ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
Il bacino è una struttura fondamentale del corpo umano, che svolge un ruolo cruciale
nel sostenere la colonna vertebrale, nel trasferire i carichi dal tronco agli arti inferiori e
nel mantenere l’allineamento sagittale. Il suo comportamento meccanico è complesso a
causa del significativo dimorfismo sessuale e della variabilità interindividuale, rendendo
la comprensione dettagliata dell’anatomia del bacino essenziale per il progresso sia della
biomeccanica, che dei trattamenti clinici e chirurgici. L’analisi della funzionalità pelvica
può essere condotta attraverso tre approcci principali: analisi in vivo, misurazioni sperimentali in vitro e metodi in silico. Tra questi ultimi, la modellazione paziente-specifica, spesso
basati su elementi finiti (FE), è emersa come uno strumento potente per simulare con pre
cisione la biomeccanica del bacino, consentendo analisi dettagliate non ottenibili usando
studi in vivo e in vitro.
L’obiettivo di questa tesi è sviluppare un modello CAD parametrico del bacino popolazione
e sesso-specifico, comprensivo di ossa sacrali e pelviche, per stimare i parametri anatomici
chiave sulla base di correlazioni con variabili facilmente accessibili, come l’altezza del
soggetto. Il modello iniziale è stato costruito utilizzando i dati della letteratura e suc
cessivamente specializzato per popolazioni caucasiche, utilizzando ricostruzioni 3D da
scansioni CT ex vivo. Per tenere conto del significativo dimorfismo sessuale nell’anatomia
pelvica, sono stati sviluppati modelli specifici separati per ciascun sesso. Il modello è
stato validato confrontando le sue previsioni con le misure derivate da immagini CT e con
i valori della letteratura. Questo approccio parametrico semplifica la valutazione delle
dimensioni del bacino, consentendo una diagnostica più efficiente e supportando nuove
applicazioni in ambito biomeccanico, clinico e chirurgico. La sua integrazione con un mod
ello parametrico della colonna vertebrale esistente può inoltre migliorare la valutazione
dell’allineamento sagittale spino-pelvico. I risultati di questa ricerca contribuiscono a
una migliore comprensione della biomeccanica pelvica, affrontando le variazioni specifiche
legate alla popolazione e al sesso, contribuendo in ultima analisi alla diagnosi e gestione
di condizioni pelviche e spino-pelviche.
The pelvis is a fundamental structure in the human body, playing a crucial role in sup
porting the spine, transferring loads from the trunk to the lower limbs, and maintaining
sagittal alignment. Its mechanical behavior is complex also due to significant sexual dimor
phism and interindividual variability, making a detailed understanding of pelvic anatomy
necessary for advancing biomechanics, as well as clinical and surgical treatments. To
analyze pelvic function and load distribution, three main approaches are available: in
vivo analysis, in vitro experimental measurements, and in silico methods. Among the latter,
patient-specific modeling, often based on finite elements (FE), has emerged as a powerful
tool to accurately simulate pelvic biomechanics, enabling detailed analyses not achievable
using in vivo and in vitro studies.
The aim of this thesis is to develop a population- and sex-specific parametric CAD model
of the pelvis, including sacral and pelvic bones, based on key anatomical parameters
estimated using correlations with easily accessible variables, such as subject’s height.
The initial model was constructed using literature data and subsequently refined into a
Caucasian-specific version, using 3D reconstructions from ex vivo CT scans. To account
for the significant sexual dimorphism in pelvic anatomy, separate sex-specific models were
developed. The model was validated by comparing its predictions with both CT-derived
measurements and literature values. This parametric approach simplifies the assessment of
pelvic dimensions, enabling more efficient diagnostics and supporting biomechanical, clin
ical and surgical applications. Integration with an existing parametric spine model may
enhance the evaluation of spino-pelvic sagittal alignment. This research advances the un
derstanding of pelvic biomechanics by addressing population- and sex-specific variations,
ultimately contributing to the diagnostics and management of pelvic and spino-pelvic
conditions.