Approccio in silico per la progettazione di sfinteri artificiali innovativi per il trattamento di stomie: generazione dei modelli computazionali

In questa tesi è descritto lo sviluppo di un modello computazionale il cui scopo consiste nel valutare la risposta e l’interazione tra la struttura biologica del colon e uno sfintere artificiale. L’incontinenza fecale rappresenta un problema che colpisce gran parte della popolazione per molteplici motivi, tra cui l’insorgenza di neoplasie, le quali comportano un prolasso del tessuto e hanno effetti negativi sullo stile di vita del soggetto, comportando un forte impatto sociale ed economico. Nel caso di esteso tumore al colon o all’intestino, risulta spesso necessaria la rimozione di un importante segmento del tratto intestinale. In questi casi, al fine di consentire l’espulsione del materiale fecale è necessaria la realizzazione di una stomia. La stomia è una procedura invasiva, la quale comporta un’apertura artificiale attraverso la parete addominale di una porzione di intestino. Alla stomia viene quindi applicato esternamente un apposito sacchetto, per l’accumulo del materiale espulso. Si evincono le implicanze sullo stile e sulla qualità della vita che ne conseguono. Questo lavoro di tesi ha quindi come obiettivo quello di valutare un approccio innovativo per il trattamento di stomie. L’approccio si basa sull’applicazione di uno sfintere artificiale in corrispondenza della stomia stessa, determinando quindi la necessità di applicazione del sacchetto solo nei momenti desiderati ed opportuni. La progettazione dello sfintere ha avuto luogo avvalendosi di una metodologia in silico. A tal proposito, è stato sviluppato un modello computazionale del sistema costituito da colon e sfintere artificiale. Il modello dello sfintere è stato definito in forma parametrica, permettendo di valutare l’influenza di caratteristiche geometriche e di materiale su performance ed affidabilità dello sfintere. Ai fini di una efficace ed efficiente investigazione, sono stati sviluppati modelli sia tridimensionali, sia assial-simmetrici. Ulteriormente, si è provveduto alla identificazione delle modalità di analisi che permettessero di garantire contemporaneamente una buona qualità dei risultati ed un accettabile onere computazionale. Le analisi in silico hanno in definitiva permesso di verificare la fattibilità dello sfintere e di identificare le migliori configurazioni.