Analisi dei biomateriali per la realizzazione di corsetti ortopedici per scoliosi

Scoliosis is a spinal deformity characterized by a three-dimensional and permanent deviation of the vertebral axis. In the majority of cases, it is not possible to identify the causes of this deformity, leading to the classification of idiopathic scoliosis, which accounts for about 80% of cases. Idiopathic scoliosis is further classified as childhood, juvenile, or adolescent depending on the age at which it is first diagnosed. The social impact of scoliosis is substantial, with consequences reflected in body image perception, interpersonal dynamics, and quality of life. In order to enhance the management of this condition, conservative treatment through the use of orthopedic braces is considered a fundamental strategy. However, the discomfort and limitations associated with the prolonged use of braces require a thorough analysis to improve their effectiveness and patient satisfaction. This thesis aims to overcome the main critical issues and challenges encountered in the treatment of scoliosis through an analysis of the interactions of temperature and sweating with the mechanical characteristics of the materials used in the manufacture of orthopedic braces by the Centro Ortopedico Lombardo. The primary objective is to understand how these factors may influence the mechanical performance of orthopedic braces and, consequently, their effectiveness in the conservative treatment of scoliosis. The study methods focused on uniaxial mechanical traction tests on materials such as Vivak and high-density polyethylene (HDPE) at different temperatures (23 °C and 37 °C) to evaluate their mechanical strength. The mechanical parameters analyzed were the elastic modulus, elongation at break, and maximum stress. Subsequently, it was conducted a study of the behavior of materials in response to artificial sweat, by simulating prolonged contact with a physiological-like environment in order to understand how this may affect the mechanical properties of the materials considered. The analysis of the influence of temperature and sweating on the mechanical properties of the materials showed significant differences. It emerged that the temperature variation caused a reduction in the mechanical parameters, negatively affecting the mechanical proprieties of Vivak and HDPE; while prolonged contact with a physiological-like environment led to material hydration, resulting in a variation of the mechanical characteristics. These results highlight the crucial importance of understanding such interactions to enhance the effectiveness and practicality of orthopedic braces, making a significant contribution to the management and treatment of scoliosis.

La scoliosi è una deformità della colonna vertebrale e consiste in una deviazione tridimensionale e permanente dell’asse vertebrale. Nella maggior parte dei casi non è possibile risalire alle cause di questa deformità e si parla di scoliosi idiopatiche, che costituiscono circa l’80% dei casi. La scoliosi idiopatica è classificata come infantile, giovanile o adolescenziale a seconda dell'età in cui viene diagnosticata per la prima volta. L'impatto sociale della scoliosi è rilevante, con conseguenze che si riflettono su aspetti quali la percezione dell'immagine corporea, le dinamiche interpersonali e la qualità della vita. Nell'ottica di migliorare la gestione di questa condizione, il trattamento conservativo attraverso l'utilizzo di corsetti ortopedici rappresenta una strategia fondamentale. Tuttavia, la scomodità e le limitazioni legate all'uso prolungato dei corsetti richiedono un'analisi approfondita per migliorarne l'efficacia e la soddisfazione del paziente. Il presente lavoro di tesi si propone di superare le principali criticità riscontrate nel trattamento della scoliosi attraverso un'analisi delle interazioni tra temperatura e sudorazione con le caratteristiche meccaniche dei materiali impiegati per la realizzazione dei corsetti ortopedici da parte del Centro Ortopedico Lombardo. L'obiettivo principale è comprendere come questi fattori possano influenzare le prestazioni meccaniche dei busti ortopedici e, di conseguenza, la loro efficacia nel trattamento conservativo della scoliosi. I metodi di studio si sono concentrati su prove meccaniche di trazione uniassiale su materiali come il Vivak e il polietilene ad alta densità (HDPE) a diverse temperature (23 °C e 37 °C) per valutarne la resistenza meccanica. I parametri meccanici calcolati e analizzati sono stati il modulo elastico, l’allungamento a rottura e lo sforzo massimo. Successivamente si è svolto uno studio del comportamento dei materiali in risposta al sudore artificiale, simulando il contatto prolungato con un ambiente simil-fisiologico, al fine di comprendere come questo possa influenzare nel tempo le proprietà meccaniche dei materiali considerati. L’analisi dell’influenza della temperatura e della sudorazione sulle proprietà meccaniche dei materiali ha mostrato differenze significative. È emerso che la variazione di temperatura ha causato una riduzione dei parametri meccanici, influendo negativamente sulle caratteristiche meccaniche del Vivak e del HDPE; mentre il contatto prolungato con un ambiente simil-fisiologico ha determinato un'idratazione del materiale, provocando una variazione delle caratteristiche meccaniche. Questi risultati rendono chiaro come la comprensione di tali interazioni è fondamentale per migliorare l'efficacia e la praticità dei corsetti ortopedici, offrendo un contributo significativo alla gestione e al trattamento della scoliosi.