VALIDAZIONE DI MODELLI PERSONALIZZATI AD ELEMENTI FINITI PER LA PREDIZIONE DEL COMPORTAMENTO MECCANICO DI VERTEBRE UMANE: STUDIO PRELIMINARE PER L’OTTIMIZZAZIONE DEL DISEGNO NUMERICO-SPERIMENTALE.

In oncologia vertebrale, la definizione del livello di gravità della lesione metastatica è affidata al SINS (Spinal Instability Neoplastic Score System); questo score system risulta essere poco quantitativo, non tenendo conto del peggioramento delle caratteristiche meccaniche della vertebra. All’ interno del Laboratorio di Tecnologia Medica dell’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna, è stato definito lo scopo di questo lavoro di tesi che, intendendo risolvere le limitazioni di questa metodologia e rappresentando uno studio preliminare di un progetto più ampio, pone l’intento di implementare un modello agli elementi finiti in grado di emulare il comportamento meccanico a frattura di una vertebra, che essa sia di natura traumatologica o metastatica, partendo da una semplice analisi lineare elastica. Per una validazione numerica del lavoro, si è scelto il modello definito da Imai come gold standard di riferimento a fronte degli ottimi risultati ottenuti. Fondamentale nel corso del lavoro è la scelta delle proprietà del modello e delle leggi che lo caratterizzano. L’ infittimento della mesh, stabilendo una dimensione degli elementi tetraedrici da 1,5 mm, premette di ottenere buoni risultati evitando la presenza di artefatti superficiali, tipici delle mesh più definite. L’utilizzo della legge di Morgan per le vertebre, scelta per definire le proprietà elastiche del modello, ha dimostrato l’importanza di utilizzare una legge site specific e, in questo caso, è fondamentale associarla con una shell, caratterizzata con le opportune proprietà meccaniche (10 GPa di modulo elastico e 0,4 di coefficiente di Poisson), utile per emulare la presenza dell’osso corticale. Di notevole importanza è anche definire un carico che emuli la distribuzione fisiologica permessa dalla presenza dei dischi intervertebrali; rispetto alla prassi in letteratura, che vede l’applicazione di un carico rappresentato da una sorta di spostamento imposto, l’intento di questo studio è anche dimostrare numericamente come la definizione di una pressione idrostatica distribuita possa simulare maggiormente l’andamento a spostamento dell’ endplate superiore. I risultati ottenuti confermano la buona strada perseguita, ottenendo in molti casi errori percentuali rispetto al gold standard inferiori al 12%; aumentando la complessità del modello e svolgendo una validazione sperimentale in grado di emulare il sistema di carico scelto, si sarà in grado di ottenere un modello utile all’ applicazione in clinica, sia in fase diagnostica che di monitoraggio.