CONSIDERAZIONI MORFOLOGICHE FINALI

Un'importante implicazione funzionale delle scoperte dello studio di Siegler et all è che una forma tronco-conica con il vertice disposto lateralmente è coerente con il noto comportamento cinematico accoppiato dell'articolazione di caviglia denominato pronazione/supinazione, cioè se la caviglia si muove in plantarflessione, si muove anche in parte in rotazione interna ed inversione (Chiudi e Inman 1952; de Asla et al., 2006; Siegler et al, 1988;.. Wong et al, 2005).

Un altro risultato del suddetto studio, con notevole implicazione funzionale, è che il cono che rappresenta la superficie trocleare è inclinato e manca di conseguenza di un asse di simmetria. Tale mancanza implica una variazione continua di asse di rotazione e ciò è in pieno accordo con la maggior parte delle osservazioni sperimentali precedenti (Lundberg et al., 1989; Sammarco, 1977; Siegler et al., 1988; Stiehl, 1991). I risultati suggeriscono che questo cono è inclinato superiormente e leggermente posteriormente anche se ciò varia tra i soggetti.

Viene ulteriormente dimostrato che la linea centrale del cono obliquo (la linea che collega i centri dei cerchi mediale e laterale) non coincide con la linea inter-malleolare, assunta nello studio di Inman et all come l'asse di rotazione fisso della caviglia.

Infine, si è riscontrato che nel piano coronale la superficie trocleare è concava con una diminuzione del grado di concavità da anteriore a posteriore. Questo suggerisce che una certa quantità di movimento indipendente di inversione/eversione può verificarsi soprattutto quando la caviglia è in dorsiflessione o in posizione neutra poiché questa superficie a sella assume una forma più piatta durante la flessione plantare. Questo implica inoltre che la caviglia non ha solo un asse di rotazione variabile, ma possiede almeno due gradi di libertà rotazionali.

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Questa affermazione è stata confermata sperimentalmente in precedenza da altri ricercatori (de Asla et al, 2006; Siegler et al, 1988; Wong et al,2005) ed è in contrasto con gli studi precedenti (Leardini et al., 1999) che assumono che la caviglia sia in grado di agire come un sistema ad un grado di libertà con un asse di rotazione variabile.

Lo studio di Siegler et all ha però alcune limitazioni. Una limitazione è legata alle imprecisioni nelle misurazioni morfologiche che possono derivare dalla selezione soggettiva dei bordi anteriori e posteriori della superficie trocleare al fine di selezionare tra essi le cinque sezioni coronali.

Questa soggettività è praticamente inevitabile considerando l'intrinseca irregolarità e variabilità della superficie anatomica. Comunque, il lento cambiamento della curvatura della superficie trocleare e l’attenta definizione delle varie sezioni nel presente studio, suggeriscono minima influenza dovuta alla soggettività dell’utente e quindi ciò non influisce sulle principali conclusioni dello studio.

La seconda limitazione era legata alla dipendenza da dati CT per sviluppare i modelli numerici 3D. Questi modelli riproducono la morfologia superficiale della troclea ma non la morfologia superficiale articolare che avrebbe richiesto la visualizzazione e la segmentazione dello strato di cartilagine articolare. Lo spessore dello strato di cartilagine articolare della troclea è stato dimostrato in passato però essere piccolo, con una media di 1,35 mm nei maschi e 1.11 nelle femmine (Sugimoto et al., 2005). Ma ancora più importante e rilevante per il presente studio morfologico è che lo spessore della cartilagine articolare varia di poco, di meno di 0.2mm tra le regioni mediali laterali e centrali della cupola dell’astragalo (Sugimoto et al., 2005). Si prevede pertanto che non includere lo strato di cartilagine articolare produce solo piccoli errori nei parametri morfologici calcolati, senza influenzare le conclusioni dello studio.

Si ritiene che la conoscenza dettagliata delle caratteristiche morfologiche delle superfici dell’articolazione di caviglia e le loro relazioni cinematiche siano fondamentali per le applicazioni cliniche, come la ricostruzione della caviglia a seguito di fratture intra-articolari che richiede la precisa progettazione di componenti di impianto per la sostituzione totale della caviglia (Hintermann et al, 2004; Kempson et al, 1975;. Leardini et al, 2004).

I risultati di questo studio rappresentano un cambiamento nel paradigma di comprensione della morfologia funzionale dell'astragalo e rappresentano i primi passi

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per l’attuazione di questi nuovi concetti morfologici-funzionali in applicazioni cliniche: progettazione di un dispositivo per la sostituzione totale della caviglia che riesca a riportarsi il più vicino possibile alla normale funzionalità articolare-biomeccanica e che possa quindi portare maggiori tassi di successo a lungo termine per questa procedura clinica.

A seguito di queste importanti conclusioni, il nostro successivo studio è stato finalizzato ad indagare, sia attraverso modelli numerici che sperimentalmente su esemplari di gambe cadaveriche, l’effetto delle variazioni nella morfologia dell'astragalo sulle caratteristiche cinematiche tridimensionali della caviglia.

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CAPITOLO 6: DISPOSITIVO INNOVATIVO-

REALIZZAZIONE E SPERIMENTAZIONE

In questo capitolo vengono descritti i materiali e i metodi utilizzati per svolgere lo studio sperimentale sull’analisi cinematica tridimensionale di caviglia protesizzata con l’innovativo dispositivo bastato su una nuova concenzione morfologica-geometrica di approssimazione della superficie talare.

In particolare si definiscono il protocollo e il set-up sperimentale che hanno permesso la misura accurata dei parametri ritenuti di interesse per conseguire gli obiettivi di questa tesi e accertare così le ipotesi formulate.

Una sezione sarà rivolta alla descrizione della realizzazione delle componenti protesiche in PVC: segmentazione, rendering, progettazione 3D e stampa 3D.

Quest’ ultima riguarda il lavoro svolto in laboratorio, a cui ho potuto assistere e partecipare attivamente durante il mio periodo di studio all’estero presso la “Drexel University” di Philadelphia (USA), seguita dal Prof.Ing. Sorin Siegler del Dipartimento di Meccanica, nonché pioniere dello studio su questo nuovo metodo di approssimazione della superficie talare.

Verrà poi descritto dettagliatamente il set-up sperimentale che abbiamo utilizzato per ciascuno dei sette esperimenti di impianto delle componenti protesiche su gamba cadaverica; le valutazioni cinematiche le abbiamo eseguite presso il Laboratorio di Analisi del Movimento del Centro di Ricerca dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, con la guida del Prof.Ing.Claudio Belvedere, dell’Ing.Alberto Leardini, del medico chirurgo Andrea Ensini e dell’Ing. Paolo Caravaggi.

Una sezione è poi rivolta alle nozioni basilari sul principio di funzionamento della navigazione chirurgica e del sensore di torsione. Riferimenti approfonditi sulle funzionalità dei singoli strumenti annessi al sistema di monitoraggio sono espressi per quanto concerne il navigatore della Stryker-Leibinger che viene usato come avanzato strumento di misura, circa la cinematica tridimensionale della tibiotarsica intatta e protesizzata.

Infine sarà esposto il set up sperimentale seguito per l’acquisizione dei dati in ciascuna sessione sperimentale e per ciascun preparato anatomico.

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