Il recente sviluppo dei sistemi di navigazione per il trattamento chirurgico-ortopedico e il crescente interesse per la modellazione biomeccanica richiedono strumenti sempre più precisi per poter disporre di una accurata conoscenza delle funzionalità dell'articolazione e una corretta valutazione dell'intervento chirurgico ricostruttivo [1]. Questo crescente interesse ci ha portato ad estendere il primitivo set di funzioni implementate in MATLAB (The MathWorks Inc.) e a sviluppare un ambiente standard e general-purpose per l'analisi biomeccanica delle articolazioni diartrosiche - StudyJoint - [2-3].

 

I dati di movimento relativo e di anatomia possono essere ottenuti da diverse periferiche (ad esempio: sistemi optoelettronici, elettrogoniometri, digitalizzatori, ecc) e poi convertiti come variabili per l'ambiente StudyJoint. L'input standard dei dati è descritto secondo la seguente tipologia: ossa (punti descriventi la superficie), legamenti (bordo delle zone di inserzione), assi (due punti per la direzione) e movimenti (roto-traslazione relativa dei segmenti ossei). I dati di input sono definiti in un file che contiene la descrizione delle caratteristiche e delle relazioni tra le diverse strutture anatomiche. Il risultato della valutazione computazionale viene visualizzato in una finestra grafica 3D o 2D. I dati possono essere salvati dall'utente come immagini (BMP, JPG, TIFF) o come file di output numerico in formato ASCII o Excel (Microsoft Corporation).

 

L'interfaccia utente è stata progettata per consentire una visualizzazione interattiva intuitiva, una semplice manipolazione della finestra 3D, e una quantificazione delle superfici e l'elaborazione dei dati di movimento relativo. Per questi motivi, la finestra principale è stato diviso in 4 diversi pannelli. Il pannello centrale superiore contiene la finestra di visualizzazione 3D (vista standard 3D che consente manipolazione, visualizzazione e stampa degli oggetti); il pannello di destra contiene un elenco degli oggetti caricati e la loro status; il pannello di sinistra contiene un elenco di algoritmi di calcolo e le funzioni che sono disponibili (sezioni, orientamento e allungamento dei legamenti, asse elicale istantaneo/medio, mappe di distanza delle superfici, decomposizione dei movimenti). La metà inferiore del pannello è attivata specificatamente per aiutare l'utente ad introdurre dati di input per le specifiche valutazioni.

StudyJoint consente una gestione completa della visualizzazione 3D (rotazioni, panning, zoom in e zoom out dei dati 3D lungo i tre assi coordinati). Nella sezione di gestione delle informazioni sulle ossa è possibile proiettare le superfici 3D su piani definiti dall'utente e sui risultati ottenuti possono essere eseguiti differenti fitting (linee, cerchi o ellissi). Per i legamenti è possibile valutare gli allungamenti e gli orientamenti dei fasci rispetto un piano di riferimento specificato dall'utente. La decomposizione del movimento relativo tra i sistemi di riferimento può essere valutata per mezzo dell'algoritmo di Eulero, o Grood & Suntay, andando a stimare l'asse elicale istantaneo o medio. Anche la mappa della distanza istantanea tra strutture anatomiche può essere visualizzata. StudyJoint è stato interamente sviluppato utilizzando MATLAB 7.3.0 (Release 2006b). L'ultima versione del pacchetto è stato compilato come applicazione stand-alone, eseguito e testato su sistemi a 32-bit Microsoft Windows (Windows XP). Tutti gli algoritmi di calcolo sono stati testati e analizzati, ma rimane possibile la presenza di alcuni bug.
Questo strumento si rivolge a medici ed esperti e vuole essere utilizzato su dati clinici, test di laboratorio per una rapida ed accurata valutazione del comportamento di articolazioni diartrosiche. Inoltre StudyJoint è stato utilizzato con successo sia in applicazioni in-vitro e in-vivo applicazioni.