Tesi di laurea magistrale AA 2020-2021 per studenti in Ingegneria
Titolo: Sviluppo di un modello ad elementi finiti che predica i risultati delle prove di usura articolare mediante simulatore d’articolazione (ref: wear_CC)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale, ed in stretta collaborazione con il gruppo di Tribologia diretto dal Dott. Saverio Affatato presso il Laboratorio di Tecnologia Medica dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, il candidato/a svilupperà un modello computazionale che predica l’usura tra le superfici di nuovi disegni di protesi articolari osservata sperimentalmente con simulatori di articolazione. Il progetto prevede lo sviluppo di un modello ad elementi finiti tramite l’utilizzo del software Ansys che predica i campi di pressione di contatto e di velocità relativa all’interfaccia articolare in funzione delle geometrie, delle tolleranze, dei materiali, delle proprietà superficiali, e delle condizioni di spostamento e carico imposte; da queste si deriverà poi una predizione dell’usura delle superfici, con relativo aggiornamento delle geometrie e delle proprietà superficiali e calcolo della massa perduta in prodotti d’usura. L’accuratezza del modello sarà valutata rispetto ad una serie di misure sperimentali condotte presso il gruppo di Tribologia.
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: le prove di usura mediante simulatore articolare sono obbligatorie per ogni nuovo disegno protesico. Mediamente durano tre mesi l’una, e sono molto costose. Hanno anche limiti importanti, dato che difficilmente riescono a riprodurre condizioni anomale di posizionamento, carico, o altro. Ora che è possibile fornire ai regolatori evidenze di sicurezza basate su simulazione computerizzata, molte aziende ortopediche stanno esplorando come usare metodi computazionali per rimpiazzare, almeno in parte, le prove di laboratorio più complesse. Il candidato/a approfondirà importanti aspetti della biomeccanica computazionale e acquisirà importanti competenze di modellazione e progettazione 3D oggi spendibili sia nell’ambito della ricerca che dell’industria.
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Titolo: Sviluppo di un modello sperimentale per la misura della forza di dorsiflessione in pazienti affetti da piede cadente. (ref: foot_MB)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale, ed in stretta collaborazione con il gruppo di biomeccanica sperimentale coordinato dall’Ing. Massimiliano Baleani il candidato progetterà e realizzerà un modello sperimentale per misurare la riduzione della forza di dorsiflessione in pazienti affetti da “piede cadente”. Il protocollo di misura, che contemplerà il modello sperimentale sopramenzionato, sarà verificato in laboratorio per poi essere utilizzato sui pazienti con l’obiettivo di personalizzare il trattamento mediante la realizzazione di ortesi caviglia-piede su misura.
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: durante lo svolgimento della tesi lo studente acquisirà competenze su disegno tecnico assistito, lavorazioni meccaniche e strumenti di misura, che possono essere utili in qualunque lavoro da ingegnere.
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Titolo: Verifica, validazione, e quantificazione dell’incertezza di modelli subject-specific di dinamica del sistema muscolo-scheletrico (ref: osim_GD)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale, il candidato/a svilupperà un protocollo di valutazione sistematica di modelli subject-specific di dinamica del sistema muscolo-scheletrico secondo lo standard emergente ASME V&V-40, che consentirebbe di usare questi modelli per valutare la sicurezza e/o l’efficacia di alcune classi di dispositivi medici. Questi metodi saranno applicati ad una serie di modelli costruiti a partire dai dati in open access della cosiddetta Knee Grand Challenge [https://simtk.org/projects/kneeloads].
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: la recente adozione dello standard ASME V&V-40 come requisito di qualificazione di metodi in silico da parte di FDA, divisione dispositivi medici, rende questo progetto di estrema attualità anche industriale.
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Titolo: Caratterizzazione delle proprietà meccaniche dei tessuti che compongono la testa femorale (ref: cart_MB)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale, ed in stretta collaborazione con il gruppo di Biomeccanica Sperimentale diretto dal Ing. Massimiliano Baleani presso il Laboratorio di Tecnologia Medica dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, il candidato/a condurrà uno studio finalizzato al disegno ed implementazione di un metodo per la studio delle alterazioni indotte dall’osteoartrosi nel tessuto subcondrale e trabecolare che costituiscono il supporto della cartilagine dell’articolazione coxo-femorale.
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: l’obiettivo di lungo termine è di studiare le alterazioni indotte dall’osteoartrosi nel tessuto subcondrale e trabecolare, informazione necessaria per valutare l’efficacia di trattamenti innovativi. Le competenze di biomeccanica sperimentale acquisite posso essere interessanti per aziende produttrici di dispositivi medici.
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Titolo: Sviluppo di modelli per la valutazione del rischio di frattura intraoperatoria in protesi d’anca non cementate (ref: ist4tj_NLM)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale, il candidato/a svilupperà dapprima un protocollo per la verifica e validazione secondo lo standard ASME V&V 40 in modo tale da avere, al termine del progetto, un modello computazionale affidabile. Si procederà poi con lo sviluppo di un modello stocastico, realizzato per pazienti selezionati in base a sesso, età, dimensione del femore, densità ossea e presenza di fratture. L’obiettivo è quello di stimare il rischio di frattura ossea durante l’impianto della componente femorale, tenendo conto quindi di alcune variabili quali: la dimensione del femore (e la conseguente dimensione della componente protesica), la densità ossea e l’inclinazione e l’orientamento dello stelo.
