Confronto di stabilizzazioni chirurgiche per il trattamento di metastasi lombari in ambiente multibody = Comparison of surgical stabilization approaches for the treatment of lumbar metastases in multibody environment

Negli ultimi vent’anni ci sono stati notevoli sviluppi in ambito medico grazie alla comparsa della cosiddetta “medicina in silico”, che permette di realizzare, attraverso la modellazione numerica, i distretti anatomici di interesse, di comprenderne meglio la biomeccanica e di riprodurre su di essi processi fisiologici. La validazione di un modello multibody consente di definire gli aspetti chiave per una modellazione coerente delle parti anatomiche, di progettare protesi e simulare movimenti, in condizioni fisiologiche o patologiche, per valutare quale sia la migliore configurazione da adottare nella loro installazione. Tra le metastasi ossee, la più frequente è quella vertebrale e la strategia chirurgica utilizzata è l’asportazione dell’intera area vertebrale interessata e la sua stabilizzazione tramite artrodesi. Questo approccio consiste nell’utilizzo di un sistema di barre longitudinali e viti peduncolari inserite nei processi articolari delle vertebre adiacenti al livello patologico. Studi clinici hanno individuato in un composto di fibre di carbonio e PEEK (un polimero termoplastico), un ottimo sostituto al titanio a livello di proprietà meccaniche e biocompatibilità. In questa tesi, a partire da un modello in silico sono state realizzate e confrontate due diverse tipologie di stabilizzazione, simulando condizioni di carico sui tre assi anatomici. Il software utilizzato è MSC Adams. La prima parte di questo lavoro si è focalizzata sulla caratterizzazione e sulla validazione di queste barre ricreando numericamente un set up sperimentale di bending a 4 punti per piccoli spostamenti per permettere l’individuazione di un valore di modulo elastico consistente ottenuto per valori compresi tra i 105 e i 110 GPa. In questa fase la barra è stata caratterizzata come corpo flessibile, attraverso due metodi distinti: corpo flessibile attraverso la creazione di una vera e propria mesh (.mnf) e un approccio più semplice di Adams denominato FE Part utilizzabile nel caso di strutture di tipo beams. Nella seconda parte di questo lavoro si è partiti da un modello multibody preesistente di rachide lombare, costituito dai livelli vertebrali compresi tra T12 e sacro, e caratterizzato da leggi costitutive non lineari per la descrizione dei giunti vertebrali. L’obiettivo è stato quello di realizzare su di esso due tipologie di impianti di fissaggio, uno costituito da barre lunghe ed uno da barre corte. Supponendo la vertebra L3 come vertebra patologica e modellizzando le viti peduncolari come degli incastri tra i processi vertebrali e le barre, nel caso di barre lunghe sono stati posti degli ancoraggi due livelli sopra e sotto di essa (vertebre L1, L2, L4 ed L5); nel caso di barra corta soltanto le vertebre L2 ed L4 sono state fissate con la barra. Le barre sono state realizzate con un raggio di curvatura pari a 1000 mm per ricreare una curvatura coerente con l’outcome chirurgico. Successivamente sono state rese flessibili. Infine, i due modelli di outcome chirurgici sono stati sollecitati con differenti forme di carico di flessione, estensione, torsione e flessione laterale e ne sono state studiati i comportamenti, in termini di ROM vertebrali, di forze trasmesse agli incastri e distribuzione delle tensioni lungo le barre. Dai risultati numerici si evidenzia come il modello con impianto corto provochi sia minor scostamento rispetto ai range di movimento fisiologici sia carichi inferiori agli incastri, riducendo la sollecitazione sulle viti peduncolari e il loro rischio di fallimento biomeccanico.