The technological research in the rapid prototyping field in the medical domain offers innovative tools capable of enhancing the approach to various pathologies, especially in the orthopedic sector. Orthotic therapy has already been successfully applied in the veterinary field for small-sized animals, but its utilization in large animals is limited to a few products and is under development. Developmental pathologies of the forelimb in foals, focusing on flexural deformities, angular deformities such as valgus and varus, and incomplete ossification of the carpal cuboidal bones, are among the most common orthopedic diseases and a significant cause of morbidity and mortality in the early stages of life in young foals. This study aimed to introduce a novel treatment for such pathologies through a dynamic orthosis applicable to both the forearm and the hoof regions of the foal, based on biomechanical principles. Various conservative and surgical approaches commonly used to treat the described pathologies were examined, intending to compare them with orthotic practice. The technological contribution of this work lies in the adoption of additive technology and 3D printing for the design and production of this new device. The orthosis was created in two sizes, 'small' and 'medium,' based on a previous study involving morphological parameters of numerous foal forelimbs. After making adjustments to the forearm and shin shells to make them more comfortable and ergonomic compared to the initial prototype, the hoof shell with the fetlock joint was added. This modification created a more comprehensive orthosis usable on multiple regions of the foal's forelimb, in the presence of complex and multi-articular deformities. The entire project was developed using Computer-Aided Design (CAD) methodology. The orthoses were modeled based on a tomographic scan (CT) performed on cadaveric forelimbs of identified sizes and subsequently 3D printed. Additive technology enabled modifications to the virtual model even during the design process, developing improvements to the prototype quickly. At the end of this phase, a pair of 'small' orthoses were assembled using thermoplastic polyurethane (TPU), and two pairs of 'medium' orthoses, one in polypropylene (PP) and one in TPU. The dynamic orthoses were validated on a group of healthy and pathological subjects, with the collection of photographic and video documentation, along with information regarding ergonomics, comfort, and effectiveness, to verify their applications and therapeutic utility. The documentation produced in this process comprehensively addressed the posed questions, such as indications and/or contraindications, application timings, and potential complications with orthotic treatment. A critical comparison was made at the end of the study between the strengths and weaknesses of currently used traditional therapies and those proposed by the new orthosis.
La ricerca tecnologica nel campo della prototipazione rapida in ambito medico offre strumenti innovativi in grado di migliorare l’approccio a diverse patologie, soprattutto nel settore ortopedico. La terapia ortesica è già stata applicata con successo in ambito veterinario per animali di piccola taglia ma il suo utilizzo nei grossi animali è limitato a pochi prodotti ed è in via di sviluppo. Le patologie dello sviluppo dell'arto toracico del puledro, con particolare riguardo alle deformità flessorie, angolari come valgismo e varismo e incompleta ossificazione delle ossa cuboidi del carpo, sono tra le malattie ortopediche più comuni e un'importante causa di morbilità e mortalità nelle prime fasi di vita nei giovani puledri. L'obiettivo dello studio è stato quello di introdurre un nuovo trattamento per tali patologie mediante l’utilizzo di un’ortesi dinamica applicabile su entrambe le regioni dell’avambraccio e della mano del puledro, basato sui principi della biomeccanica. Sono stati esaminati vari approcci conservativi e chirurgici comunemente utilizzati per trattare le patologie descritte, con l'intento di confrontarli con la pratica ortesica. L’apporto tecnologico di questo elaborato è rappresentato dall’adozione della tecnologia additiva e della stampa 3D per il design e la produzione di questo nuovo dispositivo. L’ortesi è stata realizzata in due taglie, 'small' e 'medium', oggetto di uno studio precedente basato sui parametri morfologici di numerosi arti toracici del puledro. Dopo aver apportato variazioni alle scocche dell'avambraccio e dello stinco per renderle più confortevoli ed ergonomiche rispetto al prototipo iniziale, è stata aggiunta la scocca dello zoccolo con l'articolazione del nodello. Questa modifica ha consentito la realizzazione di un’ortesi più completa utilizzabile su più regioni dell’arto toracico del puledro, in presenza di deformità complesse e multi-articolari. L’intero progetto è stato sviluppato con l’ausilio della metodologia mediante progettazione assistita dall’elaboratore (Computer Aided Design) o CAD. Le ortesi sono state modellate a partire da una scansione tomografica (TC) eseguita su arti anteriori cadaverici delle taglie identificate, e successivamente stampate in 3D. La tecnologia additiva ha permesso di modificare il modello virtuale anche in corso di progettazione, sviluppando migliorie al prototipo in breve tempo. Al termine di questa fase sono state assemblate una coppia di ortesi di taglia ‘small’ in poliuretano termoplastico o TPU e due coppie di ortesi di taglia ‘medium’, di cui una in polipropilene o PP ed una in TPU. Le ortesi dinamiche sono state validate su un gruppo di soggetti sani e patologici con la raccolta di documentazioni fotografiche e video oltre ad informazioni riguardanti l’ergonomia, il comfort e l’efficacia, al fine di verificarne le applicazioni e l’utilità terapeutica. La documentazione prodotta in questo processo ha risposto in modo esaustivo agli interrogativi preposti quali le indicazioni e/o controindicazioni, le tempistiche di applicazione e le eventuali complicanze con il trattamento ortesico. Al termine dell’elaborato è stato effettuato un confronto critico tra i punti di forza e di debolezza delle terapie tradizionali attualmente in uso e quelli proposti dalla nuova ortesi.
