporo-mandibolare è stato modellato tramite l’implementazione dei legamenti e di forze di contatto tra le superfici articolari. Le geometrie di interesse (cranio e mandibola) sono state ricostruite a partire da immagini TAC e i modelli 3D ottenuti sono stati importati nell’ambiente multibody e modellati come corpi rigidi con assegnate proprietà inerziali. Muscoli e legamenti sono stati implementati tramite forze interne agenti tra punti di inserimento individuati attraverso i dati reperibili in letteratura. Le forze muscolari sono state implementate seguendo il modello di Hill, mentre i legamenti sono stati definiti tramite la classica formulazione non lineare. In primo luogo, il modello fisiologico così ottenuto è stato validato sulla base della cinematica dell’ATM (spostamenti e rotazioni condilari) tramite un confronto con i dati sperimentali riportati in letteratura relativi ad un ciclo completo di apertura/chiusura. In seguito, è stata studiata la ricostruzione dell’articolazione, sostituendo un ramo mandibolare con una protesi in titanio realizzata tramite specchiatura del lato sano e rimozione del processo coronoideo. Si è realizzata la stessa analisi cinematica inversa del caso fisiologico, valutando l’effetto sulla cinematica del giunto del ripristino o meno dei muscoli sul lato protesizzato. Gli effetti della protesizzazione e della modellazione dei muscoli sono stati valutati attraverso un confronto con i risultati del modello fisiologico. Da questa analisi si è osservata la nascita di asimmetrie durante i movimenti rispetto al fisiologico e, in particolare, una riduzione degli spostamenti antero-posteriori e supero-inferiori del ramo protesizzato. Tali differenze risultano enfatizzate qualora uno o più attacchi muscolari non vengano ripristinati. Tali evidenze sono inoltre apparse in linea con dati sperimentali relativi alla cinematica di soggetti protesizzati. Infine, sono state svolte delle simulazioni di dinamica diretta, con l’ausilio di un sistema di controllo proporzionale per il calcolo delle attivazioni muscolari da assegnare a ciascun muscolo. Da questa analisi, è stato possibile valutare le forze muscolari richieste nel caso del modello fisiologico e protesizzato, evidenziando e quantificando come il mancato ripristino dei muscoli sul ramo protesizzato porti anche ad un aumento del lavoro compiuto da parte dei muscoli sul ramo mandibolare opposto.