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Modelli computazionali per prevedere l’esito del trattamento osseo

Il rimodellamento osseo è un processo biologico complesso che coinvolge l’interazione di numerosi tipi e fattori cellulari. Un modello computazionale di questo processo potrebbe prevedere le risposte a lungo termine che fanno seguito a un intervento chirurgico.
Modelli computazionali per prevedere l’esito del trattamento osseo
Molte malattie del muscolo scheletrico hanno bisogno di impianti di protesi artificiali, ma sempre più prove scientifiche indicano che l’esito funzionale di tali trattamenti dipende dal paziente e richiede quindi una comprensione più approfondita dei fattori che regolano l’adattamento dell’osso all’impianto.

L’obiettivo del progetto CAD-BONE (Patient-specific predictions for bone treatments), finanziato dall’UE, era sviluppare la tecnologia in grado di simulare l’adattamento/guarigione dell’osso dopo l’impianto della protesi. A tal fine i ricercatori hanno riunito in un unico strumento elaborazioni di immagini, creazione di modelli muscoloscheletrici e algoritmi di rimodellamento osseo. L’idea era prevedere le modifiche morfologiche dell’osso dovute alle alterazioni delle condizioni di carico meccanico.

I ricercatori hanno generato un modello specifico del femore nel quale le regioni di adesione e le forze muscolari erano identificate tramite analisi computerizzata della deambulazione (gait analysis, GA). Con questo modello sono stati in grado di prevedere la distribuzione della densità ossea in modo simile alle immagini standard di CT (tomografia computerizzata). Oltre a modelli che simulavano la guarigione di fratture ossee complesse sono stati testati modelli di rimodellamento osseo su base fenomenologica, validati in casi clinici di un determinato outcome. Il consorzio ha inoltre utilizzato diverse analisi numeriche per accelerare le simulazioni di rimodellamento osseo.

Nel loro insieme le attività e i progressi tecnologici di CAD-BONE hanno fornito una nuova metodologia per prevedere l’outcome del trattamento protesico. La migliorata conoscenza dei fattori meccanici che influenzano il rimodellamento e la guarigione ossei è di importanza fondamentale per la progettazione di terapie efficaci.

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Keywords

Modello computazionale, osso, impianto prostetico, CAD-BONE, guarigione, rimodellamento osseo