SIMULAZIONE DIGITALE AVANZATA

La modellazione e simulazione phisics-based  si basa sull’ impiego di tecnologie adatte a modellare, analizzare e replicare nel mondo virtuale il comportamento fisico di oggetti e persone reali, simulando fenomeni quali il movimento, la deformazione.L’ analisi del movimento e della dinamica di catene cinematiche, il metodo degli elementi finiti per lo studio delle deformazioni e delle sollecitazioni in continui elastici ed iperelastici, l’ analisi dei modi di vibrare, della trasmissione del calore, le tecniche per l’analisi e la simulazione di fluidi danno vita a sistematiche di analisi articolate e complesse.Definire e replicare struttura prima e movimenti del corpo umano poi, sono solo i primi due passi di un progetto ambizioso che si propone di analizzare le forze che vengono applicate e che descrivono il modo con cui l’ uomo interagisce con l’ ambiente fisico, psichico ed emozionale  che lo circonda e rispetto ad esso si atteggia assumendo la propria postura.Lo studio della struttura, del movimento e delle forze applicate porta necessariamente ad affrontare argomenti ancor più complessi come l’ efficienza  e il bilancio energetico di bio-macchine soggette all’ usura da fatica, la ‘’sostituzione’’ delle parti usurate e il recupero degli schemi motori che le  ‘’ fanno funzionare ‘’  fisiologicamente .Oggi sempre più spesso la medicina integra spazi un tempo esclusivi della ingegneria e con essa condivide i modelli matematici più avanzati, allo scopo di utilizzare tutte le conoscenze sviluppate in secoli di ricerca per iniziare a simulare in modo attendibile la più complessa e stupefacente “macchina” con la quale abbiamo a che fare e cioè il corpo umano.La diagnostica per immagini del corpo umano gioca un ruolo fondamentale ed insostituibile in tale processo offrendo informazioni che ci consentono di andare ben oltre la diagnosi delle patologie d’ organo.

In Odontoiatria l’ avvento delle moderne tecnologie CAD/CAM ha reso possibile mediante l ‘ impiego di scanner intra-orali di estrema precisione l’ allestimento di un simulatore totalmente digitale dell‘ organo masticatorio che permette un utile impiego sia da un punto di vista diagnostico che terapeutico delle consolidate tecniche di immagine proprie della radiologia ( TAC , Cone Beam, RNM ).Lo scanner intra-orale ha trasformato l’ impronta delle arcate dentali in una vera e propria tecnica di immagine 3d che produce finalmente un oggetto misurabile e spazialmente orientabile con estrema precisione.Allo stesso modo lo smartphone e software adeguati sono in grado di replicare fedelmente i tessuti molli del volto aggiungono un’ altra tessera del puzzle anche essa ugualmente misurabile.Se l’ uso delle tecniche di immagine consente di orientare correttamente nello spazio l’ organo masticatorio, l’uso dello scanner intra-orale rende possibile  acquisire un’ immagine tridimensionale che a sua volta permette di capire come i denti in virtù di numero, forma, volume, orientamento e posizione determinano non solo la ‘’ qualità ‘’ delle forze applicate ma i pattern di deformazione dei muscoli che contraendosi generano tali forze.La modellazione e simulazione phisics-based dell’  organo masticatorio probabilmente più che per  qualunque altro distretto dell’ apparato muscolo-scheletrico, gode della possibilità di impiegare tecnologie innovative  a  ‘’ misura d’ uomo ‘’  totalmente pc-based, che permettono di portare la ricerca nella pratica clinica e l’ integrazione dei dati ottenuti con molteplici tecniche di misura ( es. dinamometri digitali ). Ciò come vedremo è particolarmente vero per l’ ecografia dinamica

La conoscenza tridimensionale della struttura dell’ organo masticatorio nonché dell‘ orientamento spaziale delle parti che lo compongono è  un passo fondamentale per comprenderne il funzionamento.L’ organo masticatorio è  una bio-macchina che svolge tutte le funzioni che gli competono mediante il movimento e l’ applicazione di forze, direttamente o indirettamente, tramite il contatto tra i denti ma non è possibile comprenderne la dinamica senza una solida analisi strutturale statica.Quest’ ultima infatti ci consente di definire da un punto di vista quantitativo ad esempio sia le potenzialità del sistema di dissipare le forze applicate, sia la sua organizzazione in termini di vincoli di movimento, intesa come la capacità di finalizzare gli effetti della contrazione muscolare per un utile scopo come masticare, deglutire e parlare conservando al contempo l’integrità delle strutture a ciò preposte.Definita la struttura resta tuttavia sul campo la necessità di animare il simulatore che abbiamo allestito il che viene di norma ottenuto in odontoiatria con sistemi che registrano i  movimenti della mandibola o delle articolazioni temporo-mandibolari ( assiografia elettronica, chinesiografia, etc ) e di misurare quale è l’ attività richiesta ai muscoli per generare i movimenti che abbiamo registrato. Come noto attualmente l’ elettromiografia di superficie si propone quale unico strumento di analisi quantitativa della attività muscolare.

