Un metodo testato per la realizzazione di blocchi da osteotomia per trattare caviglie con artrosi.
L’artrosi di caviglia è una conseguenza di distorsioni a carico dell’articolazione e può richiedere un intervento chirurgico di osteotomia per stabilizzare la parte e correggere eventuali deformità in varo o in valgo. A tal fine si utilizzano dei blocchi per fissare le ossa nel giusto rapporto.
Tradizionalmente questi blocchi operatori sono formati da ossa autologhe o eterologhe, ma con l’avvento della tecnologia additiva si producono oggi dei blocchi personalizzati, con il pregio di non dare alcun rischio di rigetto, come invece fanno gli allograft, che siano autologhi o eterologhi. La struttura scelta è porosa, per favorire la colonizzazione da parte dei tessuti nativi del paziente.
Una superficie porosa riduce inoltre il rischio di scivolamento dell’impianto. Un recente studio cinese si concentra proprio sulla stampa additiva di un blocco per osteotomia di caviglia. Nel lavoro, pubblicato su “Scientific Reports”, si presenta la progettazione del blocco e si effettuano dei test di resistenza in laboratorio.
Studio della struttura migliore per il blocco
La funzione primaria di una osteotomia di caviglia è di correggere la linea di forza dell’articolazione, ritardare la progressione dell’artrosi e ridare parte, se non tutta, la funzionalità all’articolazione.
Infine, si intendono allentare i sintomi, tipicamente il dolore. In fase di progettazione gli autori hanno utilizzato il modello “Three-period minimum surface” (TPMS), una struttura geometrica che consente massima connessione, alta forza specifica, alta rigidità e curvatura minima pari a 0.
Grazie a questa forma geometrica, gli autori hanno progettato due diverse possibili superfici porose, G e D, simili nella struttura ma non nella densità del materiale. Alla fine, è stato stampato un prototipo per tipologia di struttura progettata, utilizzando come materiale il titanio Ti-6Al-4V, il più utilizzato in ambito sanitario.
I prototipi sono stati quindi sottoposti a test di solidità in laboratorio applicando una forza di carico di 360 N e utilizzando un rapporto della forza di distribuzione tra tibia e perone di 5:1. Di conseguenza, se la forza di carico sulla tibia è di 300 N, quella sul perone è di 60 N.
Gli autori hanno quindi osservato i risultati del test: nel caso della struttura G si è ottenuto un collasso progressivo dall’alto verso il basso dei diversi strati, mentre nel caso della struttura D si ottiene una rottura per taglio con angolo di 45° che impedisce l’assorbimento di energia, rendendola più fragile. Gli autori hanno quindi optato per la prima struttura G, utilizzata come punto di partenza per elaborare la porosità migliore per il blocco.
I vantaggi di usare il TPMS
Il Three-period minimum surface a livello progettuale consente di elaborare superfici porose su piani differenti e meno dense e rigide rispetto a quelle “piene”, il che favorisce la migrazione delle cellule e l’osteosintesi delle placche con i tessuti nativi. Il metodo si dimostra quindi efficace.
Tuttavia, gli autori ricordano che, in ambiente reale e non laboratoriale, sarebbe necessario eliminare tutta la polvere dalla superficie del blocco da osteotomia, per esempio attraverso la sabbiatura.
Lo studio: Xie, Hq., Xie, Ht., Luo, T. et al. Design of 3D printing osteotomy block for foot based on triply periodic minimal surface. Sci Rep 14, 15851 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-65318-4
