Lo sviluppo del dispositivo medico e della pratica chirurgica.
Gli studi computazionali di simulazione del comportamento biomeccanico di un dispositivo medico sono diventati ormai centrali per la ricerca e l’ottimizzazione delle prestazioni del prodotto. In particolare, sono strumenti che permettono di studiare preventivamente l’interazione con le strutture anatomiche in relazione alle proprietà biologiche cercando di individuare il modello numerico che possa portare a risultati più fedeli possibili alle condizioni reali.
All’interno del Politecnico di Torino, presso il dipartimento di Ingegneria Strutturale, Edile e Geotecnica (DISEG), il team del BioInspired Nanomechanics Lab della Prof.ssa Cecilia Surace composto dai ricercatori Mariana Rodriguez, Vito Burgio e Stefano Re, in collaborazione con la figura di Francesco Di Giovanni (Product Specialist presso l’azienda Medistar di Torino) e la figura del chirurgo ortopedico Dott. Filippo Maria Surace, sta portando avanti uno studio di analisi digitale computazionale agli elementi finiti sui comparti ossei dell’articolazione sottoposti a interventi chirurgici di protesizzazione.
Lo studio si propone di individuare il corretto inserimento di una protesi di ginocchio osservando le condizioni di sollecitazione sull’osso femorale e tibiale al variare dell’angolazione di resezione del tessuto osseo al fine del miglior accoppiamento con i componenti protesici.
Per la parte di acquisizione 3D il team del Politecnico si è dotato dello scanner professionale Einscan PRO HD Shining3D che, in combinazione con l'Industrial Pack composto da treppiedi e piano rotante, è perfettamente studiato per la scansione fissa a massima accuratezza che garantisce l’acquisizione fino al più piccolo dettaglio, anche per corpi di dimensioni al di sotto dei 10 cm. Invece nella modalità manuale lo scanner si presta perfettamente alla scansione di componenti di dimensioni maggiori con accuratezza fino a 0.04 mm perfetto per componenti meccanici ed elettrici altamente dettagliati.
La scansione dei componenti protesici femorale e tibiale in modalità fissa non ha richiesto più di qualche minuto, restituendo una scansione precisa e pulita.
Una volta ottenuta la scansione ed effettuato il post processing per la definizione della mesh adatta alla simulazione numerica, sono state effettuate le analisi computazionali con software specifici testando sui segmenti ossei di femore e tibia ricostruiti in 3D dalla TAC.
Queste modalità di test e validazione completamente digitali favoriscono la riprogettazione del dispositivo medico e aprono la strada a studi approfonditi di sollecitazione strutturale ottimizzando la procedura chirurgica da adottare con le criticità incontrabili.
Aspettando i risultati a cui porterà il progetto si può guardare alle potenzialità di applicazione future che queste modalità di test e validazione completamente digitali favoriscono: nella riprogettazione del dispositivo medico attraverso reverse engineering, aprendo la strada a studi approfonditi di sollecitazione strutturale che successivamente andranno a ottimizzare la procedura chirurgica da adottare con le criticità incontrabili.
L’utilizzo di tecnologie digitali 3D sta permettendo di effettuare tutte le fasi di progettazione, validazione e pianificazione di dispositivi medici, partendo dal design tradizionale fino alla sua ottimizzazione finale in previsione della destinazione d’uso. Dopodiché basta solo passare alla stampa 3D dei componenti e alla valutazione tattile delle misure, evitando sprechi di tempo ulteriori in sala operatoria.
