Simulazione computazionale dell'instabilità rotulea

Le due procedure di stabilizzazione più comuni per i pazienti con instabilità rotulea ricorrente sono la ricostruzione del legamento femoro-rotuleo mediale (MPFL) e la medializzazione della tuberosità tibiale. La ricostruzione MPFL sta crescendo in popolarità, in gran parte a causa delle esigenze tecniche del riallineamento della tuberosità tibiale e delle preoccupazioni relative alla guarigione ossea attraverso l'osteotomia. In caso di grave displasia trocleare e/o di una tuberosità tibiale notevolmente lateralizzata, un innesto MPFL teso secondo gli standard attuali potrebbe non fornire una resistenza sufficiente per limitare il trascinamento rotuleo laterale che causa una continua instabilità. L'aumento della tensione dell'innesto potrebbe sovraccaricare la cartilagine femoro-rotulea mediale. Lo studio proposto si basa sull'ipotesi che la capacità della ricostruzione MPFL di limitare efficacemente il maltracking rotuleo laterale diminuisca con l'aumentare della displasia trocleare e della posizione laterale della tuberosità tibiale. Verrà eseguita una simulazione dinamica computazionale della funzione del ginocchio per stabilire standard anatomici per i quali la medicalizzazione della tuberosità tibiale è più probabile rispetto alla ricostruzione MPFL per limitare il maltracking rotuleo senza sovraccaricare la cartilagine femoro-rotulea. Il primo obiettivo specifico è quello di replicare computazionalmente il maltracking rotuleo laterale e la pressione applicata alla cartilagine durante la funzione per i pazienti in trattamento per l'instabilità rotulea. I modelli multicorpo dinamici del ginocchio che rappresentano i pazienti in trattamento per l'instabilità rotulea ricorrente saranno basati su ricostruzioni 3D da scansioni MRI. La tecnica di modellazione tratta le superfici ossee e cartilaginee come corpi rigidi con contatto hertziano che determinano le forze di contatto e guidano il movimento articolare. Verranno utilizzate tecniche di analisi degli elementi discreti per caratterizzare i modelli di pressione di contatto basati sulla sovrapposizione delle superfici cartilaginee. I modelli saranno validati individualmente confrontando l'output con i dati in vivo. La fonte dei dati in vivo sarà la ricostruzione computazionale della funzione in vivo basata sui movimenti eseguiti dai pazienti che forniscono i dati di imaging per lo sviluppo del modello. Il secondo obiettivo specifico sarà quello di caratterizzare computazionalmente l'influenza della stabilizzazione chirurgica sulla funzione del ginocchio per i singoli pazienti. Verranno simulate la ricostruzione MPFL e la medializzazione della tuberosità tibiale, ciascuna con variazioni nei parametri chirurgici. Verranno simulate le effettive procedure chirurgiche eseguite sui pazienti, con l'influenza sul tracciamento laterale rispetto ai risultati in vivo per convalidare la rappresentazione delle procedure chirurgiche. Il terzo obiettivo specifico sarà confrontare le opzioni chirurgiche in funzione dell'anatomia femoro-rotulea. Le variazioni nel tracciamento rotuleo e la pressione applicata alla cartilagine saranno confrontate tra la ricostruzione MPFL e la medializzazione della tuberosità. Inoltre, saranno sviluppate tecniche per alterare parametricamente la displasia trocleare e la lateralizzazione della tuberosità all'interno dei modelli. Le simulazioni verranno eseguite variando l'anatomia per impostare gli intervalli entro i quali ciascuna opzione chirurgica può limitare il maltracking rotuleo senza aumentare le pressioni di contatto. Il sistema di modellazione sarà disponibile per studi futuri che affrontino ulteriori opzioni chirurgiche e parametri anatomici relativi all'instabilità rotulea.