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Analisi ad elementi finiti del comportamento biomeccanico di grandi ricostruzioni pelviche personalizzate, in esiti di tumori primari dell'osso, durante il cammino e lo squat, in una coorte clinica di sei pazienti. = Finite element analysis of large customized pelvic reconstructions following primary bone tumor in a clinical cohort of six patients, during walking and squat motor tasks.

Cristina Cattelino

Analisi ad elementi finiti del comportamento biomeccanico di grandi ricostruzioni pelviche personalizzate, in esiti di tumori primari dell'osso, durante il cammino e lo squat, in una coorte clinica di sei pazienti. = Finite element analysis of large customized pelvic reconstructions following primary bone tumor in a clinical cohort of six patients, during walking and squat motor tasks.

Rel. Cristina Bignardi, Enrico Schileo, Giulia Fraterrigo. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica, 2023

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Abstract:

Questo lavoro di tesi fa parte di un progetto sviluppato dal Laboratorio di Bioingegneria Computazionale dell’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna sulla biomeccanica delle ricostruzioni pelviche custom made in esiti di chirurgia oncologica. Il fine della tesi è di: (i) realizzare i modelli ad elementi finiti degli ultimi due casi studio ancora da analizzare (ii) verificare, sui risultati di tutti i sei pazienti coinvolti nello studio, se vi siano condizioni di rischio biomeccanico a lungo termine, per l’osso e la protesi. Nella prima fase della tesi sono stati realizzati i modelli ad elementi finiti dei due pazienti a partire dai dati diagnostici di tomografia computerizzata, seguendo il metodo già sviluppato nel laboratorio. Le forze muscolari e di reazione articolare agenti sulla pelvi sono state ottenute da modelli muscoloscheletrici personalizzati, realizzati in precedenza. Sono state considerate le forze agenti nell’istante di picco (i) del cammino in piano, il task motorio più frequente (scegliendo il secondo picco, per cui il carico complessivo è massimo e vi sono componenti non-verticali significative); (ii) dello squat, task simmetrico bipodalico non ancora analizzato in letteratura. I risultati di tutti i casi clinici sono stati analizzati in termini di deformazioni sull’osso, per valutare il rischio di rottura e/o di riassorbimento per strain shielding, e di sforzi sulla protesi, per valutare il rischio di rottura a fatica. L’analisi dei risultati ha mostrato che: -??in tutti i soggetti la componente protesica sembra garantire un corretto trasferimento dei carichi mantenendo sollecitata la zona dell’incisura ischiatica e del ramo pubico, con deformazioni compatibili con il range fisiologico (< 3500 &#956;strain) -??le differenze di deformazioni nell’osso tra emipelvi intatta ed operata rispecchiano quelle osservate tra i carichi di reazione all’anca, portando a classificare i pazienti in “simmetrici” ed “asimmetrici”. Il confronto della densità di energia di deformazione (SED) tra emipelvi intatta ed operata ha mostrato differenze trascurabili nei soggetti “simmetrici”, ed invece significative (> 50-70 %) e tali da indurre un possibile rischio di riassorbimento osseo a lungo termine per strain-shielding nei soggetti “asimmetrici”. Questo risultato porta ad attribuire un eventuale strain shielding solo alla riduzione dei carichi, escludendo un contributo della protesi, per quanto massiva -??in tutti i soggetti analizzati gli sforzi nella protesi sono bassi (< 50 MPa), ad eccezione della linguetta pubica quando presente (soggetta a flessione) e delle viti (soggette a compressione e talvolta, in particolare la vite sacroiliaca, anche a flessione). Gli sforzi rimangono comunque all’interno del limite di rottura per fatica, sebbene siano da considerare alcune limitazioni della modellazione. Per concludere, questa tipologia di ricostruzioni pelviche custom made risulta essere sostanzialmente sicura dal punto di vista biomeccanico. Nella protesi potrebbero essere possibili interventi di progettazione personalizzata, per quanto compatibili con la chirurgia, per irrobustire le linguette e posizionare le viti in modero da limitare sforzi flessionali. Per quanto riguarda l’osso, non c’è un apprezzabile rischio di frattura, mentre risulta essere essenziale assicurare un pieno recupero funzionale e muscolare per evitare rischi di riassorbimento osseo a lungo termine nell’emipelvi operata, dovuti alla riduzione dei carichi.

Relatori: Cristina Bignardi, Enrico Schileo, Giulia Fraterrigo
Anno accademico: 2022/23
Tipo di pubblicazione: Elettronica
Numero di pagine: 159
Soggetti:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica
Classe di laurea: Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-21 - INGEGNERIA BIOMEDICA
Aziende collaboratrici: ISTITUTO ORTOPEDICO RIZZOLI
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/26187
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