Le attività del Laboratorio di Bioingegneria Computazionale (BIC) sono finalizzate allo studio della biomeccanica dell’apparato muscoloscheletrico attraverso i metodi della modellazione numerica a diverse scale dimensionali, dall’intero organismo alla microstruttura. 

Lavoriamo in stretta collaborazione con la clinica per lo sviluppo di modelli predittivi e personalizzati a partire da dati diagnostici, e di applicazioni software di supporto alla modellazione ed alle decisioni cliniche.

Le attività strategiche del Laboratorio BiC sono:

1. sviluppo, validazione e applicazione di modelli numerici muscoloscheletrici per la predizione di carichi muscolari e articolari, e della resistenza meccanica dell’osso da immagini diagnostiche, in condizioni fisiologiche e patologiche;
2. sviluppo di software per la bioingegneria computazionale; 
3. sviluppo di Decision Support Systems per la clinica, ad esempio soluzioni per la pianificazione chirurgica di complesse ricostruzioni scheletriche.

Le applicazioni cliniche principali di questi modelli sono ad oggi:

• predizione del rischio di frattura legato a patologie che compromettono la resistenza meccanica dell’osso, principalmente nel femore prossimale e nelle vertebre;
• analisi della funzionalità e del rischio biomeccanico legati ad alterazioni della funzionalità articolare, con particolare riferimento all’anca e al ginocchio;
• analisi della competenza meccanica di grandi ricostruzioni scheletriche in oncologia ortopedica.

Disponiamo di procedure di modellazione consolidate, pubblicate e, ove possibile, validate, con le quali siamo in grado di indirizzare studi sperimentali relativamente ai problemi clinici sopra evidenziati. Le nostre metodologie numeriche sono basate principalmente su:

• modellazione ad elementi finiti personalizzata dei segmenti ossei e tessuti molli da dati diagnostici (es. Computed Tomography, MRI) e relativa validazione in vitro per confronto con dati sperimentali;
• modellazione muscoloscheletrica con modelli multicorpo, per la determinazione delle forze muscolari e articolari agenti sulle ossa;
• sviluppo di software per la fusione di dati e segnali biomedicali:
  • Bonemat per la mappatura proprietà meccaniche su modelli FEM di segmenti ossei;
  • nmsBuilder per la generazione di modelli personalizzati muscoloscheletrici a partire da dati diagnostici e successiva integrazione con il solutore OpenSim;
  • HipOp-Plan per la pianificazione chirurgica di ricostruzioni d’anca da immagini diagnostiche.