Protesica digitale: dal modello 3D all’invasatura definitiva

La digitalizzazione in ambito ortoprotesico non è una novità degli ultimi anni. I primi sistemi cad-cam, introdotti già alla fine degli anni Novanta, avevano avviato un percorso di trasformazione che riguardava soprattutto la fase di acquisizione delle misure e la progettazione digitale, lasciando però alla fresatura del positivo e alla successiva lavorazione analogica la parte produttiva. Il flusso rimaneva dunque ibrido: digitale nella modellazione, tradizionale nella realizzazione dell’ausilio.

Oggi l’evoluzione della stampa 3D sta modificando in modo più radicale questo assetto. La produzione additiva consente di superare il passaggio intermedio della fresa e del positivo fisico, aprendo la strada a un ciclo completamente digitale: dalla scansione del moncone alla progettazione software, fino alla realizzazione diretta dell’invasatura di prova e definitiva. Un cambiamento che non sostituisce il sapere tecnico maturato con il metodo classico, ma lo ridefinisce, spostando il baricentro verso la progettazione e la gestione del flusso digitale.

Di questa evoluzione, tra continuità e innovazione, racconta la propria esperienza Marco Zucchini, tecnico ortopedico e titolare di Poliortopedia, realtà che ha scelto d’investire in un flusso interamente digitale integrando progettazione avanzata e stampa 3D nella pratica clinica quotidiana.

Evoluzione a passi da gigante

Negli ultimi trent’anni la tecnica protesica ha vissuto una fase di trasformazione continua che ha interessato l’intero sistema arto inferiore. La componentistica – dai piedi a restituzione di energia ai sistemi piede-caviglia a controllo elettronico, fino ai ginocchi idraulici, elettronici e bionici – ha raggiunto livelli di performance impensabili solo pochi decenni fa, migliorando sicurezza, adattabilità e qualità del cammino. Parallelamente all’evoluzione meccatronica dei moduli protesici, anche i materiali hanno conosciuto un salto qualitativo, con l’affermazione dei compositi in fibra di carbonio e dei tecnopolimeri ad alte prestazioni.

Se la componentistica ha beneficiato di una forte industrializzazione e standardizzazione, la costruzione dell’invasatura è rimasta a lungo dominio della manualità e dell’esperienza del tecnico ortopedico. È proprio su questo snodo che oggi il digitale sta chiudendo il cerchio: non più solo supporto alla progettazione, ma processo integrato che ridisegna il ruolo del tecnico, sempre più orientato alla progettualità e alla gestione del flusso digitale.

Pionieri nella stampa 3D

L’esperienza di Poliortopedia s’inserisce in questo scenario. Questa realtà bresciana, guidata da Marco Zucchini, non nasce digitale ma affonda le radici nel metodo tradizionale: presa d’impronta in gesso, realizzazione del positivo e costruzione dell’invasatura attraverso termoformatura di materiali plastici e laminazione tradizionale in materiali compositi, utilizzati in funzione delle prestazioni richieste.

L’avvicinamento al digitale è avvenuto per gradi, dapprima attraverso la progettazione software e la scansione, in un momento in cui il sistema cad-cam rappresentava già una possibilità consolidata nel settore. «Non abbiamo mai avuto una fresa a controllo numerico», spiega Zucchini. «Il nostro ingresso nel digitale è stato direttamente legato alla stampa 3D. Abbiamo iniziato a disegnare, a progettare, cercando di trasportare il metodo analogico nel digitale».

Una scelta pionieristica, che ha comportato inevitabili criticità: studio dei software, selezione dei materiali, confronto con il mondo dei maker e con tecnologie non ancora standardizzate per l’ortopedia. Proprio questa sperimentazione, però, ha consentito di costruire un flusso completamente digitale, dalla rilevazione alla produzione, senza passaggi intermedi ibridi.