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: C’è un crescente interesse nell’industria biomedica per l’utilizzo di metodi computazionali per la valutazione preclinica di dispositivi medici.
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Titolo: Validazione di modelli FE per la predizione del rischio di frattura del collo di femore (ref: bs_NLM).
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale, il candidato/a svilupperà un protocollo di valutazione sistematica della credibilità di modelli FE per la predizione del rischio di frattura del femore secondo lo standard emergente ASME V&V-40. Il candidato sarà inoltre coinvolto nella preparazione del documento che dovrà essere presentato all’EMA (European Medicine Agency) per richiedere un parere sull’accettabilità dell’uso di questi nuovi metodi nella pratica clinica. Le attività di verifica e validazione saranno applicate a dei modelli soggetto specifici che il candidato svilupperà a partire da dati clinici reali acquisiti e collezionati all’interno del Laboratorio di Tecnologia Medica dell’Istituto Ortopedico Rizzoli.
Tipo: Tesi di maggiore impegno
Sbocchi: La recente adozione dello standard ASME V&V-40 come requisito di qualificazione di metodi in silico da parte di FDA, divisione dispositivi medici, rende questo progetto di estrema attualità anche industriale.
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Titolo: Sviluppo di modelli computazionali per la predizione di efficacia di farmaci anti-osteoporosi (ref: bsdrug_NLM).
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale, il candidato/a svilupperà un protocollo per stimare l’efficacia di farmaci anti-osteoporotici su una coorte umana, anche a partire da dati relativi alla sperimentazione animale.
Tipo: Tesi di maggiore impegno
Sbocchi: Lo sviluppo di nuovi farmaci richiede un investimento sempre crescente in termini di tempo e pazienti da reclutare. L’approvazione da parte di FDA dell’utilizzo di metodi in silico per migliorare il design e ridurre la complessità dei clinical trial rende questo progetto di grande attualità.
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Titolo: Sviluppo di modelli subject-specific per la valutazione del range of motion in pazienti con lussazione ricorrente della protesi d’anca (Ref: rom_GD)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale, e del Prof Francesco Traina, esperto chirurgo dell’anca, il candidato/a svilupperà un modello subject-specific a partire da dati TAC or RMN che predica il massimo intervallo di movimento dell’articolazione d’anca dopo intervento di ricostruzione protesica, e se siano soggetti a lussazione o sublussazione ricorrente.
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: questa è una tipica tesi di modellazione muscoloscheletrica con OpenSIM, per rispondere ad un quesito clinicamente rilevante. Oltre ad acquisire buona esperienza con OpenSIM, lo studente acquisirà competenze rilevanti per aziende che commercializzano protesi articolari e altri dispositivi medici simili.
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Titolo: Creazione di un database di valori normativi di forze massimali e attivazioni muscolari acquisiti durante un test di forza massimale isometrica (Ref: FL_GD)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale il candidato/a creerà, a partire da dati sperimentali acquisiti in laboratorio nell’ambito del progetto ForceLoss, un database di valori normativi della forza isometrica massimale espressa dai muscoli estensori del ginocchio e della loro attivazione registrati durante un test dinamometrico.
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: questa è una tipica tesi di acquisizione ed elaborazione di segnali biomedici. Oltre ad acquisire esperienza in laboratorio durante la fase di preparazione del soggetto, preparazione del set-up sperimentale ed acquisizione dei dati, lo studente acquisirà competenze circa l’elaborazione di segnali biomedici, rilevanti in ambito clinico o per lo studio di attività sportive.
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Titolo: validazione di un modello ad elementi finiti della biomeccanica del rachide (Ref: vert_CC)
Descrizione: Sotto la supervisione del Prof. Marco Viceconti, esperto di biomeccanica computazionale di fama internazionale il candidato/a parteciperà alla validazione sperimentale di un modello per la predizione del rischio di frattura vertebrale. In collaborazione con il gruppo di biomeccanica sperimentale del Dipartimento di Ingegneria Industriale, il candidato/a sarà coinvolto nella fase di elaborazione dei dati sperimentali ottenuti tramite il metodo Digital Image Correlation (DIC) durante prove meccaniche, nello sviluppo di un modello FE soggetto specifico utilizzando il software Ansys a partire da immagini TAC e nella fase di sviluppo/ottimizzazione di un protocollo di validazione del modello sulla base delle linee guida riportate nello standard V&V-40.
Tipo: tesi di maggiore impegno
Sbocchi: La recente adozione dello standard ASME V&V-40 come requisito di qualificazione di metodi in silico da parte di FDA, divisione dispositivi medici, rende questo progetto di estrema attualità anche industriale. Il candidato/a approfondirà importanti aspetti della biomeccanica computazionale e acquisirà importanti competenze di modellazione e progettazione 3D oggi spendibili sia nell’ambito della ricerca che dell’industria.
Pubblicato il: 18 febbraio 2021
