Modellazione 3D di protesi craniche su misura tramite procedura CAD standardizzabile

La chirurgia di riparazione e ricostruzione del cranio, nei vari distretti, ha visto notevoli progressi negli ultimi anni grazie all'integrazione della modellazione 3D che viene sempre più utilizzata in medicina per la fabbricazione di dispositivi medici personalizzati. Questo elaborato ha lo scopo di definire una procedura standardizzabile per la realizzazione di modelli 3D di protesi craniche su misura per il paziente nell’ottica di sviluppare uno strumento per assistere la progettazione di questi dispositivi in maniera intuitiva anche per i clinici. Il software CAD scelto per lo sviluppo della tesi è stato Geomagic DesignX, di Oqton (San Francisco, California). A partire dallo studio dello stato dell’arte sugli approcci alla modellazione CAD e delle funzionalità disponibili sul software è stata sviluppata una procedura ripetibile per la modellazione di protesi personalizzate per ricoprire le lacune ossee. In letteratura sono presenti numerosi approcci che percorrono fasi di modellazione diverse ma raggruppabili in due macro fasi; la prima fase (i) prevede la ricostruzione della lacuna ossea e avviene o tramite specchiatura della parte sana riportata sulla parte con il difetto oppure tramite modellazione manuale della parte di mesh mancante tramite software che lo consentono (es. meshmixer). La seconda fase (ii) prevede la modellazione della superficie della placca che può avvenire tramite la definizione di piani e sketch ottenuti dalla parte di cranio ricostruita che servono da linee guida per la gestione della curvatura della protesi, oppure, per mezzo dell’ applicazione di un algoritmo che minimizza l’energia di deformazione tra i punti presi come riferimento e i punti target; in alternativa alcuni approcci prevedono l’ interpolazione di una superficie mediante il fitting di una funzione matematica che si interpola lungo lo spazio vuoto del difetto cranico. Durante il lavoro di tesi sono stati presi in considerazione i vari approcci e riproposti all’interno di procedure CAD. Al fine di restare indipendenti dal modello e garantire la ripetibilità dell’approccio individuato si è scelto di procedere con specchiatura del modello per ricostruire la lacuna ossea e definire gli sketch e le linee guida per ottenere la curvatura della protesi. Per la definizione di una procedura automatica sono state definite le fasi principali della modellazione: • Definizione di un piano di simmetria del cranio e specchiatura della parte sana rispetto ad esso • Realizzazione di uno sketch 3D sul contorno del difetto come guida per la generazione della bozza della protesi • Definizione di piani paralleli e sketch su cui vengono disegnate le linee guida della curvatura della placca • Creazione della superficie della protesi tramite funzione “loft” e ritaglio del contorno seguendo lo sketch 3D iniziale • Aggiunta di uno spessore alla superficie • Operazione di sottrazione delle zone di sovrapposizione di cranio e placca • Realizzazione dei fori per le viti di fissaggio con l’osso Sono stati selezionati alcuni casi di studio di cranioplastiche e alcuni modelli di basi craniche. Tutti casi clinici diversi tra loro per forma, dimensione e posizione dei difetti cranici. I risultati ottenuti dimostrano la ripetibilità e l’applicabilità della procedura proposta in diversi scenari clinici. Inoltre due dei modelli ottenuti sono stati utilizzati per la simulazione dei relativi interventi chirurgici.