Analisi computazionale di configurazioni di fissaggio alternative per l'artrodesi strumentata del rachide lombare. = Computational analysis of alternative fixation configurations for the instrumented arthrodesis of the lumbar spine.

Tra le diverse patologie che possono colpire la colonna vertebrale è d’obbligo menzionare i tumori vertebrali, come ad esempio gli osteosarcomi e i tumori metastatici. I primi sono abbastanza rari mentre i secondi sono, come si può ben comprendere dal nome, metastasi derivanti da tumori maligni che metastatizzano, i quali possono dar vita, appunto, a metastasi vertebrali. Il principale motivo per il quale le vertebre e, in particolar modo, il corpo vertebrale possono essere sede di metastasi è che il tessuto osseo che costituisce il corpo vertebrale è di tipo spugnoso e quindi al suo interno possono insediarsi le cellule tumorali e proliferare. Nei due esempi visti il tumore tende ad indebolire molto la struttura ossea con rischio di frattura e di compressione delle strutture nervose. A volte è necessario asportare l’intera area vertebrale interessata ed effettuare una stabilizzazione con impianti simili a quelli utilizzati nel caso di fratture, come il CarboClear della ‘Carbofix’ o l’Expedium. Nel caso in esame, l’obiettivo è stato quello di valutare quale fosse la migliore configurazione da adottare nell’installazione degli impianti prima citati, considerando l'asportazione di un quarto della vertebra L3. E’ stato utilizzato un modello multibody che simula soltanto la porzione distale della colonna vertebrale, ovvero, l’insieme delle vertebre che va dalla T12 al sacro (incluso). Il modello iniziale è stato fornito privo di dischi intervertebrali e di legamenti. I primi sono stati modellizzati attraverso l’impiego di bushings, definendo in maniera opportuna le relative proprietà di rigidezza e smorzamento. Per quanto riguarda invece i legamenti, essi sono stati modellizzati utilizzando delle forze, definite attraverso l’impiego di una funzione a tratti. Per la validazione è stato fatto riferimento ai risultati di alcuni esperimenti eseguiti in vivo su porzioni di colonne vertebrali di cadaveri sottoposte a prove di compressione. Il modello è stato caricato allo stesso modo ed è stata riscontrata una congruenza con i risultati dei suddetti esperimenti in vivo. Per la simulazione della condizione patologica, l’idea è stata quella di utilizzare 4 bushings differenti tra le vertebre L2-L3 ed L3-L4, in modo tale da modificare, in maniera realistica, le proprietà meccaniche del modello quando si va ad eliminare, come precedentemente detto, un quarto della vertebra malata. Le nuove caratteristiche di rigidezza e smorzamento di tali 4 bushings sono state definite realizzando a parte un modello semplificato costituito da cilindri che emulano le vertebre. La posizione dei nuovi bushings è stata calcolata in modo che il comportamento meccanico di tale modello semplificato risultasse identico o quasi nel caso in cui si utilizzi indifferentemente uno o quattro bushings. L’impianto per la stabilizzazione è costituito da due barre longitudinali e da viti peduncolari che permettono il loro fissaggio alle vertebre. Le prime sono state modellizzate attraverso due solidi di forma cilindrica; le seconde, invece, sono state modellizzate utilizzando degli incastri, uno per ogni vertebra, con uno degli assi del proprio sistema di riferimento orientato nella stessa direzione che assume la vite peduncolare durante l’intervento chirurgico vero e proprio. Sono stati modellizzati due impianti con due lunghezze differenti delle barre. Nel primo, esse sono collegate alle vertebre L1, L2, L3, L4 ed L5 mentre nel secondo sono collegate alle vertebre L2, L3, ed L4.