La Roentgen Stereophotogrammetric Analysis (RSA) è una tecnica di analisi radiografica dall'elevata accuratezza utilizzabile in campo ortopedico per il calcolo di microspostamenti all'interfaccia osso/protesi o per studi cinematici in generale.

Essa consente di valutare gli spostamenti (espressi come traslazioni e rotazioni) tra corpi rigidi con un grado di accuratezza pari a 0.2 millimetri e 0.3 gradi.

Ad oggi l’RSA è la tecnica radiografica più accurata nella misura dei microspostamenti e trova applicazione nel campo della biomeccanica per studi sul sistema scheletrico, quali la stabilizzazione e l’affondamento degli impianti protesici, la stabilità della fratture, la cinematica delle articolazioni (spalla, mano, schiena, pelvi, anca, ginocchio, caviglia) la crescita del cranio e la funzione dei legamenti (evoluzione della lassità del ginocchio).

Tale tecnica comprende 4 fasi.

Impianto dei marker

Durante la fase operatoria, vengono inseriti i marker nei segmenti di interesse (ad esempio protesi e osso circostante) (Fig. 1a). I marker sono di tantalio (metallo con un elevato numero atomico, resistente alla corrosione e biocompatibile), hanno forma sferica e un diametro di 0.5 mm, 0.8 mm oppure 1 mm (Fig. 1b).

Esame radiografico

La tecnica dell’RSA si basa sull’acquisizione simultanea di due radiografie (Fig. 2a) mediante l’utilizzo di due tubi radiogeni, in modo da ottenere una ricostruzione tridimensionale della regione anatomica di interesse. È molto importante che le due radiografie siano simultanee, poiché un piccolo movimento del segmento di interesse tra le due esposizioni può influire enormemente sull’accuratezza del risultato.

Per ricostruire la posizione dei fuochi radiografici si utilizza una gabbia di calibrazione in plexiglas di forma poliedrica (cage) (Fig. 2b), nelle cui pareti sono inseriti marker di tantalio in posizioni note. I marker inseriti nelle pareti più vicine al film radiografico sono chiamati Fiducial Markers, mentre quelli inseriti nelle pareti più lontane dal film sono detti Control Points.

Acquisizione dei dati

L’acquisizione dei dati radiografici avviene mediante l’utilizzo di un software dedicato in grado di individuare ed identificare i marker del cage e quelli all’interno degli oggetti di studio presenti sull’immagine radiografica. Una volta che i marker sono stati identificati sulle immagini e le loro coordinate bidimensionali sono note, vengono calcolate le loro posizioni tridimensionali (Fig. 3a).

Analisi cinematica

Gli oggetti d’interesse sono rappresentati da insiemi di markers. I corpi rigidi costituiti dai marker movimenti relativi tra gli oggetti sono calcolati sulla base dello spostamento relativo tra i
loro baricentri (Fig. 3b).

Nel Laboratorio la tecnica RSA è stata utilizzata e si utilizza tuttora sia con set-up tradizionali, per valutare la stabilità di nuove protesi o per fare confronti in termini di stabilità tra diversi design protesici, sia per studi non convenzionali in condizioni non standard. Il database del Laboratorio comprende più di 150 pazienti, con diversi tipi di protesi impiantate ed un range di esami che vanno dal post-operatorio ai 10 anni di follow-up.

Sono stati effettuati:

• Studio della stabilità di protesi a menisco-mobile Stryker Howmedica©.

Un gruppo di 25 pazienti trattati con protesi totale a menisco-mobile è stato sottoposto a controlli fino a 3 anni seguendo un protocollo RSA tradizionale. Questo prevede che nell'immediato post-operatorio (esame di riferimento) e periodicamente (3-6-12 mesi e poi annualmente) i pazienti vengano sottoposti ad acquisizioni radiografiche del ginocchio protesizzato, posizionandolo all'interno di un cage di calibrazione.
Per questo studio le componenti tibiali delle protesi sono state appositamente marcate dalla casa produttrice tramite l'applicazione di 3 marker in tantalio, uno sull'apice dello stelo, gli altri due ai bordi inferiore-laterali del piatto tibiale.
Mediante il confronto tra l'esame di riferimento post-operatorio e i successivi esami è possibile valutare la migrazione, ossia il movimento irreversibile della protesi rispetto all'osso. La migrazione viene quantificata tramite il parametro di maximum total point motion (MTPM), ovvero lo spostamento massimo tra quelli registrati da tutti i marker appartenenti allo stesso segmento.
I follow-up dei primi due anni danno già un'indicazione del pattern di migrazione: se in follow-up successivi l'MTPM supera gli 0.2 mm allora il pattern è da considerarsi compatibile con una mobilizzazione precoce della protesi.

