I servizi offerti dalle strutture operative entro il progetto CECOMES interessano due principali contesti:
– “Computer Assisted Surgery – CAS”: modellistica 3D CAD del sito anatomico, basata sulla elaborazione di
immagini biomedicali e finalizzata al planning pre-chirurgico ed alla modellistica “in silico”; realizzazione di
prototipi, anche funzionali e/o impiantabili, mediante tecnologie di stampa 3D;
– “Computational Biomechanics for Surgery – CBS”: calcolo computazionale, basato su modellistica fisico-
matematica, finalizzato alla valutazione di funzionalità meccanica e meccano-biologica di distretti anatomici
in conseguenza ad intervento chirurgico e/o interazione con dispositivi diagnostici, chirurgici e protesici;
progettazione, ottimizzazione e analisi di affidabilità di procedure e dispositivi per la diagnostica e la
chirurgia.
Tali obiettivi vengono conseguiti avvalendosi sia di metodiche “in silico”, sia di metodiche sperimentali.
Queste ultime, finalizzate alla caratterizzazione meccanica dalla nano- alla macro-scala di tessuti biologici e
materiali impiegati per la realizzazione di protesi e interventi, costituiscono termine imprescindibile per lo
sviluppo di modelli “in silico”.
Nel seguito, ed in riferimento alle attività di tipo CAS e CBS, viene riportato dettaglio dei servizi erogabili.
Computer Assisted Surgery – CAS
Software per l’elaborazione di immagini biomedicali e software 3D CAD per la generazione di modelli solidi
virtuali di siti anatomici.
Software 3D CAD per la generazione di modelli solidi virtuali di dispositivi, anche impiantabili.
Stampanti 3D per la fabbricazione di modelli fisici di distretti anatomici, nonché dispositivi anche
impiantabili.
Stampante 3D SLA – Formlabs Form3
Stampante 3D Color – Z-Printer 450, 3D SYSTEMS
Stampante 3D SLA – Formlabs Form3L
Stampante 3D Ultimaker S3
Attrezzature per repliche in silicone di parti anatomiche
Computational Biomechanics for Surgery – CBS
Meccanica Sperimentale dei Tessuti Biologici e dei Biomateriali
Analisi istologica di tessuti biologici: preparazione vetrini; colorazioni per l’identificazione di varie
componenti; microscopia ottica; acquisizione digitale delle immagini; software di post-processing per
l’analisi semi-quantitativa.
Prove sperimentali meccaniche: configurazione mono-assiale e multi-assiale (es.: trazione bi-assiale,
scorrimento tangenziale, torsione, indentazione, flessione membranale); prove condotte in aria, in
soluzione fisiologica, entro bioreattore; prove condotte in controllo di temperatura; sollecitazione di tipo
statico e di tipo dinamico; sollecitazione ciclica per prove a fatica; celle di carico di capacità da 17 N a 5000
N; sistemi per il rilevamento delle deformazioni basati su estensimetri, su metodologia ottica DIC, su
vibrometria laser doppler e su termografia; termocamera a infrarossi.
Possibilità di reperimento di campioni di tessuto biologico, con riferimento a modello animale, corpo
donato alla scienza e residui chirurgici. Il reperimento è possibile qualora in conformità con i Comitati Etici e
le Regolamentazioni attive.
Meccanica Sperimentale delle Strutture Biologiche
Prove di insufflazione su organi cavi: pompa peristaltica (0.072 – 6600 ml/min), sensori di flusso (0.1 – 8
L/min), sensori di pressione (0.005 – 200 mbar), schede di acquisizione dati.
Analisi fluidodinamica di condotti biologici: banchi di prova che replicano sperimentalmente le condizioni
fluidodinamiche del sistema arterioso, riproducendo la pulsatilità del flusso sanguigno e la distensibilità dei
vasi; pompa pulsatile portatile (1500-5000 mL/min); pompa pulsatile a pistone programmabile (0-25000
ml/min); pompa peristaltica (0.072 – 6600 ml/min); sensori di flusso (0.1 – 8 L/min); sensori di pressione
(500 – 5000 mbar); schede di acquisizione dati; sistema di velocimetria a immagini di particelle per la
caratterizzazione del campo di velocità.
Misura non invasiva della rigidità arteriosa, della velocità dell’onda sfigmica, della pressione durante il ciclo
cardiaco, e l’analisi dell’onda pressoria tramite tonometria ad applanazione.
Possibilità di reperimento di strutture biologiche, con riferimento a modello animale, corpo donato alla
scienza e residui chirurgici. Il reperimento è possibile qualora in conformità con i Comitati Etici e le
Regolamentazioni attive.
Meccanica Sperimentale dei Dispositivi Medici
Prove sperimentali meccaniche: caratterizzazione statica e a fatica di dispositivi medici anche su banchi di
prova (mono- e multi-assiali) progettati per lo specifico protocollo sperimentale; prove condotte in aria, o
in bagno termostatato; celle di carico di capacità da 17 N a 5000 N; sistemi per il rilevamento delle
deformazioni basati su estensimetri, su metodologia ottica DIC, su vibrometria laser doppler e su
termografia.
