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Verifica Sperimentale del comportamento a frattura
di un bioceramico impiantato nel tessuto osseo
R. Martinetti, A. NataloniFIN-CERAMICA FAENZA s.r.l. - Faenza
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Introduzione
Lo scheletro rappresenta circa il 17% del peso totale del corpo umano, per questo la struttura ossea ed il suo comportamento BIOMECCANICO risultano di rilevante importanza.
Consideriamo che lo scheletro è sottoposto costantemente a diversi livelli di stress a seconda che si tratti di attività normali o di eventi traumatici.
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IntroduzioneOSSO
(Corticale, Spongioso)
COMPOSITO
(Inorganico / Organico)
Haversian canal
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Introduzione
49 - 148
-
Resistenza a flessione
(MPa)
11 - 17131 - 2055 -10Osso Corticale
1,6
Resistenza a compressione
(MPa)
9 - 3250 - 90Osso Spongioso
E(GPa)
Porosità(vol. %)
Materiale
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Introduzione
La cranioplasticaChirurgia ricostruttiva
esiti di traumatismi con fratture comminute e/o perdita di sostanzapostumi di craniectomia decompressivaosteomielite di opercolo osseo od infezione/rigetto di protesi Dismorfismi cranio facciali
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Materiali e Metodi
MaterialiPlacche o reti metalliche
Oro, Acciaio, Titanio, Tantalio
PolimeriNylon, Polietilene
CementiPMMA
CeramicheCeratite, Idrossiapatite
Tecnica chirurgicaModellazione intra-
operatoria manuale
Costruzione pre-operatoria: Impianto custommade in idrossiapatiteporosa
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Materiali e Metodi
Elevato grado di biocompatibilità
Osteointegrabile
Impianto su misura in Idrossiapatite porosa
(Ca)10 (PO4)6 (OH)2
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Materiali
Osso Spongioso
HA porosa
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Materiali
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 125 250 375 500 625 Diametro Equivalente (micron)
Por
osità
(%)
Macrostruttura
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Materiali
0
10
20
30
40
50
60
0 12,5 25 37,5 50 62,5 75 Diametro Equivalente (micron)
Por
osità
(%)
Microstruttura
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Materiali
2,46(± 0,96)
49 - 148
-
Resistenza a flessione
(MPa)
11 - 17131 - 2055 -10Osso Corticale
13,61 – 6,71(± 3,0)
1,6
Resistenza a compressione
(MPa)
8,28(± 1,05)
60(± 5)
HA porosa
9 - 3250 - 80Osso Spongioso
E(GPa)
Porosità(vol. %)
Materiale
References- Reilly et ali “The elastic and ultimate properties of compact bone tissue, J. Biomechanics , 8, 393-405, 1975. - Lang, S.B., Ultrasonic method for measuring elastic coefficients of bone and results on fresh and dried bovine bones, IEEE Trans. Biomed. Eng. , BME-17, 101-105, 1970. - Yoon et ali Ultrasonic wave propagation in human cortical bone. II Measurements of elastic properties and microhardness, J. Biomechanics , 9, 459-464, 1976. - Van Buskirk et ali “ The elastic moduli of bone, in Mechanical Properties of Bone , Joint ASME-ASCE Applied Mechanics, Fluids Engineering and Bioengineering Conference, Boulder, CO, 1981.
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Metodi
TAC con ricostruzione 3D del cranio e del difetto
Realizzazione di modello del cranio in resina
• Valutazione tridimensionale del difetto e realizzazione di un prototipo
del dispositivo
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Metodi
Produzione della protesi (Conformità Allegato VIII-Dir.93/42/CEE)
Intervento chirurgico di cranioplastica
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RisultatiControllo a 2 mesi
Controllo a 12 mesi
Controllo a 2 mesi
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Risultati
Controllo a 18 mesi
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RisultatiRisultati (1997 – 2003)
49 casi impiantatiEtà media 31 aa12 centri
Bambini 5 (11 aa)Uomini 30 (32 aa)Donne 14 (37 aa)
Frattura con opercolo non riutilizzabile………………… 28Decompressiva senza conservazione del volet osseo... 9Rigetto – riassorbimento – infezione ……………………. 9Tumori erosivi o malformazioni…………………………… 3
CRANIOPLASTICA in Ha Porosa
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Comportamento alla FratturaN. 1 caso di Frattura traumatica della protesi in HA porosa 11 mesi dopo l’impianto
Incidente 2 anni dopo il primo trauma
Frattura della protesi 11 mesi dopo l’impianto: causa secondo trauma
Controllo della protesi fratturata a 40 giorni ed a 6 mesi dall’incidente
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Comportamento alla Frattura post trauma
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Comportamento alla Frattura dopo 40 gg
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Comportamento alla Fratturaconfronto post trauma → 40 giorni
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Comportamento alla Fratturaconfronto post trauma → 6 mesi
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Comportamento alla Frattura
2,46(± 0,96)
49 - 148
-
Resistenza a flessione
(MPa)
11 - 17131 - 2055 -10Osso Corticale
13,61 – 6,71(± 3,0)
1,6
Resistenza a compressione
(MPa)
8,28(± 1,05)
60(± 5)
HA porosa
9 - 3250 - 80Osso Spongioso
E(GPa)
Porosità(vol. %)
Materiale
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Immagine SEM di Ha porosadopo 40 giornidall’impianto
T = tibia
IC = cresta iliaca
Comportamento alla Frattura
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Comportamento alla Frattura
Integrazioneossea e formazione di vasisanguigni
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Un periodo di permanenza dell’impianto (idrossiapatite porosa) di 6-8 mesi è sufficiente a “modificare” le caratteristiche di “fragilità” della protesi, conferendo al “composito” formatosi, un comportamento meccanico simile all’osso naturale (comportamento elastico)
La protesi mostra un comportamento biologico attivo, in grado di promuovere fenomeni riparativi
Comportamento alla FratturaConclusioni
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Conclusioni
Nessun caso di infezione e/o /rigetto
Procedura chirurgica più semplice e più veloce
Nessun caso di frattura spontanea
Risultato estetico eccellente
Rimaneggiamento osseo
CRANIOPLASTICA in Ha Porosa
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Cesena (Staffa)Bologna (Limoni)Brescia (Stefini)Caltanisetta (Fricia) Lecco (Dallolio)Rouen (Delcampe)Verona (Bricolo)Parma (Benericetti)Roma (Faiola)Bari (Giudice)Pavia(Pezzotta)Milano (Broggi)
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