• Analisi della mobilità del menisco nelle protesi a menisco-mobile Stryker Howmedica© mediante esami in carico.

L'obiettivo è quello di studiare con tecnica RSA l'effettivo movimento del menisco in polietilene di una protesi a menisco-mobile tramite esami radiografici sotto carico. La casa produttrice di protesi ha provveduto a marcare con 5 microsfere di tantalio la componente in polietilene.
A successivi follow-up ripetuti annualmente il protocollo utilizzato prevede oltre all'esame in posizione supina anche una serie di esami in carico eseguiti in piedi. Questi test simulano situazioni usuali di stress meccanico:
 - PWB (Plain Weight-Bearing): il paziente in posizione ortostatica sovraccarica l'arto in esame MIR (Maximal Internal Rotation): stesse condizioni del PWB, ma con il piede dell'arto esaminato in massima rotazione interna;
- MER (maximal External Rotation): come il MIR ma il piede è in massima rotazione esterna;
- SQT (Squatting): il paziente flette di 60°-70° l'arto in esame;
- IRT (Internally Rotatine Torque): il paziente deve contrastare la rotazione interna di un piatto rotante al quale è collegato un peso di 3 Kg;
- ERT (Externally Rotatine Torque): equivale all'IRT ma il piatto ruota esternamente.

Il confronto tra l'esame supino e il PWB e tra il PWB e i rimanenti esami sotto carico dello stesso controllo permettono di valutare lo “stress inducible displacement”, ossia il movimento reversibile della protesi rispetto all'osso indotto da forze esterne.

• Analisi dello stress inducible displacement nelle protesi monocompartimentali DURACON UNI (16 pazienti);
• Studio sulla stabilità delle protesi monocompartimentali DURACON UNI (20 pazienti);
• Studio sulla stabilità delle protesi ad emimenischi INTERAX (18 pazienti);
• Studi di cinematica dell'articolazione tibio-peroneale prossimale (su cadavere).

Rsa Cinematica

Una diagnosi dello stato patologico di un’articolazione scheletrica che si basi solo su un esame morfologico statico è intrinsecamente limitata, in quanto solo una valutazione quantitativa del movimento articolare (analisi cinematica) associata alla valutazione morfologica può fornire un’analisi completa (morfologica e funzionale) dell’articolazione, e di conseguenza consentire la pianificazione di un trattamento terapeutico ottimale (studio pre-operatorio) o valutare con parametri oggettivi la riuscita del trattamento (studio post-operatorio). L'obiettivo di questo studio è quindi la progettazione, la realizzazione e la validazione di una nuova metodologia di acquisizione di immagini radiografiche: la roentgen stereofotogrammetria (RSA) con acquisizioni in modalità cinematica. Questo progetto di lavoro ha la finalità di sviluppare un centro per l’RSA cinematica, in grado di garantire nuovi protocolli clinici (camminata, scale, test di stress, ed altri test di valutazione cinematici) utili ad una più corretta valutazione del paziente. Questo centro potrebbe servire per studiare a) il comportamento della biomeccanica degli impianti; b) seguire il decorso post-operatorio, c) il follow-up dei pazienti per valutare il corretto funzionamento della protesi e d) le possibili degenerazioni e/o incidenti che portano al fallimento dell’impianto. Inoltre, permetterebbe lo studio della cinematica in-vivo delle articolazioni, la valutazione del corretto assetto biomeccanico dell’articolazione sana e patologica e/o l’eventuale trattamento chirurgico ed infine di ottimizzare i protocolli riabilitativi in questa tipologia di soggetti. Tale tecnica, inoltre, permette di valutare anche un’ulteriore ampia gamma di applicazioni cliniche tra le quali, ad esempio, il controllo del consolidamento delle fratture e l’accrescimento scheletrico.