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• mappe di distanza
• medical imaging
• modellazione anatomica
• oncologia ortopedica
• protesi custom-made
• registrazione
• ricostruzioni pelviche
• segmentazione
• stampa 3D

Il mio lavoro di tesi riguarda l’elaborazione di una nuova procedura di progettazione di impianti custom per ricostruzioni chirurgiche della pelvi. La pelvi (o bacino, o cingolo pelvico) è una struttura ossea dall’anatomia complessa per vari fattori come forma, vicinanza a strutture neurovascolari e visceri, e funzioni biomeccaniche. In questo lavoro l’oggetto di studio riguarda i difetti ossei che maggiormente colpiscono la pelvi: i tumori ossei primitivi maligni. Per anni il trattamento tradizionale per questi difetti ossei, definito come “gold standard”, è stata l’amputazione. Questa procedura era ed è di difficile accettazione psicologica da parte del paziente, inoltre è associata comunque ad alto rischio di complicanze post-operatorie. Alla fine degli anni ’70 grazie alla classificazione delle resezioni secondo Enneking e Ducham, sono comparte per la prima volta procedure di salvataggio degli arti, la limb salvage. In oncologia ortopedica, le procedure di salvataggio degli arti stanno ormai diventando più frequenti grazie ai continui progressi in questo ambito. Le procedure di limb salvage sono seguite, quando possibile, da procedure di ricostruzioni, che si differenziano in base al tipo di resezioni. Le procedure di ricostruzione maggiormente attuate prevedono: protesi modulari, innesti ossei massivi omologhi (allograft), alloinnesti in combinazione con protesi totale di anca e protesi custom a controllo numerico computerizzato. Sebbene queste soluzioni superano di gran lunga quella dell’amputazioni per funzionalità, comfort del paziente e innovazione, si portano dietro un significativo numero di complicanze. I principali fallimenti riguardano mobilizzazione, lussazione, mancata osteointegrazione e infezioni. Queste problematiche possono essere risolte o tramite amputazione o con un intervento di revisione. Attualmente grazie ai progressi in oncologia ortopedica, si è aperta l’era della stampa 3D, la quale permette la realizzazione di impianti custom che potrebbero risolvere i problemi delle tecniche precedenti. Questo metodo di ricostruzione, nonostante abbia molteplici vantaggi, non può essere ancora considerato il nuovo trattamento “gold standard” per ricostruzioni pelviche. Gli impianti custom-made stampati 3D richiedono medical imaging di alta qualità, modellazione anatomica e biomeccanica e una progettazione e produzione ad alta tecnologia, tempo e risorse. Questo si è reso possibile grazie, soprattutto ai recenti progressi tecnici, nella modellazione muscolo-scheletrica e nell’additive-manufacturing. L’additive-manufacturing permette di produrre protesi one-by-one utilizzando leghe metalliche layer-by-layer. Nel presente lavoro, nel primo e secondo capitolo, sono riportate: anatomia e biomeccanica della pelvi e le attuali soluzioni clinico-chirurgiche (protesi modulari, allograft etc..) con i relativi fallimenti. Nel terzo capitolo, invece, è riportata la procedura generale per la progettazione di protesi custom stampate 3D: dall’imaging di alta qualità fino all’additive-manufacturing. Nel quarto capitolo si mette a punto una nuova procedura generale per guidare chirurghi, bioingegneri e tecnici ad una corretta progettazione. In dettaglio si parte dalla segmentazione dell’imaging medico di TC e MRI, per ottenere due modelli anatomici 3D. Questi modelli vengono poi registrati per avere un modello anatomico completo 3D, avente ossa da TC e tumore da MRI. Questo modello mi permette di simulare virtualmente le resezioni, dopo il disegno e l’approvazione dei piani di taglio. Successivamente, viene messo appunto un nuovo modello per la creazione della prima forma di impianto, ovvero mirrorare e matchare l’emibacino sano sul malato, applicando gli stessi piani di taglio. In questo modo, si progetta una protesi completamente personalizzata sul paziente. Il quarto capitolo, poi, si conclude con il processo di additive-manufacturing. Il quinto capitolo riporta i casi clinici oggetto di studio e da cui sono stati raccolti i dati statistici. Infatti ogni volta che è stata attuata la procedura si è tenuta traccia di determinati parametri anatomico-biomeccanici, che vengono riportati nel sesto capitolo. I principali parametri considerati sono: RMS delle registrazioni best-fit TC-MRI, RMS delle registrazioni dopo il mirroring, e le relative DMA. Questi parametri forniscono indicatori numerici e grafici della bontà della registrazione. Sono state anche confrontate le aeree totali delle sezioni delle osteotomie come indicatori della bontà del contatto osso-protesi e i volumi delle sezioni ossee virtualmente asportate come indicatori della qualità del taglio osseo. Lo scopo di questo lavoro è quello di offrire una nuova procedura generale mirata alle ricostruzioni pelviche, tale da permettere una progettazione sempre più accurata e corretta, proponendo diverse soluzioni morfologiche sia in ambito oncologico, sia in ambito puramente ricostruttivo a valle di fallimenti protesici. La procedura si basa sulla collaborazione reciproca tra chirurghi-bioingegneri-industria. Quindi potrebbe risultare una procedura più costosa e lunga rispetto a quelle disponibili. D'altra parte questo processo computer-based, basato sull'anatomia, ricostruzioni custom e stampa 3D ottimizzano le prestazioni finali dell'impianto, la possibilità di avere strumentazione PSI e tempo chirurgico. In futuro questa procedura potrebbe essere facilmente riorganizzata anche per altri distretti anatomici, specialmente dove il ripristino simmetrico rappresenta uno scopo importante.