Masticazione, deglutizione e fonazione sono attività complesse  che comportano il coinvolgimento della muscolatura del rachide cervicale, delle articolazioni temporo-mandibolari, della lingua, oltre che dei denti e naturalmente dei muscoli elevatori della mandibola e cioè dei muscoli masticatori propriamente detti. Tuttavia non possiamo dimenticare che muscoli elevatori della mandibola sono solo una parte di un sistema complesso che si è evoluto e strutturato per poter applicare tramite i denti forze ragguardevoli generate dalla contrazione muscolare, e gestirne poi gli effetti sull’intero sistema. Dissipazione dei carichi applicati, postura della testa rispetto al collo, conservazione delle strutture  coinvolte sono solo alcuni  dei problemi che debbono essere considerati. E’ un errore parlare di coinvolgimento passivo della muscolatura del rachide cervicale e della lingua  che al contrario hanno funzioni specifiche nel regolare l’ attività dell’ organo masticatorio. In odontoiatria, tanto a scopo diagnostico quanto al fine di valutare gli effetti di una terapia,  l’ esplorazione sistematica della muscolatura del rachide cervicale, delle articolazioni temporo-mandibolari e della lingua è un obbiettivo  fondamentale così come lo è la conoscenza tridimensionale della struttura dell’ organo masticatorio che può essere ottenuta solo mediante l’ impiego delle tecniche di immagine. Elettromiografia di superficie, condilografia elettronica, chinesiografia e posturometria sono tecniche di analisi certamente utili ma  insufficienti rispetto all’ obiettivo pocanzi indicato. In particolare, l’ elettromiografia unica tra le tecniche citate in grado di dare informazioni sulla attività muscolare, è completamente inadatta  tanto per l’esplorazione della lingua, che dell’ ATM, che dei muscoli del rachide cervicale limitando di fatto il suo campo di impiego al muscolo massetere e al muscolo temporale.

L’ ecografia dinamica è una tecnica di immagine non utilizzata in odontoiatria che al contrario per molteplici ragioni riteniamo sia  lo strumento di elezione per l’ analisi sistematica dell‘ organo masticatorio.L’ ecografia dinamica è innanzitutto l’ unico strumento attualmente disponibile in grado di studiare contemporaneamente e nel corso di attività funzionali reali (masticazione, deglutizione, fonazione, abitudini viziate, attività para-funzionali )  i muscoli, le articolazioni temporo-mandibolari e la  lingua  fornendo dati di natura sia strutturale che biomeccanica. Ma non solo, il processo di sequenze video di ecografia dinamica mediante software dedicati all’ analisi dello strain offre possibilità tanto per la diagnosi quanto per la  valutazione della terapia sino ad ora impensabili. Basti considerare la possibilità di effettuare il bilancio  energetico di una attività complessa come la masticazione degli alimenti partendo da una eco dinamica del muscolo massetere.L’ ecografia dinamica, la Cone Beam, le scansioni tridimensionali delle arcate dentali e la  RNM dinamica sono gli strumenti che la tecnica Echo-Strain impiega per l’ analisi strutturale e funzionale dell’ organo masticatorio.E’ necessario tuttavia ricordare che queste tecniche di indagine prive dei dati ottenuti con la raccolta della anamnesi e l’ esame clinico perdono molte delle loro potenzialità sia diagnostiche che terapeutiche.

Molto spesso si dice e ciò è certamente vero, che l’ ecografia manca della visone ‘’ panoramica’’ della RNM.Bisogna tuttavia ricordare che oggi è possibile disporre di sonde ecografiche doppie che registrano ciò che accade contemporaneamente sull’ emi-soma destro e  sull‘ emi-soma sinistro nella stessa posizione o su punti differenti di una catena cinematica. Ma non solo, la possibilità di impiegare più unità eco a doppia sonda aumenta per così dire l‘ orizzonte dell’ ecografia dinamica  e la possibilità di una analisi del movimento non possibile con la RNM.Consideriamo inoltre che ecografi sempre più piccoli e micro-computer permettono con facilità l’ ancoraggio di porta sonda ecografici al corpo dell‘ uomo così da poterne studiare i movimenti in condizioni sempre più vicine a quelle reali e permettere  inoltre la messa a punto di innovative tecniche di biofeedback per la rieducazione funzionale di schemi motori compromessi. RNM, RNM dinamica ed ecografia parlano un linguaggio comune e certamente una proficua integrazione tra le due tecniche è  tutt’ altro che impossibile.L’ ecografia dinamica, la RNM  e tutte le tecnologie in precedenza ricordate ci consentono oggi di costruire simulatori totalmente immateriali di grande affidabilità che proiettano a pieno titolo la medicina e l’ odontoiatra nel mondo della modellazione e simulazione phisics based del corpo umano.