Innovazioni tecnologiche per le lesioni articolari

Sanitadomani.com – BOLOGNA. Di fronte a gravi lesioni articolari o perdite dell’osso, ci si trova spesso a dover ricorrere  all’impianto di protesi per ripristinare la regolare struttura e mobilità degli arti.
Se la tecnologia tradizionale risultava invasiva, con lunghi tempi d’attesa e standard fissi per ogni paziente, oggi è finalmente possibile una maggiore rapidità ed efficacia dell’intervento personalizzato, grazie alle nuove tecnologie e alla stampante 3D. 
Queste, infatti, permettono la realizzazione di protesi su misura, costruite con materiali resistenti nel tempo e dal basso rischio di infezione e rigetto.
Si tratta di un’innovazione resa possibile grazie alla stretta collaborazione tra medici e ingegneri, che negli anni hanno lavorato dentro e fuori la sala operatoria per la realizzazione di protesi custom-made di qualità e garantire così il benessere dei pazienti nel breve e lungo periodo.

Ma come si lavora in equipe medico-ingegnere?
Quali sono le fasi di realizzazione delle protesi personalizzate, quali i materiali?
Quale il futuro dell’ingegneria chirurgica?

Lo abbiamo chiesto ad Alberto Leardini, ingegnere dirigente presso l’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna e attuale direttore del Laboratorio Analisi del Movimento.

L’equipe medico-ingegnere
e le fasi del lavoro

 L’ingegner Leardini racconta che il segreto per un trattamento chirurgico personalizzato, è la stretta collaborazione tra comparto chirurgico e ingegneristico.
«Per lo più – spiega Leardini – il lavoro avviene al calcolatore, sempre sulla base delle specifiche competenze di ciascun settore».
Ogni passaggio, infatti, necessita di un doppio punto di vista: «si comincia con le scansioni in diagnostica per immagini – continua Leardini – per proseguire con la modellazione anatomica dei tessuti, la pianificazione pre-operatoria, la progettazione del dispositivo di impianto e delle corrispondenti guide chirurgiche, la prototipazione rapida e, infine, la stampa 3D vera e propria dell’impianto metallico.
Seguono poi naturalmente la rifinitura, pulizia, sterilizzazione ecc., ovvero tutte le procedure necessarie per far entrare l’impianto custom in sala operatoria in massima sicurezza».

Le tecnologie necessarie

Un simile trattamento necessita  di un’appropriata strumentazione, come  «software e hardware, dai tool di modellazione ai codici computazioni, fino alle macchine di scansione per immagini biomediche e, infine, le stampanti 3D».
Un avanzamento tecnologico che, come illustra Leardini, è stato reso possibile dall’innovazione avvenuta fuori dal contesto chirurgico-ospedaliero.
«Il passaggio tecnologico fondamentale – spiega infatti l’ingegnere – è stato l’avvento della manifattura additiva per polveri di metallo, che consente di creare oggetti di diversi materiali metallici strato-su-strato sulla base di un file di progetto.
Ciò ha reso non solo più facile ma anche più economica la produzione personalizzata.
I primi prototipi di protesi personalizzate sono di inizio anni ‘90, ma vere e proprie produzioni e impianti di queste sui pazienti sono datate circa 2011-2013».

Il funzionamento della stampante 3D

Fra le tecnologie ad aver reso possibile le protesi personalizzate, troviamo dunque la stampante 3D.
Essa permette di realizzare «geometrie di complessità e risoluzione elevatissime, con anche fori vuoti interni, griglie geometriche di forme originali».
Ma come funziona nel concreto?
«Si parte dal file dell’impianto progettato in tutti i suoi dettagli – spiega Leardini – e da qui la stampante “consolida” l’oggetto strato-per-strato.
Questo può avvenire in base a tecnologie diverse: depositando un filamento polimerico, fondendo uno strato sottilissimo di polvere di metallo col laser o con un raggio di elettroni, o unendo strati di materiale con un getto di legante».
La fase di stampa è infine gestita dall’azienda manifatturiera, responsabile del processo che può incontrare qualche ostacolo, come «uno stop improvviso della macchina, l’esaurimento dei materiali, assenza delle giuste condizioni (vuoto, temperature, ecc).
Tuttavia – specifica Leardini – è molto raro e in ogni caso si può sempre ripartire, spesso da capo».

I materiali delle protesi customizzate

I materiali per le protesi ortopediche personalizzate sono per lo più leghe metalliche «le stesse – specifica Leardini – con cui si fabbricano le protesi con la tecnologia tradizionale».
Nello specifico si tratta di «leghe di titanio, cromo-cobalto, ma anche tantalio per gli impianti; polimeri e resine vengono invece usate per le guide di taglio, e presto anche il cosiddetto peek, leggero, resistente e radiopaco».
Il rischio sembra ridotto al minimo, «se non per le possibili polveri residue», specifica l’ingegnere, e continua «d’altra parte è già possibile ottenere con il custom le stesse prestazioni meccaniche complessive con tantissimo materiale in meno, e nessuno spreco».

Costi, vantaggi e futuro delle protesi custom

 «Risulta complesso – risponde Leardini –  determinare il costo reale di un impianto personalizzato, in sanità pubblica come in quella privata-convenzionata.
Naturalmente il custom costa più dello standard (soprattutto per il lavoro aggiuntivo dei chirurghi e degli ingegneri), ma presenta tantissimi vantaggi tecnici (niente stoccaggio o magazzino, minor materiale per la sterilizzazione, velocità dell’intervento in sala operatoria con associato minor rischio di infezione, minor riabilitazione, verosimile crollo dei fallimenti e delle revisioni, ecc.)».
Un altro vantaggio risiede nella possibilità di realizzare prototipi plastici in 3D che da una parte «consentono a chiunque di comprendere l’intervento e i suoi possibili rischi»;  dall’altra «sono di grande valore per la formazione medico-chirurgica».

In merito al futuro dei trattamenti ortopedici personalizzati, Leardini si dice ottimista, anche a fronte dell’ampia diffusione del custom.
«Dagli attuali casi clinici complessi per i quali non ci sono molte alternative (come perdite o tumori dell’osso) – conclude Leardini – credo si andrà sempre più verso la chirurgia elettiva, come le osteotomie e le sostituzioni delle piccole articolazioni, nonché verso le revisioni».

Leggi anche: https://www.sanitadomani.com/ingegneria-chirurgica-in-sala-operatoria/

Link al Laboratorio Analisi del Movimento:

http://www.ior.it/laboratori/lab-analisi-movimento/laboratorio-di-analisi-del-movimento

Nella foto in alto: L’Ing. Alberto Leardini, direttore del laboratorio, con alcuni componenti della sua équipe