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Innovazioni tecnologiche per le lesioni articolari
Cosa sappiamo della realizzazione di protesi personalizzate
Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna: oggi è finalmente possibile una maggiore rapidità ed efficacia dell’intervento personalizzato, grazie alle nuove tecnologie e alla stampante 3D
Sanitadomani.com – BOLOGNA. Di fronte a gravi lesioni articolari o perdite dell’osso, ci si trova spesso a dover ricorrere all’impianto di protesi per ripristinare la regolare struttura e mobilità degli arti.
Se la tecnologia tradizionale risultava invasiva, con lunghi tempi d’attesa e standard fissi per ogni paziente, oggi è finalmente possibile una maggiore rapidità ed efficacia dell’intervento personalizzato, grazie alle nuove tecnologie e alla stampante 3D.
Queste, infatti, permettono la realizzazione di protesi su misura, costruite con materiali resistenti nel tempo e dal basso rischio di infezione e rigetto.
Si tratta di un’innovazione resa possibile grazie alla stretta collaborazione tra medici e ingegneri, che negli anni hanno lavorato dentro e fuori la sala operatoria per la realizzazione di protesi custom-made di qualità e garantire così il benessere dei pazienti nel breve e lungo periodo.
Ma come si lavora in equipe medico-ingegnere?
Quali sono le fasi di realizzazione delle protesi personalizzate, quali i materiali?
Quale il futuro dell’ingegneria chirurgica?
Lo abbiamo chiesto ad Alberto Leardini, ingegnere dirigente presso l’Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna e attuale direttore del Laboratorio Analisi del Movimento.
L’equipe medico-ingegnere
e le fasi del lavoro
L’ingegner Leardini racconta che il segreto per un trattamento chirurgico personalizzato, è la stretta collaborazione tra comparto chirurgico e ingegneristico.
«Per lo più – spiega Leardini – il lavoro avviene al calcolatore, sempre sulla base delle specifiche competenze di ciascun settore».
Ogni passaggio, infatti, necessita di un doppio punto di vista: «si comincia con le scansioni in diagnostica per immagini – continua Leardini – per proseguire con la modellazione anatomica dei tessuti, la pianificazione pre-operatoria, la progettazione del dispositivo di impianto e delle corrispondenti guide chirurgiche, la prototipazione rapida e, infine, la stampa 3D vera e propria dell’impianto metallico.
Seguono poi naturalmente la rifinitura, pulizia, sterilizzazione ecc., ovvero tutte le procedure necessarie per far entrare l’impianto custom in sala operatoria in massima sicurezza».
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Un dispositivo personalizzato
Le tecnologie necessarie
Un simile trattamento necessita di un’appropriata strumentazione, come «software e hardware, dai tool di modellazione ai codici computazioni, fino alle macchine di scansione per immagini biomediche e, infine, le stampanti 3D».
Un avanzamento tecnologico che, come illustra Leardini, è stato reso possibile dall’innovazione avvenuta fuori dal contesto chirurgico-ospedaliero.
«Il passaggio tecnologico fondamentale – spiega infatti l’ingegnere – è stato l’avvento della manifattura additiva per polveri di metallo, che consente di creare oggetti di diversi materiali metallici strato-su-strato sulla base di un file di progetto.
Ciò ha reso non solo più facile ma anche più economica la produzione personalizzata.
I primi prototipi di protesi personalizzate sono di inizio anni ‘90, ma vere e proprie produzioni e impianti di queste sui pazienti sono datate circa 2011-2013».
Il funzionamento della stampante 3D
Fra le tecnologie ad aver reso possibile le protesi personalizzate, troviamo dunque la stampante 3D.
Essa permette di realizzare «geometrie di complessità e risoluzione elevatissime, con anche fori vuoti interni, griglie geometriche di forme originali».
Ma come funziona nel concreto?
«Si parte dal file dell’impianto progettato in tutti i suoi dettagli – spiega Leardini – e da qui la stampante “consolida” l’oggetto strato-per-strato.
Questo può avvenire in base a tecnologie diverse: depositando un filamento polimerico, fondendo uno strato sottilissimo di polvere di metallo col laser o con un raggio di elettroni, o unendo strati di materiale con un getto di legante».
La fase di stampa è infine gestita dall’azienda manifatturiera, responsabile del processo che può incontrare qualche ostacolo, come «uno stop improvviso della macchina, l’esaurimento dei materiali, assenza delle giuste condizioni (vuoto, temperature, ecc).
Tuttavia – specifica Leardini – è molto raro e in ogni caso si può sempre ripartire, spesso da capo».
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Un esempio di stampante 3d che produce materiale metallico
I materiali delle protesi customizzate
I materiali per le protesi ortopediche personalizzate sono per lo più leghe metalliche «le stesse – specifica Leardini – con cui si fabbricano le protesi con la tecnologia tradizionale».
Nello specifico si tratta di «leghe di titanio, cromo-cobalto, ma anche tantalio per gli impianti; polimeri e resine vengono invece usate per le guide di taglio, e presto anche il cosiddetto peek, leggero, resistente e radiopaco».
Il rischio sembra ridotto al minimo, «se non per le possibili polveri residue», specifica l’ingegnere, e continua «d’altra parte è già possibile ottenere con il custom le stesse prestazioni meccaniche complessive con tantissimo materiale in meno, e nessuno spreco».
Costi, vantaggi e futuro delle protesi custom
«Risulta complesso – risponde Leardini – determinare il costo reale di un impianto personalizzato, in sanità pubblica come in quella privata-convenzionata.
Naturalmente il custom costa più dello standard (soprattutto per il lavoro aggiuntivo dei chirurghi e degli ingegneri), ma presenta tantissimi vantaggi tecnici (niente stoccaggio o magazzino, minor materiale per la sterilizzazione, velocità dell’intervento in sala operatoria con associato minor rischio di infezione, minor riabilitazione, verosimile crollo dei fallimenti e delle revisioni, ecc.)».
Un altro vantaggio risiede nella possibilità di realizzare prototipi plastici in 3D che da una parte «consentono a chiunque di comprendere l’intervento e i suoi possibili rischi»; dall’altra «sono di grande valore per la formazione medico-chirurgica».
In merito al futuro dei trattamenti ortopedici personalizzati, Leardini si dice ottimista, anche a fronte dell’ampia diffusione del custom.
«Dagli attuali casi clinici complessi per i quali non ci sono molte alternative (come perdite o tumori dell’osso) – conclude Leardini – credo si andrà sempre più verso la chirurgia elettiva, come le osteotomie e le sostituzioni delle piccole articolazioni, nonché verso le revisioni».
Leggi anche: https://www.sanitadomani.com/ingegneria-chirurgica-in-sala-operatoria/
Link al Laboratorio Analisi del Movimento:
http://www.ior.it/laboratori/lab-analisi-movimento/laboratorio-di-analisi-del-movimento
Nella foto in alto: L’Ing. Alberto Leardini, direttore del laboratorio, con alcuni componenti della sua équipe