PROGETTAZIONE DI DISPOSITIVI MEDICI INNOVATIVI PER PATOLOGIE ORTOPEDICHE

The incidence of mechanical failure in orthopedic reconstructions is still high, despite technological advances in recent decades. The latter reaches even higher rates in the case of large custom-made reconstructive prostheses made in cases of demolitive surgery for cancer patients. The aim of the present work was to devise innovative bone-implant interface systems that could offer an alternative solution to the surgeon, improving the chance of implant survival. The following innovative systems were biomechanically evaluated: an intraosseous fixation system with an external trabecular structure, a fixation pin with a sawtooth retentive profile, and a mandibular plate with retentive structures at the interface with the osteotomy planes. Finally, a finite element analysis was also performed on a case study of mandibular plate reconstruction in order to evaluate the mechanical performance of the system and the stress state generated at the fixation screw/bone interface. All systems evaluated were made of titanium alloy Ti6Al4V-ELI and fabricated with EBM additive technology, which uses electron beam to melt the metal alloy powder. Initial experimental evaluations performed showed encouraging results; the new systems could represent an improved and alternative fixation solution in custom orthopedic reconstruction applications.

L’incidenza di fallimento meccanico nelle ricostruzioni ortopediche è ancora elevata, nonostante gli avanzamenti tecnologici degli ultimi decenni. Quest’ultima raggiunge percentuali ancora più alte nel caso di grandi protesi ricostruttive su misura, realizzate nei casi di chirurgia demolitiva per pazienti oncologici. Scopo del presente lavoro è stato quello di ideare sistemi innovati di interfaccia osso-impianto che possano offrire una soluzione alternativa al chirurgo, migliorando la possibilità di sopravvivenza di un impianto. Sono stati valutati dal punto di vista biomeccanico i seguenti sistemi innovativi: un sistema di fissaggio intraosseo a struttura trabecolare esterna, un chiodino di fissaggio con profilo ritentivo a dente di sega, una placchetta mandibolare con strutture ritentive all’interfaccia con i piani dell’osteotomia. Infine, è stata eseguita anche un’analisi agli elementi finiti su un caso studio di ricostruzione di placchetta mandibolare, al fine di valutare le performance meccaniche del sistema e lo stato di tensione generato all’interfaccia vite di fissaggio/osso. Tutti i sistemi valutati sono stati realizzati in lega di titanio Ti6Al4V-ELI e prodotti con tecnologia additiva EBM, che sfrutta l’energia generata da fascio di elettroni per fondere la polvere della lega metallica. Le prime valutazioni sperimentali eseguite hanno mostrato risultati incoraggianti, i nuovi sistemi potrebbero rappresentare una soluzione di fissaggio migliorativa e alternativa nelle applicazioni di ricostruzioni ortopediche su misura.