Meccanica Magazine n. 4

lacune ossee, rendendo immediato il processing delle immagini al
sincrotrone.
Quali sono gli obiettivi raggiunti da GAP?
Il progetto GAP ha raggiunto diversi incoraggianti risultati.
Attualmente, grazie alla progettazione meccanica ed elettronica e
conseguente realizzazione di un dispositivo a micro-compressione,
è stato possibile mappare le caratteristiche meccaniche locali
di teste femorali sane e patologiche. Questo ha consentito di
determinare le zone ad elevata rigidezza, sede della trasmissione dei
carichi dal bacino al femore. Inoltre, la metodologia implementata
ha consentito di valutare la variabilità inter-paziente, identificando
casi borderline di soggetti affetti da artrosi locale o osteopenia. La
caratterizzazione meccanica, coniugata all’imaging al sincrotrone a
risoluzione 1.6 µm a intervalli di spostamento applicato crescenti,
ha permesso di stimare le interazioni tra micro-cricche e lacune,
identificando fenomeni tenacizzanti come il “ligament bridging”.
Il costo computazionale elevato derivante dalla mole di dati ad
altissima risoluzione ha portato all’implementazione di reti neurali
convoluzionali per la localizzazione ed identificazione automatica
di micro-cricche e lacune. Si osserva come, nella totalità dei
casi analizzati, le cricche non originino dalle lacune ossee e che
quest’ultime presentino una densità maggiore ed una forma ellittica
in presenza di osteoporosi.
Quale è il futuro di GAP?
Le tecniche avanzate di imaging al sincrotrone, insieme alla
caratterizzazione meccanica locale, consentono di comprendere
come si sviluppa il micro-danneggiamento all’interno delle ossa
umane. Le immagini ottenute permettono l’implementazione di
modelli computazionali validati, in grado di predire le regioni in cui
vi è il rischio di frattura, ancor prima che essa si verifichi. Inoltre,
l’identificazione di un indice di infragilimento alla micro-scala,
correlato con le tecniche di imaging attualmente utilizzate in clinica,
consentirebbe di ottenere uno strumento aggiuntivo e più specifico
per individuare soggetti a rischio di sviluppo di patologie ossee. Infatti,
l’individuazione precoce di una maggiore propensione alla fragilità
ossea a livello della micro-scala consentirebbe la somministrazione
preventiva di farmaci per contrastare la perdita di densità minerale
ossea. Inoltre, questo porterebbe a ritardare l’ospedalizzazione e
l’allettamento di molti pazienti ed un prolungamento della loro vita
attiva. GAP, dunque, volge il suo sguardo verso un approccio pratico
e dal forte impatto sociale, interfacciandosi direttamente non solo
con i clinici, ma anche con i pazienti, utenti finali delle sue ricerche.
meccanica magazine
29
ENG
The GAP project for an early diagnosis and prevention of bone
diseases
GAP originates from the active collaboration between national
and international research centers, from the crossover of various
and interpenetrating skills. The GAP (image-Guided computational
and experimental Analysis of fractured Patients) project, has an
ambitious goal: to obtain an early diagnosis of bone diseases and
to assist clinicians in the therapeutic process. GAP started in
2020 to responds to the need of clinicians of Gruppo San Donato
Foundation (Galeazzi Orthopaedic Institute, Milan) to limit the
criticalities induced by bone fragility fractures, which are worryingly
incrementing due to the increase in the average age of the population
and the onset of bone diseases. Indeed, forecasts indicate an
increase of these fractures in Italy of 22.4% by 2030. In addition to
their dramatic incidence on the population, especially on women,
a serious problem of economic and psychosocial nature emerges.
On the one hand, the increased hospitalization has an exponential
impact on the health system, on the other hand, the loss of mobility
and independence is an important cause of psychological decline
on patient’s side. Currently, in the clinic, bone fragility fractures
are recognized and treated with evident delay, when the prognosis
may be severe or even catastrophic. The actual diagnostic imaging
techniques, such as radiographs or Dual X-ray Absorptiometry, work
with a resolution in the order of millimeters, inadequate to detect
the onset of micro-fractures, which represent the origin of the
damage phenomenon. Additionally, these techniques often suffer
from clinician’s subjectivity. And so, GAP sees the light, shaped
in the Department of Mechanics of the Politecnico di Milano, by
the hands of Professor Vergani, coordinator of the project with
decades of specific experience in fracture mechanics, and by the
young researcher Federica Buccino, who combines the mechanical
aspects with the biomedical field of the study.
In order to better describe the GAP action plan, it is crucial to provide
answers to some questions:
What is GAP’s innovative idea for alleviating the burden of fragility
fractures?
In order to achieve early diagnosis of bone disease and reduce the
socio-economic impact of fractures, action must be taken before the
fracture requires massive clinical intervention. For this reason, GAP