Caratterizzazione fluidodinamica di dispositivi per applicazioni cardiovascolari: banchi di prova che
replicano sperimentalmente le condizioni fluidodinamiche del sistema arterioso, riproducendo la pulsatilità
del flusso sanguigno e la distensibilità dei vasi; possibilità di simulare in maniera realistica l’accesso,
l’avanzamento, il posizionamento e l’impianto di dispositivi a ricircolo di sangue in condizioni di flusso
pulsato realistiche; pompa pulsatile portatile (1500-5000 mL/min); pompa pulsatile a pistone
programmabile (0-25000 ml/min); sensori di flusso (0.1 – 8 L/min); sensori di pressione (-500 – 5000 mbar);
schede di acquisizione dati; sistema di velocimetria a immagini di particelle per la caratterizzazione del
campo di velocità.
Prove prestazionali: banco di prova che replica sperimentalmente il sistema respiratorio riproducendo le
caratteristiche di compliance e resistenza polmonare (passive) e di sforzo muscolare (attive) fisiologiche e
patologiche; possibilità di valutare le prestazioni di dispositivi di ventilazione invasivi e non invasivi, e di
interfacce paziente per l’erogazione della terapia ventilatoria; tester per ventilatori dotato di sensori di alti
e bassi flussi, basse e alte pressioni, CO 2 e gas anestetici.
Caratterizzazione meccanica di superfici e ricoprimenti mediante indentazione strumentata: indentatori
con diversi fattori di forma (punte Berkovich, Cube-corner, Sferica con raggi da 5 a 400 μm), pendolo
Nanotest (intervallo di forza 0.05 – 500 mN e risoluzioni nominali di forza e penetrazione pari
rispettivamente a 1 μN e 0.01 nm); pendolo Microtest (intervallo di forza 0.1 – 20 N). Modulo per Nano e
micro Scratch-test con e senza friction-probe. Modulo per indentazioni in liquido.
Attrezzature per caratterizzazione meccanica ed in-situ imaging:
– micro-uniaxial-test (cella di carico trazione/compressione da 5 N, slitta di movimentazione PI M112-
1DG con corsa da 25 mm, velocità fino a 2.5 mm/s e risoluzione 50 nm)
– biaxial-test (2 celle di carico da 50 N, 4 slitte di movimentazione PI M111-1DG corsa da 15 mm con
velocità fino a 1.5 mm/s e risoluzione 50 nm)
– bulge-test con finestre circolari (diametri da 1 mm, 2mm e 30 mm) e dispositivi di gonfiaggio
idraulico per caratterizzazione biassile di membrane artificiali o tessuti biologici.
Attrezzatura uniassiale/biassiale e bulge-test compatibili per in-situ imaging con:
– stereo-microscopio ottico Olympus SZ61 (field of view da 10 a 2.5 mm) con acquisizione digitale di
immagini (videocamera CMOS da 10MP fino a 6 frame/s).
– microscopio confocale laser Olympus LEXT OLS4100 (laser a 405 nm, field of view da 2.5 mm a 100
μm).
Il microscopio confocale laser consente imaging confocale in intensità laser riflessa, ottica color (LED
bianco), analisi profilometriche 3D e misure di rugosità con risoluzione in altezza fino a 10 nm di campioni o
dispositivi fino a 110 mm di altezza.
Biomeccanica Computazionale
Workstation HPC per la generazione di modelli computazionali e per il post-processing dei risultati di
analisi.
Server HPC per lo sviluppo di analisi computazionali.
– Cluster costituito da quattro nodi con 2x Intel Xeon Gold 6238R 28 core, 512GB RAM e 2.4TB di
scratch storage ciascuno per un totale di 224 core e 2TB di RAM e 8.8TB di scratch storage. I server
sono collegati a un area storage per home utenti da 35 TB basata su dischi SATA su Fiber Channel
connessi in fibra ottica a 8Gbps al Masternode.
– Server monolitico con 4x Intel Xeon E7 8890 vx 24 core, 512 GB RAM e 2 TB di scratch storage.
– Server monolitico con 8x Intel Xeon Platinum 8260 24 core, 2.4 TB RAM e 6 GB di scratch storage.
– 5 server monolitici con 2x Intel Intel Xeon Gold 6338 2G 32 core, 1x NVIDIA Ampere A30, 24 GB,
128 GB RAM e 24 TB di storage.
– Server monolitico con 2x Intel Intel Xeon Gold 6338 2G 32 core, 2x NVIDIA Ampere A30, 24 GB, 64
GB RAM e 24 TB di storage.
– Cluster costituito da 16 nodi con AMD Bulldozed 32 core e 128 GB RAM connessi con InfiniBand.
– Cluster costituito da 29 nodi con Intel Xeon v3 24 core e 128 GB RAM connessi con InfiniBand.
– Cluster costituito da 57 nodi con Intel Scalable Processors Gold 32 core e 384 GB RAM connessi con
InfiniBand.
Software per l’elaborazione di immagini biomedicali e software 3D CAD per la generazione di modelli solidi
virtuali di siti anatomici.
Software di pre- e post-processing di modelli computazionali.
Software di calcolo computazionale: meccanica strutturale, fluidodinamica, interazione fluido-struttura,
multi-fisica.