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Analisi ad elementi finiti basate su DXA: un supporto nella valutazione pre-operatoria dell'artroplastica d'anca? = DXA-based finite element analysis: a support for preoperative evaluation of hip arthroplasty?

Sofia Cuttone

Analisi ad elementi finiti basate su DXA: un supporto nella valutazione pre-operatoria dell'artroplastica d'anca? = DXA-based finite element analysis: a support for preoperative evaluation of hip arthroplasty?

Rel. Cristina Bignardi, Mara Terzini, Alessandra Aldieri. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica, 2021

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Abstract:

L’artroplastica totale d’anca (THA) è una delle pratiche più comuni nella chirurgia ortopedica con oltre 300.000 interventi eseguiti in tutto il mondo. Tuttavia, la diffusione di tale intervento chirurgico ha portato ad un aumento dei casi di fallimento, e dunque, degli interventi di revisione, associati ad un maggiore rischio di complicanze. Appare quindi evidente la necessità di una pianificazione preoperatoria più accurata che tenga conto, oltre che dell’anatomia del paziente, di fattori quali la qualità e la resistenza ossea, il carico a cui è sottoposto l’impianto e la distribuzione delle sollecitazioni che questo può apportare. Con lo sviluppo tecnologico, si sono aperte nuove strade che sfruttano analisi strutturali ad Elementi Finiti (FE) 3D di modelli femorali protesizzati a partire da immagini TC, con l’intento di ottimizzare la valutazione pre-operatoria. Tuttavia, queste sono associate ad un elevato costo computazionale che le rende impraticabili in ambito clinico e ad alti costi operativi e dosi di radiazioni relativi all’esame TC. Alla luce di tali criticità, nel presente studio sono stati sviluppati modelli ad elementi finiti 2D del femore di 20 pazienti a partire da immagini DXA. In particolare, per ogni paziente sono state effettuate 3 simulazioni: 1) femore integro, 2) stelo press-fit e 3) stelo cementato, selezionando diverse taglie di protesi. L’analisi è stata eseguita sotto carico statico corrispondente all’istante più critico durante la camminata. Per ogni modello realizzato, è stata ricavata la deformazione equivalente media nelle sette zone di Gruen, in cui l’elemento osseo è stato suddiviso sulla base dell’impianto simulato. È stata inoltre calcolata la differenza relativa elemento per elemento della deformazione equivalente rispetto al modello non protesizzato, al fine di valutare quanto l’impianto alteri le normali condizioni fisiologiche. Un'altra variabile analizzata è la Strain Energy Density (SED) che, confrontata con quella dell’osso intatto, fornisce un indice di valutazione di crescita o riassorbimento osseo. Infine, sono stati valutati i micromovimenti medi all’interfaccia osso-impianto e impianto-cemento. I primi hanno presentato un andamento decrescente all’aumentare della taglia della protesi, permettendo di valutare quale modello può essere soggetto alla formazione di tessuto fibroso o crescita ossea; i secondi, invece, non hanno mostrato sostanziali differenze tra le taglie simulate. Attraverso la teoria basata sulla SED, è stato possibile valutare per ogni zona di Gruen la percentuale di elementi, rispetto al totale, in condizione di crescita o riassorbimento osseo. Le zone in cui vi è un maggior numero di elementi in riassorbimento osseo coincidono con quelle in cui le differenze relative delle deformazioni equivalenti rispetto al femore non protesizzato sono negative; gli elementi in condizione di crescita ossea sono, invece, associabili a differenze relative positive. Coerentemente con questi risultati, le deformazioni equivalenti medie sono risultate più basse in corrispondenza delle zone con un maggior numero di elementi in riassorbimento osseo. Dunque, l’applicazione di teorie differenti ha condotto agli stessi risultati, mettendo in evidenza, differenze tra i due tipi di impianto, press-fit e cementato, e tra le diverse taglie simulate. Tale studio preliminare si è dimostrato promettente ed in futuro potrà essere validato attraverso immagini di follow-up post-operatorio.

Relators: Cristina Bignardi, Mara Terzini, Alessandra Aldieri
Academic year: 2020/21
Publication type: Electronic
Number of Pages: 105
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-21 - BIOMEDICAL ENGINEERING
Aziende collaboratrici: Politecnico di Torino
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/19594
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