Tre macro-fasi

Il flusso digitale di Poliortopedia si articola oggi in tre macro-fasi: rilevazione, progettazione e produzione. «La rilevazione avviene tramite scanner, la modellazione attraverso software di progettazione 3D e la produzione mediante stampa additiva. Il digitale non è, tuttavia, una scelta ideologica, ma uno strumento tecnico che applichiamo in funzione del caso clinico. In alcune condizioni, il calco in gesso rimane la soluzione più appropriata».

La selezione della tecnologia è guidata dalle esigenze funzionali del paziente. «Un’invasatura in composito di fibra di carbonio laminata con resina epossidica garantisce livelli di leggerezza e resistenza meccanica che, in determinate situazioni ad alta richiesta prestazionale, risultano superiori rispetto alle soluzioni additive. In presenza di utenti sportivi o con carichi funzionali elevati, la laminazione tradizionale resta una scelta indicata. Diverso è il contesto della maggior parte dell’utenza assistita: la quota prevalente dei nostri pazienti è over 50 e ha un livello di attività quotidiana non sportivo. In questi casi, la stampa 3D consente di ottenere performance pienamente adeguate in termini di stabilità, comfort e sicurezza nel cammino».

I vantaggi operativi sono rilevanti. «La produzione additiva elimina il passaggio del positivo fresato e riduce i tempi di lavorazione. Inoltre, la possibilità d’intervenire direttamente sul file digitale consente di apportare modifiche rapide all’invasatura di prova senza ripetere l’intero ciclo produttivo. A ciò si aggiunge un miglioramento delle condizioni di lavoro, con minore esposizione a polveri e sostanze chimiche e maggiore disponibilità di tempo da dedicare alla valutazione clinica del paziente».

Potenzialità e limiti della scansione

La fase di rilevazione rappresenta il primo snodo del flusso digitale. La scansione tridimensionale consente di acquisire in modo rapido e non invasivo la geometria del moncone, riducendo i tempi rispetto alla presa d’impronta tradizionale e migliorando l’esperienza del paziente. Tuttavia, la tecnologia presenta ancora limiti clinicamente rilevanti, soprattutto nelle amputazioni transfemorali. «Lo scanner è uno strumento che rileva volumi esterni. Registra la superficie nella condizione in cui si trova al momento dell’acquisizione, ma non è in grado di replicare la pressione manuale selettiva che il tecnico ortopedico esercita durante la presa in carico tradizionale. Nel caso delle amputazioni transtibiali, dove la modellazione si basa in prevalenza sulla gestione dei volumi e sulla distribuzione dei carichi, la scansione può risultare già pienamente efficace. Diverso è il contesto transfemorale, in cui la tecnica richiede l’individuazione e la compressione controllata di specifiche aree anatomiche, come la zona ischiatica, coperte da tessuti molli che devono essere modellati manualmente per ottenere un corretto contenimento e una stabilità adeguata dell’invasatura». Sistemi di acquisizione attivi, in grado di registrare la deformazione dei tessuti durante la compressione potrebbero essere la chiave di volta per superare questo gap. «Immagino dispositivi indossabili (come calze sensorizzate dotate di una rete di micro-sensori distribuiti sulla superficie) capaci di rilevare la forma del moncone mentre il tecnico applica le pressioni necessarie. In questo modo, la manualità clinica verrebbe mantenuta, ma tradotta in un dato digitale parametrizzabile». Una soluzione che potrebbe trovare applicazione a cascata anche in ambiti diversi, oltre alle amputazioni transtibiali, anche nella realizzazione di tutori gamba-piede, consentendo d’integrare la competenza manuale del tecnico con una rilevazione oggettivabile e riproducibile. Una prospettiva che, se concretizzata, contribuirebbe a superare definitivamente la separazione tra metodo analogico e acquisizione digitale.