Progettazione e validazione di una nuova ortesi dinamica 3D per l’arto anteriore in puledri affetti da patologie ortopediche dello sviluppo.
PUPPO, GIULIANA
2022/2023
Abstract
La ricerca tecnologica nel campo della prototipazione rapida in ambito medico offre strumenti innovativi in grado di migliorare l’approccio a diverse patologie, soprattutto nel settore ortopedico. La terapia ortesica è già stata applicata con successo in ambito veterinario per animali di piccola taglia ma il suo utilizzo nei grossi animali è limitato a pochi prodotti ed è in via di sviluppo. Le patologie dello sviluppo dell'arto toracico del puledro, con particolare riguardo alle deformità flessorie, angolari come valgismo e varismo e incompleta ossificazione delle ossa cuboidi del carpo, sono tra le malattie ortopediche più comuni e un'importante causa di morbilità e mortalità nelle prime fasi di vita nei giovani puledri. L'obiettivo dello studio è stato quello di introdurre un nuovo trattamento per tali patologie mediante l’utilizzo di un’ortesi dinamica applicabile su entrambe le regioni dell’avambraccio e della mano del puledro, basato sui principi della biomeccanica. Sono stati esaminati vari approcci conservativi e chirurgici comunemente utilizzati per trattare le patologie descritte, con l'intento di confrontarli con la pratica ortesica. L’apporto tecnologico di questo elaborato è rappresentato dall’adozione della tecnologia additiva e della stampa 3D per il design e la produzione di questo nuovo dispositivo. L’ortesi è stata realizzata in due taglie, 'small' e 'medium', oggetto di uno studio precedente basato sui parametri morfologici di numerosi arti toracici del puledro. Dopo aver apportato variazioni alle scocche dell'avambraccio e dello stinco per renderle più confortevoli ed ergonomiche rispetto al prototipo iniziale, è stata aggiunta la scocca dello zoccolo con l'articolazione del nodello. Questa modifica ha consentito la realizzazione di un’ortesi più completa utilizzabile su più regioni dell’arto toracico del puledro, in presenza di deformità complesse e multi-articolari. L’intero progetto è stato sviluppato con l’ausilio della metodologia mediante progettazione assistita dall’elaboratore (Computer Aided Design) o CAD. Le ortesi sono state modellate a partire da una scansione tomografica (TC) eseguita su arti anteriori cadaverici delle taglie identificate, e successivamente stampate in 3D. La tecnologia additiva ha permesso di modificare il modello virtuale anche in corso di progettazione, sviluppando migliorie al prototipo in breve tempo. Al termine di questa fase sono state assemblate una coppia di ortesi di taglia ‘small’ in poliuretano termoplastico o TPU e due coppie di ortesi di taglia ‘medium’, di cui una in polipropilene o PP ed una in TPU. Le ortesi dinamiche sono state validate su un gruppo di soggetti sani e patologici con la raccolta di documentazioni fotografiche e video oltre ad informazioni riguardanti l’ergonomia, il comfort e l’efficacia, al fine di verificarne le applicazioni e l’utilità terapeutica. La documentazione prodotta in questo processo ha risposto in modo esaustivo agli interrogativi preposti quali le indicazioni e/o controindicazioni, le tempistiche di applicazione e le eventuali complicanze con il trattamento ortesico. Al termine dell’elaborato è stato effettuato un confronto critico tra i punti di forza e di debolezza delle terapie tradizionali attualmente in uso e quelli proposti dalla nuova ortesi.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14240/36568