Modelli numerici per la simulazione bio-elettromagnetica orientata alla diagnostica in ambito medico

Progetto: Research project

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Il sistema nervoso umano controlla, coordina e regola tutte le attività dell'organismo. L’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione delle informazioni, da parte del cervello, danno luogo a deboli correnti elettriche a livello dei neuroni. Tali correnti generano campi elettrici e magnetici, la cui valutazione o misurazione consente di ottenere, in maniera non invasiva, informazioni sui processi, ancora oggi per la maggior parte sconosciuti, che regolano le funzioni cerebrali. Tra le tecniche non invasive utilizzate nella neurologia diagnostica, si distinguono la MagnetoEncefaloGrafia (MEG) e l’ElettroEncefaloGrafia (EEG): tali procedure si basano sul rilievo, rispettivamente, dell’induzione magnetica e del campo elettrico prodotti dall’attività elettrica cerebrale. Essi consentono di ricostruire, in maniera approssimata, le correnti cerebrali. Infatti, l’attivazione contemporanea di fasci di neuroni limitrofi, nella corteccia cerebrale, determina campi elettrici e magnetici rilevabili a distanza, la cui distribuzione dipende dalla geometria delle cellule, dalla loro organizzazione all’interno della corteccia e dalla conducibilità elettrica del volume conduttore nell’intorno dell’area attiva. I valori di campo magnetico ed elettrico misurati non forniscono informazioni immediate sulla distribuzione delle correnti cerebrali. Per ottenere una corretta ricostruzione delle correnti neuronali, è necessario ricostruire la distribuzione delle caratteristiche di conducibilità nelle varie aree della testa, contestualmente alla ricostruzione delle correnti. Si tratta quindi di un tipico problema inverso. Risolto tale problema, si possono ottenere importati informazioni sulla fisiologia del cervello e su alcune patologie, rilevanti per la loro gravità e per la diffusione epidemiologica che le caratterizza (ad esempio, epilessie e morbo di Alzheimer). Si tratta di tecniche che possono essere utilizzate in modo intensivo, a differenza di quelle di tipo nucleare, il cui utilizzo è limitato dalla massima dose di radiazioni alla quale il corpo umano può essere esposto. La tipologia di problema descritto, è comunque ricorrente in ambito biomedico e si inquadra nell’ambito della caratterizzazione tissutale mediante la diagnostica per immagini. In tale ottica, l’approccio impiegato per il problema neuro-magnetico consente anche di sviluppare delle metodiche di analisi tissutale “concentrata”, non invasive e a basso costo. Tale obiettivo può essere raggiunto con l’ausilio delle microtecnologie e di modelli numerici avanzati. Le microtecnologie mettono a disposizione una serie di tecniche che, opportunamente integrate, permettono di realizzare sistemi di acquisizione dati ad elevata sensibilità ed a basso costo. La modellistica numerica può fornire invece accurati ed efficienti metodi di risoluzione di problemi inversi. In particolare, si intendono impiegare metodi numerici innovativi senza griglia (meshfree), di interesse crescente in tale ambito di ricerca, come testimoniato dalla letteratura scientifica internazionale di riferimento. Tali metodi si delineano come una valida alternativa ai metodi numerici tradizionali attualmente impiegati in quanto, attraverso la gestione flessibile del dominio di interesse, consentono di trattare in modo più efficiente la complessità fisico-geometrica del problema. E’ opportuno sottolineare che l'aspetto relativo alla ridotta invasività rappresenta uno degli elementi di rilievo dell’attività di ricerca che è incentrata sulla possibilità di impiegare radiazioni elettromagnetiche non-ionizzanti e sensori a ridotto ingombro geometrico, e quindi a basso impatto per il paziente.
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/12 → …

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