La progettazione

Nel flusso digitale la progettazione è il nodo centrale, non solo perché sempre più diffusa nei laboratori ortopedici, ma perché rappresenta il punto di continuità storica tra i primi sistemi cad-cam e l’odierna stampa 3D. «A sviluppare i software dedicati al mondo ortopedico sono spesso aziende che da molti anni fanno questo lavoro: prima hanno creato strumenti per cad-cam, ora integrano la possibilità di generare il file che diventerà l’ausilio finale. In altri termini, una volta definita in modo corretto la geometria di riferimento, la progettazione può generare direttamente la superficie finale del dispositivo, eliminando un passaggio produttivo intermedio».

Da qui l’importanza di una progettazione corretta e professionale. «Senza un modello digitale sviluppato nel modo opportuno, la stampa additiva non sarà in grado di generare un risultato clinicamente appropriato. La qualità dell’ausilio dipende, dunque, in primo luogo dalla competenza progettuale del tecnico ortopedico, chiamato a tradurre in ambiente digitale il proprio sapere clinico: la gestione di pressioni e scarichi, la definizione delle aree di carico, la stilizzazione delle superfici. Il modello tridimensionale diventa così un elaborato tecnico controllabile, archiviabile e riproducibile nel tempo, capace di trasformare un processo tradizionalmente manuale in un percorso strutturato e verificabile.

La produzione additiva: invasi di prova e definitivi

La terza fase del flusso digitale è rappresentata dalla produzione mediante stampa 3D, ambito nel quale Poliortopedia ha sviluppato un approccio progressivo e differenziato in funzione dell’obiettivo clinico. La stampa additiva viene impiegata sistematicamente per realizzare le invasature di prova. «L’invasatura di test consente di verificare in ambiente controllato la correttezza della progettazione prima di procedere alla versione definitiva. In questa fase utilizziamo in prevalenza tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling), ovvero stampa a filamento, eseguita internamente. Il vantaggio è duplice: rapidità di produzione e possibilità d’intervenire in modo tempestivo sul modello digitale. Qualora, infatti, si rendano necessarie modifiche, è sufficiente intervenire sul file e ristampare l’invasatura, senza ripercorrere l’intero ciclo di lavorazione tradizionale».

Per quanto riguarda le invasature definitive, Poliortopedia si orienta verso la tecnologia a letto di polvere (powder bed), realizzata in collaborazione con un partner tecnologico specializzato, ritenuta più performante sotto il profilo meccanico e della stabilità strutturale. «Le evidenze attuali, anche sulla base di test e applicazioni internazionali, indicano nella stampa a polvere la soluzione più affidabile per l’invasatura definitiva. Stiamo, comunque, conducendo prove anche su invasature definitive realizzate in FDM con materiali tecnopolimerici come il nylon. I risultati preliminari sono ottimi».

Uno sguardo al futuro: competenze prima della tecnologia

Se la stampa 3D rappresenta la frontiera più visibile dell’innovazione, il futuro della protesica digitale non si gioca primariamente sull’hardware, ma sulle competenze. «Per un’azienda ortopedica che vuole abbracciare la protesica digitale il primo investimento non dovrebbe essere sulla macchina ma sulla progettazione. È necessario acquisire familiarità con gli strumenti digitali, comprendere come il sapere analogico possa essere trasferito in ambiente parametrico e strutturare un metodo di lavoro coerente. Per la produzione vera e propria ci si può affidare a partner esterni, rimandando un possibile investimento in queste nuove tecnologie quando il flusso di lavoro sarà più consolidato. Questo permetterà anche di abbracciare in futuro tecnologie più mature, visto che il settore della stampa 3D è ancora oggi in forte evoluzione». Materiali e processi sono in continuo aggiornamento anche nell’ambito della protesica digitale. «Il laboratorio ortoprotesico del futuro sarà sempre più orientato alla progettazione avanzata e alla gestione digitale del dato, mentre la produzione potrà essere organizzata in modo flessibile, anche attraverso reti collaborative. Il digitale non sostituirà la competenza del tecnico ortopedico: ne ridefinirà il perimetro, rafforzandone il ruolo progettuale e clinico».