Meccanica computazionale per la progettazione di dispositivi e interventi clinico-chirurgici: metodi in-silico e casi di studio.

Attraverso lo studio della letteratura, lo scopo di questa trattazione è quello di fornire una descrizione generale dei modelli computazionali e dell’importanza della loro applicazione, anche a livello globale. Il termine in-silico fa riferimento all’applicazione di metodi computazionali per la progettazione, sperimentazione e regolamentazione di prodotti, dispositivi e interventi medici e clinico-chirurgici. Il processo che porta alla realizzazione di dispositivi e interventi clinico-chirurgici risulta essere complesso e caratterizzato da elevati tempi e costi di sperimentazione. Questi sono fattori fondamentali che potrebbero portare ad un parziale blocco dell’innovazione. Inoltre, ancora oggi le verifiche di efficacia e sicurezza vengono condotte sulla base di modelli umani e animali. Attività di questo tipo, oltre ad essere processi molto lunghi, pongono problemi etici e dovrebbero essere prese in considerazione solamente dopo un’esauriente verifica in vitro o ex vivo; inoltre, data la grande variabilità della popolazione considerata, non sempre forniscono risultati chiari e univoci. L’applicazione di metodi computazionali permetterebbe di raffinare le tecniche di sviluppo di nuovi dispositivi e interventi clinico-chirurgici: introducendo componenti virtuali renderebbe possibile colmare le lacune nella variabilità della popolazione utilizzata per la sperimentazione, riducendo il numero di campioni necessari e rimpiazzando la sperimentazione in vivo stessa con metodi alternativi. L’applicazione della tecnologia in-silico, dunque, risulta di fondamentale interesse per la ricerca e l’innovazione scientifica. Nello specifico, in questa ricerca, si comincia dalla caratterizzazione geometrica e meccanica dei modelli computazionali per giungere alle prove di affidabilità che ne permettono l’applicazione. Si procede, poi, ad un excursus di alcuni casi di studio storicamente rilevanti: un modello di anca per i tessuti duri mineralizzati, secondo quanto prodotto dal professor Hendrik W. J. Huiskes; un’applicazione, al caso specifico delle arterie, del modello per i tessuti molli ideato dal professor Gerhard A. Holzapfel; infine, uno studio della testa del nervo ottico come struttura biomeccanica, al fine di spiegare l’insorgere e lo sviluppo della neuropatia ottica del glaucoma. Come conclusione dell’elaborato si è scelto di procedere con una breve review del Progetto Avicenna, finanziato dalla Commissione Europea proprio nell’abito dell’applicabilità e diffusione della tecnologia in-silico a livello globale. Il Progetto rappresenta il motore di questa ricerca e permette di individuare i vantaggi e le sfide che comporta tale applicazione.