Metodi computazionali per la Biomeccanica articolare

Gli obiettivi degli studi sulla biomeccanica del ginocchio, sulle articolazioni umane, sono sostanzialmente legate all’ottimizzazione dei risultati delle procedure chirurgiche (sia tradizionali che assistite) alla comprensione dei meccanismi delle lesioni e del recupero articolari e alla  validazione di nuove tecniche chirurgiche.

Questi studi hanno avuto ad oggetto lo sviluppo di modelli di ginocchio per la simulazione di movimenti di riabilitazione o della vita quotidiana, per la previsione del rischio di lesione su base individuale o per la pianificazione di interventi di ricostruzione del legamento crociato anteriore (Fig. 1) o del ginocchio tramite protesi totale.

Inoltre il Laboratorio ha svolto un lavoro importante nella definizione di appropriati algoritmi di calcolo e decomposizione cinematica del movimento delle articolazioni e di funzioni per l'analisi dei dati anatomico-cinematici. I metodi di calcolo sviluppati per applicazioni cliniche specifiche sono raggruppate in un tool dedicato all'analisi biomeccanica delle articolazioni diartrodiali (come ad esempio il ginocchio, l'anca, la spalla e il gomito) (Fig. 2).

Lo strumento realizzato fornisce un insieme di funzioni rivolte all'analisi quantitativa della cinematica articolare, delle strutture anatomiche e delle proprietà di tendini e legamenti. In particolare è possibile analizzare le forme e i punti di contatto delle superfici articolari attraverso la visualizzazione di sezioni 2D definite dall'utente e all'analisi dei profili attraverso interpolazioni (linee e coniche). Il comportamento dei legamenti può esser valutato durante il movimento articolare, attraverso il calcolo di allungamenti, orientamenti e deformazione. I movimenti a loro volta possono essere analizzati attraverso il calcolo degli assi elicali, dei centri di istantanea rotazione e delle traslazioni definite in uno specifico sistema di riferimento scelto dall'utente.

Per approfondire lo studio della biomeccanica dei legamenti sono stati sviluppati modelli statistici che correlano le proprietà macro-meccaniche con le strutture anatomiche profonde (Fig. 3) allo scopo di analizzare le caratteristiche biomeccaniche in condizioni di normalità, di danneggiamento e di ricostruzione.

Studi di validazione dei modelli sono tuttora in corso.