Biomeccanica Computazionale Docente: Martino Pani Istituto Ortopedico Rizzoli (IOR) Contatto: martino.pani@unibo.it 1
Ambiti e obiettivi Sarcoma di Ewing Disordini deambulazione Osteoporosi Banca dell osso Ricostruzioni ossee Protesica Stima del rischio di frattura nello specifico caso clinico tramite modelli numerici Ambito: clinico. Scopo: stimare la riserva di resistenza di un segmento osseo scheletrico in determinate condizioni (ficific derivati da imaging diagnostico La valutazione del rischio di frattura di un segmento osseo è un quesito di notevole importanza in svariati ambiti della pratica clinica (e.g: riscostruzioni scheletriche dove una parte di osso malata viene rimpiazzata da un assemblaggio di tessuti di banca e di porzioni scheletriche sane, il disegno avanzato di dispositivi protesici, la valutazione clinica dello stato/trattamento/evoluzione dell'osteoporosi, ) Il comportamento meccanico di un determinato segmento osseo (e quindi la sua riserva di resistenza in determinate configurazioni di sollecitazione) dipende dalla sua geometria, dalle proprietà meccaniche dei tessuti che lo compongono e dalla loro distribuzione. Una valutazione accurata I modelli numerici derivati da immagini diagnostiche del singolo specifico elemento osseo costituiscono uno strumento non distruttivo di indagine predittiva. In grado di raccogliere le specifiche peculiarità del caso trattato.
Metodi: modelli numerici modelli muscolo-scheletrici equazioni costitutive modelli a scala di tessuto modelli a scala d'organo Stima rischio di frattura condizioni al contorno Il propblema è estremamente complesso per - complessità geometrica imaging diagnostico - definizione dei legami costitutivi e loro identificazione modelli a scala di tessuto - individuazione condizioni al contorno modelli a scala di apparato
Programma Basi Richiami di meccanica del continuo Il Metodo degli Elementi Finiti (formulazione, esempi, non linearità) Modelli micromeccanici (separazione di scala) Materiali e strumenti Meccano-biologia tessuto osseo Modellazione muscolo scheletrica Modellazione a scala di tessuto Modellazione a scala di organo Verifica e validazione dei modelli Case studies Esercitazioni pratiche sulla filiera di modellazione Il corso si articola in due parti 1. la prima parte è dedicata alle basi metodologiche e concettuali e agli strumenti utilizzati: - richiami di meccanica del continuo; - formulazione teorica del Metodo degli Rlementi Finiti e sua formulazione per il trattamento di non linearità - approccio multiscala dei modelli micromeccanici (integrazione di proprietà definite a scala inferiore nei legami costitutivi a scala superiore, nell'ipotesi di separazione di scala) 2. La seconda parte affronta invece nel dettaglio la filiera di modellazione che porta dall'imaging dfiagnostico alla valutazione delle proprietà meccaniche includendo modelli a differente scala. Questa seconda parte è condotta in fomra seminariale, corrdata dalla discussione di alcuni casi ppartenenti all'attività di riceca in corso e completata da alcune esercitazioni pratiche indirizzate ad approfondire aspetti metodologici e pratici della modellazione
Informazioni pratiche Collocazione: 2 anno, 2 ciclo 6 CFU Corso teorico con elementi di pratica Didattica frontale classica Esercitazioni pratiche Seminari tematici
Il Lab. di Tecnologia Medica Corso incardinato sull'attività di ricerca del Laboratorio di Tecnologia Medica dell'istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna Sviluppo Sviluppoeetrasferimento trasferimento alla allapratica praticaclinica clinica diditecnologie tecnologie assistite assistiteda dacalcolatore calcolatore Gruppo di Biomeccanica Computazionale Modelli di meccanica strutturale (FEM, CM,...) Modelli di meccanica multicorpo (muscolo-scheletrici) Sviluppo di software biomedicali
Materiale didattico Dispensa (200pp, 7 capitoli) sui temi principali del corso Slides delle lezioni disponibili prima di ogni lezione
Modalità esame Esame scritto su tutto il programma del corso (test a risposta multipla) + Esame orale
Martino Pani Istituto Ortopedico Rizzoli martino.pani@unibo.it pani@tecno.ior.it www.ior.it/tecno