Metodi computazionali per l'analisi della funzionalità meccanica dell'articolazione della spalla

L’articolazione gleno-omerale della spalla è una delle più mobili e complesse del corpo umano, dotata di tre gradi di libertà principali che consentono movimenti di flessione-estensione, abduzione-adduzione e rotazione interna-estern, oltre che movimenti combinati che la rendono fondamentale per la funzionalità dell’arto superiore. Tuttavia, la sua stabilità intrinseca limitata la espone a traumi, instabilità e patologie degenerative; per tale motivo comprenderne la biomeccanica mediante modelli tridimensionali risulta molto efficace per supportare la prevenzione dai traumi e la progettazione di soluzioni protesiche innovative. Questo progetto si pone l'obiettivo di sviluppare un modello 3D completo dell’articolazione partendo da immagini di risonanza magnetica (RMI) per riprodurre fedelmente la struttura anatomica. La prima fase, infatti, ha previsto l’acquisizione delle immagini e la segmentazione delle strutture anatomiche attraverso il software 3D Slicer, ottenendo così i modelli tridimensionali delle ossa principali (scapola, clavicola, omero), delle cartilagini articolari e dei legamenti. Il secondo step descritto nel progetto prevede l'utilizzo del software Geomagic DesignX per operazioni di smoothing e ottimizzazione delle mesh delle strutture identificate, eliminando rumori derivanti dall’imaging e garantendo un’accurata ricostruzione geometrica. Particolare attenzione è stata rivolta al mantenimento delle caratteristiche anatomiche per assicurare la validità biomeccanica del modello. Successivamente, le geometrie rifinite sono state trasferite su Abaqus per la creazione del modello FEM dell’articolazione. Le ossa sono state considerate come corpi rigidi, mentre le cartilagini ed i legamenti sono stati modellati come elementi solidi con comportamento iperelastico descritto da modello di Ogden definito grazie all'eleaborazione di dati da campioni biologici. Sono state applicate condizioni vincolanti agli elementi in modo da cercare di riprodurre il più fedelmente possibile il comportamento fisiologico di tale articolazione e sono state imposte rotazioni controllate alla testa omerale attorno agli assi principali per analizzare la distribuzione delle tensioni, le deformazioni e la stabilità articolare in diverse configurazioni di movimento. Il modello sviluppato, dunque, combina diverse discipline della bioingegneria come imaging medicale, modellazione geometrica avanzata e analisi agli elementi finiti, consentendo di indagare il comportamento biomeccanico della spalla in maniera realistica. L'obiettivo che è stato perseguito durante questo progetto è stato di porre le basi per future simulazioni di instabilità che permettano di valutarne il comportamento e la risposta a determinati movimenti, situazioni e sforzi.