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
