Proposte di tesi di laurea magistrale presso l’Unità di Biomeccanica Computazionale del Laboratorio di Tecnologia Medica dell'Istituto Ortopedico Rizzoli (Bologna)

Unità di Biomeccanica Computazionale del Laboratorio di Tecnologia Medica dell'Istituto Ortopedico Rizzoli.

 

Il tema di ricerca principale del laboratorio è la realizzazione di modelli del sistema muscoloscheletrico a diverse scale dimensionali.

 

Gli obiettivi di ricerca sono definiti a partire da richieste/problemi clinici (siamo un laboratorio di ricerca che fa parte di un ospedale). Attualmente stiamo lavorando su:

-    caratterizzazione meccanica del tessuto osseo normale e patologico

-    predizione con modelli numerici della resistenza ossea in diverse condizioni patologiche

-    valutazione dell'evoluzione temporale dell'intero sistema muscoloscheletrico nelle ricostruzioni scheletriche massive in oncologia pediatrica

-    pianificazione chirurgica e riabilitazione nell'artroprotesi d'anca.

 

Per raggiungere tali obiettivi stiamo sviluppando metodologie numeriche su tre scale dimensionali (tessuto osseo, segmenti ossei, apparato muscoloscheletrico):

 

1) Modellazione microFEM, ovvero caratterizzazione biomeccanica del tessuto osseo con modelli FEM di biopsie realizzati da dati microCT

2) Modellazione FEM subject specific di interi segmenti ossei, realizzati da dati CT

3) Modellazione muscoloscheletrica con modelli multicorpo, per la determinazione delle forze articolari e muscolari agenti sulle ossa

 

Di seguito riportiamo alcuni titoli di tesi di laurea specialistica (comunque da affinare e concordare con ogni laureando e in relazione alle priorità del laboratorio).

 

MicroFEM/caratterizzazione tessuto osseo

 

1) Stima delle proprietà meccaniche elastiche e a rottura del tessuto osseo trabecolare umano, attraverso modelli numerici accoppiati a scansioni microCT e misure sperimentali basate su tecniche di correlazione digitale di immagine.

 

2) Identificazione e verifica della funzionalità di algoritmi per la determinazione della anisotropia dell'osso trabecolare da dati CT/micro CT, con applicazione alla modellazione ad elementi finiti di segmenti ossei.

 

Modellazione FEM di segmenti ossei

 

1) Modelli ad elementi finiti subject specific per la stima della resistenza ossea: applicazione a casi clinici

 

2) Algoritmi di deblurring e/o stima di spessore e densità dell'osso corticale: possono incrementare l'accuratezza dei modelli ad elementi finiti subject specific di segmenti ossei?

 

3) (questa proposta di studio si colloca a cavallo tra il FEM a livello d'organo e il microFEM) Quali caratteristiche microstrutturali sono fondamentali per la stima accurata della resistenza vertebrale?

 

Modellazione del sistema muscoloscheletrico

 

1) Valutazione delle funzionalità muscoloscheletriche post-operatorie in soggetti displasici

 

2) Quali sono i carichi articolari e le forze muscolari in età pediatrica? Realizzazione, a partire da dati di analisi del cammino e attraverso modelli muscoloscheletrici probabilistici, di un database indicizzato dei carichi articolari e muscolari agenti sulle ossa dell'arto inferiore in pazienti pediatrici.

 

3)(questa proposta di studio si riferisce allo sviluppo di modelli muscoloscheletrici accoppiati a modelli FEM) Qual è lo stato di sollecitazione indotto nei principali segmenti ossei dell'arto inferiore dalle attività motorie più comuni (cammino in piano, salita/discesa scale, alzata dalla sedia)?

 

4) Modelli muscoloscheletrici guidati da sensori inerziali e/o elettromiografia: sviluppo di metodi e confronto delle predizioni rispetto a modelli basati su stereofotogrammetria

 

5) Implementazione di diverse strategie di coordinazione muscolare per il calcolo di carichi muscoloscheletrici

 

 

 

Riferimento: Prof. Ing. Paolo Bisegna